Strengere Vorgaben zur energetischen Nutzung von Altholz führen dazu, dass grosse Mengen Holzabfall nicht mehr einfach verbrannt werden dürfen, aber stofflich verwertbar bleiben. Das Fachgebiet «Experimentelles und Digitales Entwerfen und Konstruieren» der Universität Kassel entwickelt gemeinsam mit Buro Happold ein 3D-Druckverfahren, das Restholzpartikel in tragfähige Wandbauteile überführt. Gefördert wird das Vorhaben im Rahmen des Programms «Zukunft Bau» des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung.
Im Fokus steht ein biobasierter Druckwerkstoff aus zerkleinerten Altholzpartikeln, die überwiegend aus sekundären Stoffströmen der Holzindustrie – also aus post-consumer-Holz – stammen. Industriepartner bereiten das Material auf und mischen es mit biogenen Bindemitteln zu einer pastösen Masse, die sich robotergestützt extrudieren lässt.
Leichte Bauteile aus dem 3D-Drucker
Das Ergebnis unterscheidet sich klar vom bekannten 3D-Betondruck. Die Masse aus Holzpartikeln und Bindemittel wird im Massstab 1:1 schichtweise aufgetragen und formt leichte, aber tragfähige Bauteile. Möglich sind flächige Wandstrukturen ebenso wie frei geschwungene Geometrien, die sich konstruktiv und architektonisch präzise anpassen lassen.
Die aktuelle Projektphase Rafa 2.0 läuft über 18 Monate und baut auf dem Vorgängerprojekt Rafa auf, in dem die Forschenden die Eignung von Altholzpartikeln für die additive Fertigung grundlegend untersucht haben. Nun werden Materialrezepturen verfeinert, der Extrusionsprozess optimiert und die Bauteile unter Laborbedingungen getestet, mit dem Ziel eines durchgängigen digitalen Herstellungsprozesses bis hin zum vollmassstäblichen Prototyp.
Tragfähig, brandschutzgerecht und zirkulär
Damit das Konzept in der Praxis trägt, müssen die gedruckten Elemente mehr leisten als nur Form zu zeigen. Gefordert sind Tragfähigkeit, Steifigkeit und ein Brandschutzverhalten, das den Anforderungen im Innenausbau entspricht. Ein erstes Einsatzfeld sehen die Projektpartner in modularen Wandsystemen, die sich einfach montieren, demontieren und an anderer Stelle wiederverwenden lassen.
Dieses Prinzip passt zu zirkulären Bauansätzen, bei denen Bauteile nicht am Ende ihres Lebenszyklus entsorgt, sondern in neue Nutzungen überführt werden. Die Bauteile lassen sich sortenrein Rückbauen, weil auf schadstoffhaltige Komponenten verzichtet wird . Eine Voraussetzung für geschlossene Materialkreisläufe im Holzbau.
Digitale Planung als Schlüsseltechnologie
Eine zentrale Rolle spielt die digitale Planung. Buro Happold verantwortet Computational Design und Tragwerksplanung und setzt Simulationen ein, um das strukturelle Verhalten der Bauteile zu prognostizieren. Geometrien werden so optimiert, dass Material nur dort eingesetzt wird, wo es statisch notwendig ist – Ressourceneffizienz wird zur Gestaltungsaufgabe.
«Wir machen aus Abfall eine Chance, zurückgewonnenes Holz wird durch digitales Design und additive Fertigung zu leistungsfähigen Bauteilen», beschreibt Shibo Ren von Buro Happold den Ansatz. Weg vom linearen Verbrauch, hin zu einer zirkulären, datenbasierten Baupraxis, die Robotik, Ingenieurwesen und Gestaltung eng verzahnt.
Perspektiven für die Praxis
Kurzfristig zielt das Verfahren auf geringeren Materialeinsatz und niedrigere Emissionen gegenüber betonbasierten 3D-Drucktechnologien. Langfristig könnte es neue Märkte für biobasierte additive Bauweisen eröffnen. Insbesondere dort, wo geringes Gewicht, Rückbaubarkeit und architektonische Freiheit gefragt sind.
Ob und wie schnell sich der Ansatz wirtschaftlich durchsetzt, hängt von Skalierung, Normen und der Akzeptanz in der Baupraxis ab. Technisch zeigt das Projekt jedoch bereits heute, Zirkuläres Bauen beginnt nicht erst beim Recycling, sondern beim Entwurf. Dort, wo Materialien, Prozesse und Lebenszyklen neu gedacht werden.
