Trotz Versprechen, 3D

Apr 16, 2023

Ein im Bau befindliches neues Rechenzentrumsgebäude in Heidelberg, Deutschland, soll Europas größte 3D-gedruckte Struktur sein. Die Technologie ist vielversprechend, ihre weitverbreitete Einführung steht jedoch weiterhin vor Herausforderungen.

Rechenzentren sind normalerweise nicht für ihre extravagante Architektur bekannt. Aber das in Heidelberg entstehende Gebäude wird mit Sicherheit ein Hingucker sein. Seine vorhangartige, gerüschte Fassade scheint das Bauwerk zu umfließen.

„Wir wollten mit dieser Form die Grenzen des Machbaren verschieben“, sagt Hans-Jörg Kraus, geschäftsführender Gesellschafter der Krausgruppe, dem Entwickler des Projekts. Der gestalterische Spielraum der Architekten war dank einer besonderen Bautechnik größer als üblich: dem 3D-Druck.

Beim 3D-Druck trägt eine computergesteuerte Düse Schicht für Schicht eine spezielle Betonmischung auf und erzeugt so die Wände des Gebäudes. Horizontale Elemente, wie zum Beispiel die Decken, müssen immer noch mit traditionellen Methoden gebaut werden.

Nach seiner Fertigstellung im Juli wird das einstöckige Rechenzentrum 54 Meter lang, 11 Meter breit und 9 Meter hoch (177 x 36 x 29 Fuß) sein. Nach Angaben der Krausgruppe handelt es sich um das größte 3D-gedruckte Gebäude Europas.

Einige der Vorteile des 3D-Drucks – neben den extravaganten, geschwungenen Formen, die er ermöglicht – lassen sich auf der Heidelberger Baustelle beobachten.

Meist sind nur zwei Arbeiter vor Ort, um den Drucker zu bedienen. Im Gegensatz zu herkömmlichem Gussbeton behalten bedruckte Betonschichten ihre Form und machen den Einsatz von Formen überflüssig.

Der Verzicht auf Gussformen reduziert den Abfall sowie die Montage- und Demontagezeit – ein „riesiger Vorteil“ des 3D-Drucks, sagt Jan van der Velden-Volkmann, einer der Architekten des Gebäudes, gegenüber der DW.

Nach Angaben des an dem Projekt beteiligten Unternehmens PERI 3D Construction dauerte der Druck der vertikalen Gebäudeelemente nur 140 Stunden. Allerdings muss der Druck für andere Detailarbeiten unterbrochen werden, so dass die letzte Schicht erst nach etwa vier Monaten Arbeit gedruckt werden kann.

Obwohl sich die Technologie bereits seit etwa zwei Jahrzehnten in der Entwicklung befindet, sind 3D-gedruckte Gebäude immer noch ein seltener Anblick. Laut COBOD, einem Hersteller von 3D-Drucktechnologie, wurden bis 2022 weltweit 130 Gebäude mit einer Größe von mehr als 10 Quadratmetern (107 Quadratfuß) gedruckt, 55 davon wurden erst letztes Jahr fertiggestellt.

Ein Grund für das langsame Wachstum der Technologie sei das Fehlen von Standards zur Bewertung der Stabilität gedruckter Strukturen, sagte Arnaud Perrot, Professor für Bauingenieurwesen an der Universität der Südbretagne in Frankreich. Ohne diese Standards sei es unglaublich umständlich, den Behörden nachzuweisen, dass gedruckte Gebäude sicher sind, sagte er der DW.

Aber selbst wenn es Standards gibt, wird der 3D-Druck immer noch vor Herausforderungen stehen, insbesondere wenn es um den Bau hoher Strukturen geht.

Hohe Betonkonstruktionen werden in der Regel mit Stahl verstärkt, um den Kräften standzuhalten, denen sie ausgesetzt sind. Laut Manu Santhanam, Professor an der Abteilung für Bauingenieurwesen am Indian Institute of Technology Madras in Chennai, ist dies mit 3D-gedruckten Strukturen schwierig zu bewerkstelligen.

Daher sei für Gebäude mit mehr als zwei oder höchstens drei Stockwerken „3D-Druck keine Option“, sagte Santhanam der DW.

Perrot ist zumindest auf lange Sicht optimistischer. „Aus technischer Sicht gibt es nichts, was den Druck mehrstöckiger Gebäude verbietet“, sagte er. Kurzfristig hält er die Kombination von 3D-Druck mit herkömmlichen Techniken für den einfachsten Weg, höher zu bauen.

Dies geschieht auch in Heidelberg, wo die vom Drucker erzeugten Hohlwände mit herkömmlichem Stahlbeton ausgefüllt werden, um die Stabilität des Gebäudes zu verbessern.

Wo kann der 3D-Druck seine Stärken ausspielen? Was Indien betrifft, sieht Santhanam sein größtes Potenzial außerhalb städtischer Gebiete, wo weniger Bedarf an Hochbauten besteht, insbesondere bei groß angelegten Gemeindeentwicklungen in ländlichen Gebieten.

„Wenn man eine Reihe von Häusern druckt, sagen wir 20 oder 30 Häuser, wird es jede andere Technologie definitiv übertreffen, weil man die Möglichkeit hat, jedes Haus individuell anzupassen“, sagte Santhanam.

Ein weiterer potenzieller Wachstumsbereich für den 3D-Druck ist laut Perrot und van der Velden-Volkmann die Vorfertigung von Bauteilen in Fabriken.

Da die Technologie jedoch auf Beton angewiesen ist, stellen die Auswirkungen auf die Umwelt immer noch ein Problem dar. Beton enthält Zement als Bindemittel, dessen Herstellung im Jahr 2022 etwa 7 % der weltweiten fossilen Kohlenstoffemissionen ausmachte, sagte Robbie Andrew von der Universität Oslo.

Forscher haben versucht, mit weniger kohlenstoffintensiven Alternativen wie Ton zu drucken. Aber laut Santhanam bedeuten die besonderen Eigenschaften von Beton, wie seine Festigkeit und Haltbarkeit, dass er den 3D-Druck im Baugewerbe „mit Sicherheit dominieren wird“.

Für das Rechenzentrum liefert Heidelberg Materials eine spezielle Betonmischung für den 3D-Druck. Nach Angaben des Unternehmens enthält seine Mischung ein Bindemittel mit 55 % geringeren CO2-Emissionen als herkömmlicher Zement.

Herausgegeben von: Tim Rooks

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