ETH-forskare har utvecklat en klimatvänlig beklädnad för väggar och tak som tillfälligt lagrar fukt och därmed säkerställer komfort i hårt använda inomhusutrymmen. Beklädnadselementen är tillverkade av mineralavfall och tillverkas med 3D-utskrift.
Oavsett om det är mötesrummet i en kontorsbyggnad, utställningslokalen på ett museum eller väntrummet på ett myndighetskontor: På sådana platser samlas många människor, och luften blir snabbt tjock. Detta beror bland annat på den ökade luftfuktigheten. Ventilationssystem används ofta i kontors- och administrationsbyggnader idag för att avfukta rummen och säkerställa inomhuskomfort. Mekanisk avfuktning av rum fungerar tillförlitligt, men det kostar energi och bidrar – beroende på hur mycket el som används – till klimatföroreningar.
Mot denna bakgrund undersökte ett forskarteam vid ETH Zürich en ny metod för passiv avfuktning av inomhusutrymmen. Passivt betyder i detta sammanhang att hög luftfuktighet absorberas av väggar och tak och tillfälligt lagras där. Fukten avleds därför inte till omgivningen av ett mekaniskt ventilationssystem, utan lagras tillfälligt i ett hygroskopiskt, fuktbindande material och frigörs senare när rummet ventileras. ”Vår lösning rekommenderas för rum med hög belastning och för vilka de installerade ventilationssystemen är otillräckliga”, säger Guillaume Habert, professor i hållbart byggande, som handledde ETH-forskningsprojektet.
Avfallsmaterial från marmorbrytning
Habert och hans forskargrupp följde principen om den cirkulära ekonomin i sitt sökande efter ett lämpligt hygroskopiskt material. Utgångspunkten är finmalet avfall från marmorbrott. För att producera fuktabsorberande vägg- och takelement från detta pulver behövs ett bindemedel. Denna uppgift utförs av en så kallad geopolymer, en klass av material som består av metakaolin (känt från porslinstillverkning) och en alkalisk lösning (kaliumsilikat och vatten). Den alkaliska lösningen aktiverar metakaolinet och tillhandahåller på vägen ett geopolymerbindemedel, som binder marmorpulvret till ett fast byggmaterial. Geopolymerbindemedlet är jämförbart med cement men släpper ut mindre koldioxid under sin produktion.
I ETH-projektet lyckades forskare ta fram en prototyp av ett 20 x 20 cm och 4 cm tjockt vägg- och takelement. Produktionen utfördes med hjälp av 3D-utskrift i gruppen ledd av Benjamin Dillenburger, professor i digital konstruktionsteknik. I denna process appliceras marmorpulvret i lager och binds samman med hjälp av ett geopolymerbindemedel (bindemedelsstråleutskriftsteknik). "Denna process möjliggör effektiv produktion av komponenter i en mängd olika former", säger Benjamin Dillenburger.
Fuktbeständiga komponenter ökar komforten
Att kombinera geopolymer och 3D-utskrift för att skapa ett fuktlagringssystem är en innovativ metod för hållbart byggande. Byggnadsfysikern Magda Posani ledde undersökningen av materialets hygroskopiska egenskaper vid ETH Zürich innan hon nyligen flyttade till Aalto-universitetet i Esbo, Finland, som professor. Projektet byggde på doktorsavhandlingarna av materialforskaren Vera Voney, under handledning av den ledande seniorforskaren Coralie Brumaud, och arkitekten Pietro Odaglia, som utvecklade materialet och 3D-utskriftsmaskinen vid ETH.
"Vi kunde med numeriska simuleringar visa att byggnadselementen avsevärt kan minska luftfuktigheten i hårt använda inomhusutrymmen", sammanfattar Magda Posani forskningsprojektets huvudresultat. För simuleringen antogs att väggarna och taket i ett läsesal som användes av 15 personer i ett offentligt bibliotek i Porto, Portugal, var helt klädda med de hygroskopiska byggnadselementen. Magda Posani beräknade för det virtuella läsesalen hur ofta och i vilken utsträckning luftfuktigheten bröt mot komfortzonen, dvs. 40 till 60 procent relativ luftfuktighet, under årets lopp. Hon beräknade sedan ett obehagsindex, ett tal som uttrycker komfortförlusten på grund av alltför hög eller för låg luftfuktighet. När läsesalen var utrustad med fuktbindande element minskade obehagsindexet med 75 procent jämfört med en konventionell målad vägg. När element användes som var 5 cm tjocka istället för bara 4 cm, sjönk obehagsindexet till och med med 85 procent.
Mer klimatvänligt än ventilationssystem
De hygroskopiska vägg- och takelementen är klimatvänliga, vilket innebär att de producerar betydligt färre utsläpp av växthusgaser under en 30-årig livscykel än ett ventilationssystem som avfuktar luftkvaliteten i samma utsträckning. I simuleringarna jämfördes även vägg- och takelementen med lerputs, en traditionell teknik som också passivt reglerar luftfuktigheten inomhus. Denna uråldriga teknik visade sig vara mer klimatvänlig än de hygroskopiska byggelementen. Puts har dock en lägre vattenånglagringskapacitet.
ETH Zürichs arbete visar att kombinationen av geopolymer och 3D-utskrift kan användas för att producera vägg- och takelement som effektivt buffrar fukt. Efter detta koncepttest är tekniken i princip redo att vidareutvecklas och skalas upp till industriell skala. Forskningen fortsätter parallellt. I ett projekt med Polytekniska universitetet i Turin och Aalto-universitetet arbetar ETH Zürich med att producera vägg- och takelementen med ännu färre utsläpp av växthusgaser. En sak är klar: om Schweiz vill uppnå sitt nettonollutsläppsmål senast 2050 behöver de byggnader som producerar så få utsläpp av växthusgaser som möjligt under byggnation och drift.
ursprungliga publikation
Posani, M, Voney, V, Odaglia, P, Du, Y, Komkova, A, Brumaud, C, Dillenburger, B, Habert, G. Koldioxidsnål reglering av luftfuktighet inomhus via 3D-printade superhygroskopiska byggnadskomponenter. Nature Communications, 10 januari 2025. DOI: 10.1038/s41467-024-54944-1.
Läs också
Tyska klimatkonsortiet: Konsumenter och företag måste tänka om | Pugnalom
Betydande framsteg har gjorts inom återvinning av använda batterier | Pugnalom
