Wenn Emil einmal loslegt, sollte ihm niemand in die Quere kommen. Zumindest nicht, wenn man dem Team von Florian Greiser unnötige Arbeit ersparen möchte. Emil ist nämlich kein normaler Mitarbeiter der Firma Eigner in Nördlingen, sondern ein Roboterarm und de facto auch ein 3D-Betondrucker. Er ist dafür da, die traditionelle Arbeit des Bauunternehmens zu ergänzen und an einigen Stellen klug zu unterstützen: Einige Arbeiten kann Emil einfach schneller erledigen – und spart gleichzeitig Material. Schritt für Schritt lässt er innerhalb kurzer Zeit ein Bauteil für eine Decke entstehen. Es sei denn, man tritt ihm zu nahe – denn dann greift die Notbremse und Emil bleibt automatisch stehen.
Dass sich ein 3D-Drucker Schicht für Schicht vorarbeitet, ist erst einmal nicht ungewöhnlich. Wohl aber das Material, das er sorgsam übereinander schichtet. Eine Art Spezialbeton benötigt man für den 3D-Druck von Häusern oder sonstigen Gebäudeteilen. Einige der wichtigsten Eigenschaften: Er darf nicht zu flüssig sein – denn sonst fließt alles einfach auseinander. Er darf aber auch nicht zu schnell fest werden, damit sich die verschiedenen Schichten auch tatsächlich verbinden können.
3D-Druck wird von vielen Forschern als Schlüsseltechnologie in der Baubranche gesehen
Eine von einigen gar nicht so leichten Aufgaben, an der Forschung und Baubranche gemeinsam tüfteln, aber eine, die vielen Experten und Expertinnen Hoffnung macht. Jürgen Huber ist einer von ihnen. Er arbeitet an der Hochschule Augsburg als Studiendekan der Fakultät für Architektur und Bauwesen und sagt: "Der 3D-Druck ist für die Baubranche der Schritt von der Steinzeit zum modernen Betrieb." Seit hunderten Jahren habe es bei Bauen nur eine sehr niedrige Produktivitätssteigerung gegeben. Dass man einen Ziegel auf den nächsten setzt, ist schließlich altbekannt. "Es ist ein riesiger Sprung zum 3D-Druck", sagt er. Alle Baustoffhersteller würden derzeit in diese Richtung gehen.
Belastbare Zahlen darüber, wie viele Bauunternehmen bereits 3D-Druck anwenden, gibt es laut dem Zentralen Immobilien Ausschuss (ZIA), dem Spitzenverband der deutschen Immobilienwirtschaft, allerdings noch nicht. Man wisse bisher nur, dass einige der Mitglieder die Technologie testen würden, heißt es beim ZIA.
3D-Druck wird dennoch von vielen Forscherinnen und Forschern als eine Schlüsseltechnologie in der Baubranche gesehen. Sie soll das Bauen automatisieren und digitalisieren. Und das geht mit einigen großen Versprechen einher: Bauen soll so schneller, effizienter und nachhaltiger werden. Was ist da dran? Und wie teuer ist das Ganze?
Ganze Häuser zu drucken soll schon bald günstiger als herkömmlicher Bau sein
Nachgefragt bei einem der Unternehmen, das mit als Erstes bereits komplette Häuser per 3D-Druck erschaffen hat wie etwa das erste Mehrfamilienhaus aus dem Drucker in Weißenhorn: Rupp Gebäudedruck aus Pfaffenhofen. Geschäftsführer Yannick Maciejewski sagt: "In ein bis zwei Jahren sind wir günstiger als der Ziegelbau." Bereits jetzt seien die Kosten "ziemlich gleich" wie beim herkömmlichen Bau, besondere Formen zu erstellen sei deutlich billiger. Wie sich die Preise entwickeln, sei auch davon abhängig, wie viele Projekte es gibt. Das bayerische Bauministerium gibt zu dem Thema an, dass Häuser im 3D-Druck aktuell "noch deutlich teurer in der Herstellung als herkömmliche Bauweisen" seien.
Schneller gebaut seien sie aber nach Angaben von Rupp bereits jetzt: Für jede Etage eines Einfamilienhauses würden etwa fünf Drucktage anstehen, für den Auf- und Abbau des Druckers jeweils zwei. Damit dauere der Druck eines zweistöckigen Hauses gut 14 Tage insgesamt – während beim herkömmlichen Bau acht bis zehn Arbeitstage pro Etage laut Maciejewski benötigt würden.
Durch 3D-Druck kann Material und CO₂ beim Bauen gespart werden
Anders als Rupp zielt das Nördlinger Unternehmen Eigner nicht darauf ab, ganze Gebäude zu drucken. Stattdessen nutzt man hier den 3D-Betondruck etwa für sogenannte Aussparungen in der Wand, an deren Stelle man später zum Beispiel Elektro-, Wasser- oder Heizungsleitungen einbaut. Diese fertig gedruckten Aussparungen können dann auf der Baustelle direkt eingesetzt werden – und müssen nicht noch eigens vor Ort von jemandem zusammengezimmert und später entsorgt werden.
Für ein anderes Forschungsprojekt arbeitete Eigner gemeinsam mit der Technischen Uni Graz und der Firma Märker Beton an einer besonderen Decke über einer Nördlinger Tiefgarage: In regelmäßigen Abständen gibt es in dieser Decke 3D-gedruckte Hohlkörper. Das Resultat: Es wurde einiges an Material eingespart – und auch dank eines besonderen, klimaoptimierten Betons nahezu 50 Prozent CO₂.
Tatsächlich steht und fällt die Nachhaltigkeit der Baubranche mit einem ihrer wichtigsten Bestandteile: Beton. Das liegt vor allem an dem darin enthaltenen Zement, der für bis zu acht Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich ist. Verzichten kann man trotzdem nicht darauf. Deswegen wird unter anderem daran geforscht, wie man dafür sorgen kann, dass bei der Herstellung von Zement weniger CO₂ ausgestoßen wird. Oder es wird Beton recycelt, der nicht mehr gebraucht wird. "Mit Zement wird allerdings kein komplett CO₂-neutrales Produkt möglich sein", sagt Dirk Volkmer, der an der Universität Augsburg den Lehrstuhl für Material- und Festkörperchemie leitet.
Stahlbeton kann durch 3D-Betondruck noch nicht ersetzt werden
Eine weitere Schwierigkeit des 3D-Betondrucks: Wie sorgt man dafür, dass er so stabil ist wie normaler Stahlbeton? Stahl kann man derzeit nicht einfach mit in den Beton "hineindrucken". Volkmer und sein Team forschen deswegen beispielsweise daran, die Betonmischung für den 3D-Druck mit Carbonfasern zu verstärken. Diese kurzen Fasern seien nur etwa drei bis vier Millimeter lang und würden während des Druckprozesses so ausgerichtet, dass sie den Beton am Ende gleichzeitig stabil und biegefest machen. Diese Lösung ist allerdings noch nicht kommerziell im Einsatz.
Sollte es allerdings gelingen, Ansätze wie diesen für Stabilisierung des Betons im großen Maßstab umzusetzen, sieht Sergej Rempel, der die Fakultät für Energieeffizientes Planen und Bauen an der Hochschule Augsburg koordiniert, keinen Grund, warum sich 3D-Druck in der Baubranche nicht in großem Stil durchsetzen sollte. "Alle wissen, an dem derzeitigen Bauen muss sich etwas ändern. Wenn das mit der Stabilisierung klappt, was sollte dagegen sprechen?"