Wie aus Sägemehl Material für den Brandschutz wird

Teaserbild-Quelle: Quelle: Dan Vivas Glaser | Copyright: aus Kürsteiner R et al. Chem Circularity 2026, CC BY 4.0

Alljährlich fallen Millionen von Tonnen von Sägemehl an. Doch, was oft verbrannt wird, könnte mit Struvit zu einem Komposit verarbeitet ein Baustoff liefern, der nicht nur resilent gegen Brände ist, sondern auch länger im Materialkreislauf bleiben kann und sich auch sonst durch Umfwelfreundlichkeit auszeichnet.

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Dafür legen die Forscher die Hand ans Feuer: Das neue Material ist ein hervorragender Brandschutz.

Bei jedem Baumstamm, der zugesägt wird, entsteht Sägemehl. Davon fallen jedes Jahr Millionen von Tonnen an, und meist werden die Holzpartikel verbrannt, und dabei gelangt das im Holz gespeicherte Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre. Aus Klimaschutzgründen sollte solches besser vermieden werden.

Ein Forschungsteam der Professur für holzbasierte Materialien an der ETH Zürich und der Empa will dies ändern: Es hat ein Verfahren entwickelt, mit sich Sägemehl zu einem umweltschonenden und rezyklierbaren Komposit verarbeitet lässt, gleichzeitig bleibt das Sägemehl auf diese Weise länger im Materialkreislauf. Die Fachleute der beiden Institutionen nutzen dafür das Mineral Struvit, ein kristallines, farbloses Ammoniummagnesiumphosphat.

Dass Struvit interessante Eigenschaften für den Brandschutz aufweist, war zwar bereits bekannt. Wegen seines Kristallisationsverhaltens war es aber schwierig, das Mineral mit den Sägemehl-Partikeln zu verbinden. Die Lösung bietet ein Enzym, das das Forschungsteam aus Wassermelonenkernen gewinnt, und das hilft, die Kristallisation des Struvits in einer wässrigen Suspension mit Sägemehl zu kontrollieren. Dabei entstehen Kristalle, die die Hohlräume zwischen den Sägemehlpartikeln ausfüllen und die Partikel fest miteinander verbinden. Das für zwei Tage verpresste Material wird anschliessend aus der Form genommen und bei Raumtemperatur getrocknet.

Holzelemente sollen sich dank Struvit und Sägemehl selber schützen

«Das Material ist gegenüber Druck stabiler als das ursprüngliche Fichtenholz senkrecht zum Verlauf der Holzfasern», sagt Ronny Kürsteiner. Er hat das Verfahren im Rahmen seiner Doktorarbeit unter der Leitung von Ingo Bungert, Professor für holzbasierte Materialien, entwickelt hat. Es eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und hohen Feuerfestigkeit vor allem für den Innenausbau, wie Kürsteiner erklärt. Denn Struvit ist nicht nur nicht brennbar, sondern trägt auch aktiv zur Erhöhung der Feuerfestigkeit bei. Unter Hitze zersetzt sich das Mineral, dabei werden Wasserdampf und Ammoniak freigesetzt. Dies ist ein Vorgang, der Wärme aus der Umgebung aufnimmt und dadurch kühlend wirkt. Zudem verdrängen die freigesetzten, nicht brennbaren Gase die Luft, die so dem Feuer zur weiteren Ausbreitung fehlt, sodass das Material schneller verkohlt.

Das ETH-Team hat mit Forscherinnen und Forschern vom Polytechnikum Turin zusammengearbeitet, die das Material in einem sogenannten Kegelkalorimeter getestet haben. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Prüfverfahren, welches das Verhalten bei externer Hitzeeinstrahlung nachbildet. Während unbehandeltes Fichtenholz bereits nach etwa 15 Sekunden Feuer fängt, dauert es beim Struvit-Sägemehl-Komposit mehr als dreimal so lang. Hat es einmal Feuer gefangen, bildet sich schnell eine Schutzschicht aus anorganischem Material und Kohlenstoff, die das Material vor einer weiteren Ausbreitung des Feuers schützt. «Die Struvit-Sägemehl-Platten schützen sich also quasi von selbst», so Kürsteiner.

Laut Kürsteiner haben erste Schätzungen gezeigt, dass das Material die gleiche Brandschutzklasse erreichen könnte wie herkömmliche zementgebundene Spanplatten. Dies müsse jedoch noch mit grösseren Flammschutzexperimenten bestätigt werden. Solche Spanplatten sind heute im Innenausbau für Flammschutzanwendungen weit verbreitet. Sie bestehen aus 60 bis 70 Gewichtsprozent Zement, sind entsprechend schwer und haben aufgrund des hohen Energieverbrauchs bei der Zementherstellung eine schlechte Klimabilanz. Die Struvit-Sägemehl-Platten bestehen dagegen nur zu 40 Prozent aus Bindemittel und sind deutlich leichter.

Struvit-Sägemehl-Platten landen nicht auf dem Sondermüll

WIe die ETH mitteilt, hat das neuartige Komposit gegenüber anderen Komposit-Baumaterialien noch einen weiteren Vorteil: Zementgebundene Spanplatten landen nach einem Abbruch meist auf der Sondermüll-Deponie. Die Struvit-Sägemehl-Platten können hingegen wieder in ihre Einzelkomponenten zerlegt werden. Dafür wird das Material in einer Mühle mechanisch aufgebrochen und auf etwas über 100 Grad Celsius erhitzt, wobei das Ammoniak freigesetzt wird und das Sägemehl abgesiebt werden kann. Anschliessend wird der mineralische Ausgangsstoff für Struvit, das sogenannte Newberyit, wieder als Feststoff ausgefällt.

Newberyit kann anschliessend erneut mit Sägemehl zu Kompositen verarbeitet werden. Somit könnte das neue Material einst einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten. Es kann zudem als natürlicher Dünger eingesetzt werden. Das ist für die Landwirtschaft interessant, weil es den gebundenen Phosphor, den Pflanzen fürs Wachstum benötigen, langsam und kontrolliert abgibt.

Setzt sich das neuartige Material in der Baubranche durch?

In einem nächsten Schritt will das Forsschungsteam den Produktionsprozess weiter optimieren und skalieren. Ob sich das Material in der Baubranche durchsetzen wird, hänge vor allem von den Kosten des Bindemittels ab, so Kürsteiner.

Im Vergleich zu Polymer-Bindemitteln oder Zement ist Struvit verhältnismässig teuer. Das könnte sich jedoch durch das Erschliessen eines weiteren Kreislaufs ändern: Struvit fällt nämlich in grösseren Mengen in Kläranlagen an und verstopft dort die Abwasserrohre. «Diese Ablagerungen könnten wir als Ausgangsmaterial für unseren Baustoff verwenden», so Kürsteiner. (mgt/mai)

Den Artikel im Original lesen auf https://ethz.ch/