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Junge Forschung

Ziegel können mehr

Thomas Kiefer zeigt mit seinen Modellen, welche Tonmischung und Formgebung bei der Ziegelherstellung die beste für gewünschte Eigenschaften ist.
Thomas Kiefer zeigt mit seinen Modellen, welche Tonmischung und Formgebung bei der Ziegelherstellung die beste für gewünschte Eigenschaften ist.Die Presse/Clemens Fabry
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Im modernen Wohnbau spielen Ziegel eine untergeordnete Rolle. Um das zu ändern, optimiert Thomas Kiefer den nachhaltigen Werkstoff mit innovativen Analysemethoden.

Wenn wir unsere Klimaziele erreichen wollen, werden wir auch im Wohnbau die Emissionen drastisch senken müssen“, sagt Thomas Kiefer. „Was Stabilität, Wiederverwertbarkeit und CO2-Bilanz betrifft, können Ziegel ziemlich punkten.“ Zwar koste auch ihre Herstellung Energie, die lange Haltbarkeit von über 100 Jahren mache sie jedoch emissionsärmer als andere Baustoffe. „Außerdem spart man durch ihr exzellentes Dämmvermögen an der Beheizung der Innenräume.“ Und an klimaneutralen Brennvorgängen werde gefeilt. Bei der Errichtung fünf- bis sechsstöckiger Gebäude geraten die nachhaltigen Backsteine allerdings an ihre Belastungsgrenze. „Das liegt auch daran, dass es bisher noch kaum Grundlagenforschung dazu gab.“

Kiefer ist Postdoc am Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen an der TU Wien, wo er mit seiner Dissertation eine Grundlage für die gezielte Optimierung von Ziegeln für die Erfordernisse moderner Bauvorhaben gelegt hat. „Um ihr Potenzial innovativ zu nutzen, muss man die physikalischen Eigenschaften ihrer Bestandteile verstehen“, erklärt der 32-Jährige. „Etwa die Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit der enthaltenen Feldspate, Glimmer oder Quarze.“

 

Ausgeklügelte Modelle

Also hat er im Zuge seines Doktoratsprojekts deren Mikrostruktur mittels aufwendiger mikroskopischer Messmethoden studiert, die eigens dazu ausgebaut werden mussten. Zusätzlich gab ihm die Arbeit an mathematischen Modellen Aufschluss über die Materialeigenschaften. Darauf aufbauend entwarf er ein Computermodell, mit dem man die Eigenschaften ganzer Ziegel und sogar kompletter Ziegelwände berechnen kann. „Die Verbindung der unterschiedlichen Größenskalen war eine der Hauptherausforderungen dieser Forschung.“

Die Qualität eines Ziegelprodukts hängt von der Zusammensetzung der Tonerde, aber auch der Verarbeitung ab. Das Hinzufügen von Sägespänen etwa hinterlässt im Brennvorgang komplexe Porenräume. „Mit unseren Modellen kann man genau sagen, welche Tonmischung und welche Formgebung bei der Herstellung die beste ist, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen“, konstatiert Kiefer zufrieden. Für die Doktorarbeit hat ihn die TU Wien im Herbst mit dem Resselpreis ausgezeichnet.

Das zweckgebundene Preisgeld fließt nun in einen Schritt von der Forschung in die Anwendung. „Wir entwickeln damit ein einfaches Beratungstool, mit dem die Industrie unsere Erkenntnisse konkret nutzen kann.“ Neben der Kooperation mit der Universität für Bodenkultur und der Uni Wien bei der Charakterisierung der Tonerden hat Kiefer in seinem Projekt mit dem Ziegelhersteller Wienerberger zusammengearbeitet.

„Der Preis ist schon ein gewaltiger Motivationsschub“, meint er. „Zumal mir auch die Lehre und die Mitarbeit in Gremien wichtig sind, und zusammen mit der Forschung geht sich das eben nur mit erheblichem Zeiteinsatz aus. Ich fühle mich also in jeder Hinsicht belohnt.“

Der aus dem schwäbischen Ulm stammende Deutsche kam 2008 zum Studium des Bauingenieurwesens nach Wien, „um nicht jedes Wochenende mit Schmutzwäsche bei meinen Eltern auf der Matte zu stehen“. Sein Forschungsfokus habe sich dann allmählich ergeben. „Von einer Projekt- über die Diplomarbeit bis zur Dissertation bin ich eigentlich immer durch die Tür gegangen, die sich gerade vor meiner Nase aufgetan hat.“ Dem Thema analytische Materialmodellierung begegnete er bereits im Masterstudium. „Dass man anhand der mikrostrukturellen Eigenschaften eines Werkstoffs dessen Verhalten in einem Bauwerk voraussagen kann, fand ich sofort spannend.“

Der Bereitschaft des Einzelnen, sich in Zeiten des Klimawandels persönlich zurückzunehmen, vertraue er nicht so recht, sagt er mit Bedauern. „Die technischen Innovationen und sparsamen Gebäudelösungen, die wir Wissenschaftler erarbeiten, bringen aber wenig, wenn pro Person immer mehr Raum beansprucht wird.“ Privat ist Kiefer gern allein in den Bergen unterwegs. „Für mich gibt es kaum etwas Schöneres, als in der Natur die Gedanken schweifen zu lassen.“

ZUR PERSON

Thomas Kiefer (32) hat an der TU Wien Bauingenieurwesen und Infrastrukturmanagement mit Schwerpunkt konstruktiver Ingenieurbau studiert. 2019 dissertierte er im Bereich numerische Simulation und Mehrskalenmodellierung von Ziegelstrukturen zur Verbesserung dieses Werkstoffs. Dafür zeichnete ihn die TU Wien, wo er als Postdoc arbeitet, 2020 mit dem Resselpreis aus.

Alle Beiträge unter: diepresse.com/jungeforschung

 

("Die Presse", Print-Ausgabe, 09.01.2021)