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May 28, 2023

Nachhaltige und kostengünstige Gebäudedämmung mit Aerogelen

© Fraunhofer / Piotr Banczerowski Wir müssen unseren CO2-Ausstoß senken

© Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Um unsere Klimaziele zu erreichen, müssen wir unsere CO2-Emissionen systematisch senken. Die Isolierung von Gebäuden ist dabei ein wesentlicher Bestandteil. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen haben gemeinsam mit der PROCERAM GmbH & Co. KG einen nachhaltigen, erschwinglichen Dämmstoff auf mineralischer Basis entwickelt, der weitaus wirksamer ist als Optionen wie Polystyrol. Mit diesem Material kann bei nur halber Schichtdicke die gleiche Dämmwirkung wie Polystyrol erreicht werden. Drei Mitglieder des Entwicklungsteams werden für diese Leistung mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2023 ausgezeichnet.

Aerogele bestehen zu 99,8 Prozent aus Luft und sind damit die leichtesten und effektivsten Dämmstoffe der Welt. Und da sie aus dem ungefährlichen Rohstoff Siliziumdioxid hergestellt werden, sind sie zudem nachhaltig und können ohne den Einsatz von Petrochemikalien hergestellt werden. Allerdings gibt es bisher einen Stolperstein: Aerogele sind für den Einsatz als Isolierung viel zu teuer, da die herkömmliche Aerogel-Herstellung kostspielig und zeitaufwändig ist. Das bedeutet, dass sie bisher überwiegend in Nischenanwendungen eingesetzt werden, beispielsweise in Raumanzügen.

Die PROCERAM GmbH & Co. KG sah diese Herausforderung als Chance und setzte sich zum Ziel, kostengünstige Aerogele in Massenproduktion herzustellen. Wenn sie ein erschwingliches, nicht brennbares mineralisches Isoliermaterial entwickeln könnten, das eine wirksamere Isolierung als alternative Materialien auf fossiler Basis wäre, würde dies den Isoliersektor revolutionieren. Dazu kontaktierten die Unternehmer Experten des Fraunhofer UMSICHT – und entwickelten gemeinsam innerhalb von sechs Jahren ein neues Herstellungsverfahren zur Herstellung von Aerogelen. Ihr System kann ohne umweltgefährdende Chemikalien vollständig vom Labor auf die vorkommerzielle Produktionsebene hochskaliert werden. Das neue Verfahren reduzierte zudem die Kosten für die Herstellung der bisher teuren Aerogele um 70 Prozent und verkürzte die Produktionszeit von über 10 Stunden auf nur noch 2,5 Stunden.

Nils Mölders and Andreas Sengespeick of Fraunhofer UMSICHT and Christoph Dworatzyk of PROCERAM GmbH & Co. KG will be receiving the Joseph von Fraunhofer Prize 2023 for their achievement.

Um die Kosten und die Produktionszeit für Aerogele in dieser Größenordnung zu senken, konzentrierte sich das Forschungsteam auf den Produktionsprozess. Typischerweise werden Aerogele mithilfe eines Sols hergestellt – einem Medium, das fein verteilte Feststoffpartikel enthält und dem Säure zugesetzt wird, um ein Gel zu bilden. Zur Herstellung von 1 Kilogramm Aerogel werden etwa 6 Kilogramm Säure benötigt. Diese ätzenden Stoffe können die Umwelt schädigen. Anschließend wird das Gel gealtert, einem Lösungsmittelaustausch unterzogen und abschließend getrocknet. „Wir haben den bestehenden technologischen Stand immer wieder in Frage gestellt“, erklärt Herr Mölders. „Während überkritisches Kohlendioxid, das von seinen Eigenschaften her zwischen Gas und Flüssigkeit liegt, bisher nur zur Trocknung verwendet wurde, nutzen wir es in jedem Schritt des Prozesses. Dadurch können wir ganz auf den Einsatz von Säuren verzichten.“ Auch die Rohstoffe erfüllen den Nachhaltigkeitsanspruch: Die Forscher testeten mehr als 20 verschiedene Arten von Kieselsolen, die leicht verfügbar, günstig und ungiftig waren – im Gegensatz zu den etablierten Varianten, die teuer und gesundheitsschädlich waren.

Im letzten Schritt des Prozesses zur Herstellung von Dämmstoffen für Gebäude wird das Aerogel in 2 bis 4 Millimeter große Körner zerkleinert und zu einem rein mineralischen Putz vermischt. Diese Mischung verfügt über hervorragende isolierende und physikalische Eigenschaften und übertrifft damit herkömmliche Dämmstoffe wie Styropor oder Mineralwolle. „Eingemischt in den Putz können die Aerogele die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Polystyrol um den Faktor zwei reduzieren, das ist wirklich gewaltig. Wir haben also einen hochwirksamen Dämmstoff, der rein aus Mineralien besteht“, verrät Herr Dworatzyk. Dies bedeutet, dass eine Aerogel-Materialplatte mit der halben Dicke einer Polystyrolplatte den gleichen Isolationsgrad erreichen kann. Und es gibt noch einen weiteren Vorteil: „Wir verwenden hier nur Materialien wie Sand und Kalk, die in die Kreislaufwirtschaft zurückgeführt, also recycelt werden können“, erklärt Sengespeick. Das neue Produktionsverfahren birgt daher großes Potenzial sowohl für die Gebäudetechnikbranche als auch für den Klimaschutz.

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