Brücke aus Hightech und Flachs

Noch sind die allermeisten Brücken aus Stahl und Beton oder auch aus Holz gebaut – doch die Suche nach neuen, nachhaltigeren Baustoffen hat längst begonnen. Ein Beispiel für Innovationen im Brückenbau ist eine Hightech-Brücke aus Flachs, die in den Niederlanden im Zuge des EU-Projekts „Smart Circular Bridge“ entstanden ist. Verantwortlich für das erste von insgesamt drei geplanten Bauwerken im Rahmen des Projekts ist ein interdisziplinäres Konsortium aus 15 Partnern unter Führung der Technischen Universität Eindhoven. Beteiligt sind fünf Universitäten, sieben Unternehmen und drei Städte. Von der Universität Stuttgart ist Assoc.-Prof. Prof. Hanaa Dahy als Architektin dabei. 

Die Leiterin der Forschungsgruppe für „Biobasierte Materialien und Stoffkreisläufe in der Architektur“(BioMat) hat sich darauf spezialisiert, mit biobasierten Materialien zu bauen. Diese Expertise konnte sie auch bei der Hightech-Brücke aus Flachs einbringen: „Das gesamte Projekt gibt einen wichtigen Impuls, wie alternative, auf Biomasse basierende und jährlich erneuerbare Ressourcen in der Bauindustrie eingesetzt werden können. Mithilfe dieser Ressourcen wollen wir die großen Herausforderungen wie hohe CO2-Emissionen und einen hohen Energieverbrauch bei der Herstellung von Baumaterialien bewältigen“, sagt Dahy.  Denn die herkömmlichen Baumaterialien wie Beton oder Metall haben eine schlechte CO2-Bilanz und sind nicht erneuerbar. Der Bedarf an Baumaterial wächst zugleich stetig. „Holz ist und darf nicht die Lösung für unsere Baumaterialien-Knappheit sein. Es wächst zwar nach, jedoch vergleichsweise langsam. Und wir brauchen die Wälder als CO2-Speicher im Kampf gegen den Klimawandel“, sagt Dahy. Deshalb richteten die Forschenden ihren Blick auf Rohstoffe, die schnell saisonal und jährlich nachwachsen, insbesondere auf eine altbekannte Pflanze: Flachs. 

Als Faserpflanze vereint Flachs mehrere nützliche Eigenschaften für die Baubranche. Kombiniert mit einem speziellen Bioharz, entsteht aus ihm ein leichter und hochstabiler Werkstoff, ähnlich wie Glasfaser. Zudem ist es nachhaltiger, mit Flachs zu bauen. Die alte Kulturpflanze kommt in ganz Europa vor, weshalb globale Transportwege entfallen. Und Flachs wächst viel schneller als zum Beispiel ein Baum. Die Forschenden beschäftigen sich aber nicht nur mit dem Bau der Brücke, sondern stellen auch die Frage: Wie können die Materialien der Brücke am Ende der Nutzungsdauer verwertet werden? Für das sogenannte End of Life sind derzeit drei Optionen denkbar: chemisches, mechanisches oder biologisches Recycling mit Pilzen. Die Flachs-Brücke wird insgesamt als Hoffnungsträger für das Bauen der Zukunft gesehen. Dahy selbst hat sich nach eigenen Worten schon während ihrer Promotion gewundert, dass sich die Architektur bis dahin nur mit den bekannten Materialien Glas, Beton und Metall beschäftigt. „Warum erforscht niemand, welche alternativen Werkstoffe verwendet werden könnten?“, fragte sie sich.

Um neue Materialen für das Bauen der Zukunft zu finden, setzen die Forschenden auch stark auf moderne Technik. „Wir haben großes Glück, dass wir in uns in der digitalen Ära befinden und uns digitalisierte Prozesse beim Planen, Entwerfen. Vorfertigen und Bauen helfen.“ Die Digitalisierung und die Künstliche Intelligenz ermöglichen auch in der Materialforschung große Fortschritte. So wird im Rahmen des Projekts die Brücke systematisch in Echtzeit überwacht. Knapp 100 Sensoren liefern Daten zum Materialverhalten im Alltag. Wie verhält sich das Bauwerk, wenn 200 Menschen zeitgleich darüber laufen? Was geschieht zu verschiedenen Jahreszeiten, bei Sturm, Hagel und Schnee? Wie verläuft der Alterungsprozess des Materials im Detail? Projektpartner haben ein Structural-Health-Monitoring-System mit optischen Glasfaser-Sensoren in der Brücke entwickelt, die Informationen über Verformungen liefern. Beschleunigungssensoren erfassen selbst feinste Schwingungen, die etwa durch Wind entstehen. Die Auswertung der Daten erfolgt mithilfe von Künstlicher Intelligenz, um Muster im Materialverhalten zu erkennen. Gleichzeitig können die Ingenieure ihre Berechnungs-und Materialmodelle mit diesen Daten verfeinern. Auf dieser Grundlage lassen sich die Konstruktionen für künftige Brücken und auch für viele weitere Bauvorhaben einfacher entwickeln.

Im Sommer 2023 soll im Rahmen des Projekts zunächst eine Brücke aus Flachs in Ulm errichtet werden. Ein Jahr später soll die dritte und letzte Brücke in Bergen op Zoom in den Niederlanden eröffnet werden. Dabei wollen die Forscherinnen und Forscher jeweils die bereits gewonnenen Daten und Erkenntnisse aus dem vorherigen Brückenbau berücksichtigen – und so Schritt für Schritt einen Baustoff der Zukunft entwickeln.

Autorin: Bettina Wind