Hanfbewehrungsstäbe könnten günstig sein

Mar 09, 2024

Forscher am Rensselaer Polytechnic Institute in den USA haben eine Alternative zu Stahlbewehrungsstäben aus Hanf erfunden, die ihrer Meinung nach das Problem der Korrosion vermeidet und gleichzeitig die Kohlenstoffemissionen beim Bau verringert.

Der Hanfbewehrungsstab könnte auf die gleiche Weise wie heute Stahl und andere Bewehrungsstäbe zur Stützung von Betonkonstruktionen verwendet werden, allerdings mit einer geringeren Umweltbelastung aufgrund seiner Materialbeschaffenheit und seiner Lebensdauer.

Gegenwärtig trage das Rosten von Stahlbewehrungsstäben erheblich zum vorzeitigen Verfall von Bauwerken wie Brücken, Straßen, Ufermauern und Gebäuden bei, erklärten die Projektleiter Daniel Walczyk und Alexandros Tsamis gegenüber Dezeen.

„Aufgrund der Korrosion haben Betonkonstruktionen in Umgebungen mit hoher Salzkonzentration eine Lebensdauer von 40 bis 50 Jahren“, sagte Tsamis, Architekt und Assistenzprofessor am Rensselaer Polytechnic Institute (RPI).

„Wenn die Bewehrungsstäbe nicht korrodieren würden, wäre es dreimal so viel, und das würde insgesamt einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen leisten, weil man für jede einzelne Sache, die man herstellt, eine dreimal längere Lebensdauer hat.“

Nach Angaben des RPI-Teams weist herkömmlicher Bewehrungsstahl eine relativ geringe Menge an grauer Energie auf, insbesondere wenn er aus recyceltem Material hergestellt wird, obwohl die Zahl die Auswirkungen seiner Lebensdauer und seines Wartungsbedarfs verschleiert.

Allerdings werden bei Strukturkonstruktionen in stark korrosiven Umgebungen häufig Alternativen zu herkömmlichem Stahl verwendet, wie z. B. Bewehrungsstäbe aus glasfaserverstärktem Polymer (GFRP), die eine hohe Umweltbelastung haben.

Das Team sagt, dass ihre vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass der Hanfbewehrungsstab eine deutlich geringere Menge an verkörperter Energie hat als der GFK-Bewehrungsstab, obwohl er wahrscheinlich genauso langlebig ist, obwohl die Arbeit noch einer Begutachtung durch Fachkollegen bedarf.

Der Hanfbewehrungsstab wird durch ein Pultrusionsverfahren hergestellt, bei dem die Fasern zusammen mit Thermoplasten in eine beheizte Form gezogen und zu einem festen Stab geschmolzen werden.

Der erste Schritt besteht darin, den Hanf zu einem Seil zu verarbeiten, das eine Mischung aus Natur- und Kunststofffasern enthält – das genaue „Rezept“, an dem das RPI-Team noch immer feilt.

Spulen dieses Seils werden dann einer speziell für den Prozess entwickelten Maschine zugeführt. Dieses Gerät, eine CNC-Maschine von der Größe eines Kleinwagens, steht vor Ort und schmiedet den Bewehrungsstahl nach Bedarf. Dabei liest er digitale Dateien ein, um das Produkt zu biegen und in die vorgegebene Form zu schneiden.

Hanfbewehrungsstäbe könnten die Bauzeit verkürzen und gleichzeitig die Kosten niedrig halten

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es die Bauzeit verkürzen sollte. Walczyk und Tsamis beabsichtigen außerdem, dass es im Gegensatz zu anderen derzeit verfügbaren nicht korrodierenden Alternativen kostenmäßig mit Standardstahlbewehrungsstäben konkurrenzfähig oder günstiger als diese sein soll.

Ihr Ziel ist es, das Produkt auch für Projekte ohne große Budgets oder Nachhaltigkeitsziele zur offensichtlichen Wahl zu machen. Dies hat auch das Design der Pultrusionsmaschine vor Ort beeinflusst, die Tsamis in Anlehnung an den Traktoren- und Schwermaschinenhersteller als „John Deere“-Ästhetik beschreibt.

„Bewehrungsstahl ist ein alltägliches Material“, sagte Tsamis. „Es ist ein Material, das jedem Bauunternehmer, jedem Bauunternehmer in jedem Dorf überall auf der Welt mitgeteilt werden muss. Es handelt sich also absichtlich um eine Art John Deere-artige ‚Volksmaschine‘.“

Walczyk und Tsamis hoffen, zusammen mit ihren studentischen Mitarbeitern Daniel Cohen und Sharmad Joshi nächstes Jahr ihre erste Arbeit über die Technologie veröffentlichen zu können.

In der Zwischenzeit werden sie den Bewehrungsstab zusammen mit einer Reihe anderer Produkt-, Material- und Prozessinnovationen, an denen sie arbeiten, weiter entwickeln und testen, um die Gebäudetechnologie der nächsten Generation mit Hanf zu entwickeln.

Ultrastarker Hanf ist vielversprechend für zahlreiche Baumaterialien

Industriehanf ist eine Klasse der Cannabis-Sativa-Pflanze, die nur eine geringe Menge der psychoaktiven Verbindung THC enthält. Seine Fasern gehören zu den stärksten im Pflanzenreich, gemessen am Gewicht, so stark wie Glasfasern, und die Pflanze zeichnet sich auch durch die Bindung von atmosphärischem Kohlenstoff aus, und zwar doppelt so schnell wie Bäume.

Der Hanfanbau wurde kürzlich in den USA legalisiert und könnte in Zeiten unerwarteter Wetterveränderungen für Landwirte attraktiv sein, da die Pflanze äußerst klimaresistent ist. Derzeit mangelt es jedoch an hochwertigen Produkten, um die Nachfrage anzukurbeln, was Walczyk und Tsamis ändern wollen.

Während ihr Hanfbewehrungsstab jetzt eine praktikable Alternative zu bestehenden Produkten darstellt, gehen sie davon aus, dass die Technologie in Zukunft noch effizienter wird, wenn Extraktionsprozesse verfeinert und Pflanzen für ihre Fasern gezüchtet werden.

Hanfbeton, ein weiterer Teil der Anlage, wird derzeit im Bauwesen in Form von Hanfbeton verwendet, der in Frankreich für den Bau eines Sportzentrums und eines Sozialwohnungsbaus verwendet wurde.

Hanfbeton wurde auch zur Herstellung vorgefertigter Platten verwendet, beispielsweise für das CO2-freie Flat House im ländlichen England.

Bilder mit freundlicher Genehmigung des Rensselaer Polytechnic Institute.

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