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Dienstag, 12. Dezember 2017

Material

Keramik ohne Brennofen

Von Stefan Asche | 30. März 2017 | Ausgabe 13

Um Zement, Fliesen und Porzellangeschirr herzustellen, bedarf es normalerweise großer Hitze: In einem Brennofen werden die keramischen Materialien bei Temperaturen deutlich über 1000 °C gebrannt. Wissenschaftler der ETH Zürich entwickelten nun eine verblüffend einfache alternative Herstellungsmethode für Keramik.

BU kaaltes Sintern
Foto: ETH Zürich/Peter Rüegg

„Kaltes Sintern“: Unter hohem Druck wird Kalziumkarbonat-Nanopulver zu Keramik verpresst.

 Sie funktioniert bei Raumtemperatur. Als Ausgangsstoff verwenden die Forscher ein Kalziumkarbonat-Nanopulver. Anstatt es zu brennen, versetzen sie es mit wenig Wasser und pressen es zusammen.

Der Herstellungsprozess lehnt sich somit an die geologische Gesteinsbildung an: Sedimentgestein entsteht, indem Sedimente durch den Druck darüberliegender Ablagerungen über viel Jahrtausende komprimiert werden. Kalziumkarbonat-Sedimente werden so zu Kalkstein. Weil die ETH-Forscher als Ausgangsstoff Kalziumkarbonat in sehr feiner Partikelgröße verwendeten (Nanopartikel), dauert bei ihnen das Verdichten bloß eine Stunde.

Erste Bruchtests ergaben, dass das neue Material rund zehnmal höhere Kräfte aushält als Beton.

Bisher haben die Wissenschaftler Materialproben von der Größe einer Münze hergestellt. Dies gelang ihnen auf einer herkömmlichen hydraulischen Presse, wie sie standardmäßig auch in der Industrie verwendet wird. Die Herausforderung ist nun, genügend Druck für größere Werkstücke aufzubauen. Keramikstücke in der Größe von kleineren Badezimmerfliesen sollten laut den Wissenschaftlern im Bereich des theoretisch Machbaren liegen. Möglich sind auch Verbundwerkstoffe, die z. B. Plastik enthalten.

Interessant ist die Technik schließlich im Hinblick auf eine CO2-neutrale Gesellschaft. Denn für die Herstellung der Karbonat-Nanopartikel könnte abgeschiedenes CO2, etwa aus dem Abgas von Wärmekraftwerken, genutzt werden. Es könnte mit dem Pulver eines geeigneten Gesteins reagieren und zu Karbonat werden. Das klimaschädliche Gas würde damit langfristig in Keramikprodukten gespeichert.

In dem neuen Ansatz des „kalten Sinterns“ sehen die Wissenschaftler langfristig sogar das Potenzial, umweltfreundlichere Ersatzmaterialien für Zementbaustoffe zu finden. Die Zementherstellung benötigt nicht nur viel Energie, es entstehen dabei auch große Mengen CO2

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