Neues Super-Eis kann als Alternative zu Beton eingesetzt werden

Ein neu entwickelter Verbundwerkstoff aus Eis, pflanzlichen Nanokristallen und einem speziell entwickelten Protein ist nach Angaben eines Forschungsteams zehnmal widerstandsfähiger als gewöhnliches Eis.

Idee aus dem Zweiten Weltkrieg

Das sogenannte BioPykrete kann 70-mal mehr Energie aufnehmen, bevor es bricht. Das geht aus dem im Journal Colloids and Surfaces B: Biointerfaces veröffentlichten Paper hervor. Die Wissenschaftler der Hebräischen Universität Jerusalem sehen darin langfristig Potenzial für nachhaltige Bauprojekte in extrem kalten Regionen.

Die Entwicklung knüpft an ein ungewöhnliches Projekt aus dem Zweiten Weltkrieg an. Damals experimentierte die britische Royal Navy mit Pykrete, einem Gemisch aus Eis und Holzfasern. Das Material sollte als Grundlage für einen riesigen schwimmenden Flugzeugträger dienen und war für seine hohe Festigkeit bekannt. Da sich das Vorhaben als zu teuer erwies und bessere Alternativen verfügbar wurden, wurde es jedoch aufgegeben.


Das heutige BioPykrete verfolgt einen ähnlichen Ansatz, setzt aber auf eine gezieltere Kombination seiner Bestandteile. Statt grober Holzfasern verwenden die Forscher winzige Zellulose-Nanokristalle. Zellulose ist ein wesentlicher struktureller Bestandteil von Pflanzen. In kristalliner Form kann sie als Verstärkungsmaterial dienen und verhindern, dass sich Risse ungehindert durch das Eis ausbreiten.

Eine besondere Rolle spielt außerdem das Protein CBM3a-AFPIII. Es kombiniert ein Frostschutzprotein mit einem Modul, das Kohlenhydrate bindet. Dadurch verbindet es die Zellulosekristalle mit dem Eis und sorgt dafür, dass die Bestandteile auf molekularer Ebene besser zusammenhalten.

Wo Beton nicht möglich ist

Das Material bricht anders als herkömmliches Eis. Während gewöhnliches Eis bei Belastung vergleichsweise plötzlich splittern kann, nimmt BioPykrete mehr Energie auf und verformt sich allmählicher, bevor es versagt. Die Forscher wollen damit nicht nur die Festigkeit erhöhen, sondern auch das Bruchverhalten gezielt beeinflussen.

Als mögliches Einsatzgebiet nennen die Wissenschaftler abgelegene Regionen der Arktis und Antarktis, in denen sich herkömmliche Bauverfahren nur schwer umsetzen lassen. Denn die bekannte Kombination von Sand, Zement und Wasser, aus der Beton entsteht, lässt sich dort kaum einsetzen. Da das neue Material hauptsächlich aus Wasser und pflanzlicher Zellulose besteht, könnte es ohne Beton und Stahl auskommen. Das würde bei geeigneten Anwendungen den CO₂-Fußabdruck verringern. Zudem wäre der Werkstoff biologisch abbaubar.

Bis zum praktischen Einsatz ist es allerdings noch ein weiter Weg. Die bislang veröffentlichten Ergebnisse sind ein Machbarkeitsnachweis im kleinen Maßstab. Weitere Untersuchungen müssen klären, wie dauerhaft BioPykrete ist und wie es auf wechselnde Temperaturen und andere Umwelteinflüsse reagiert. Auch die genauen Mechanismen der Rissbildung wollen die Forscher noch genauer untersuchen.

Siehe auch: