Entwicklung von pflanzenabhängigen 3D-gedruckten Fassadenelementen zur individuellen Begrünung urbaner Räume (3D-BioCity)

Problemstellung
Der Trend zum naturnahen gesunden Wohnen lässt sich in einem schnellwachsenden ökonomisierten urbanen Raum nur schwer realisieren. Insbesondere die hohe Bebauungsdichte in Städten und Ballungszentren verhindert, dass nachträglich weitläufige Parkanlagen oder eine hohe Anzahl von Grünflächen geschaffen werden können. Die „grüne Architektur“ bietet für diese Herausforderung eine Vielzahl von konstruktiven Ansätzen. Das Begrünen von Gebäudefassaden stellt u. a. eine Option dar, um Nutzungskonflikte über freie Flächen in urbanen Räumen zu umgehen. Gleichzeitig werden durch diese Bauweise mehrere Vorteile vereint: Bindung von CO2, Reduktion der Feinstaub- und Stickstoffbelastung, Verbesserung des städtischen Mikroklimas, sommerlicher Wärmeschutz, akustische Dämmung, positive psychologische Effekte auf den Menschen sowie die Schaffung von kleinen Biotopen.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts 3D-BioCity ist die Entwicklung begrünbarer 3D-gedruckter Kunststofffassadenelemente, an denen in Abhängigkeit von Schadstoffbelastung, Wind, Sonneneinstrahlung und Niederschlag großflächig und nachhaltig Pflanzen bedarfsorientiert ohne Boden-kontakt wachsen. Es soll eine sich selbst erhaltende und durch Sukzession weiterentwickelnde Pflanzengesellschaft etabliert werden, die auf der vertikalen Kunststoffstruktur der individuellen Fassade ein stabiles Wurzelwerk ausbildet.

Vorgehensweise
Dafür werden unter Berücksichtigung der Pflanzenmorphologie und Autökologie, einem Teilgebiet der Ökologie, das sich mit den Auswirkungen der Umweltfaktoren auf ein einziges Individuum befasst, angepasste Mikro- und Makrostrukturen im Fassadenelement entwickelt. Es werden poröse Mikrostrukturen zur Wasserführung durch Kapillarwirkung und Makrostrukturen zur Ausbildung und Verankerung des Wurzelwerks erforscht und gezüchtet. Neben der Erweiterung der vielfältigen Potenziale der additiven Fertigung sollen angepasste Fassadenstrukturen mit planbaren und veränderbaren Werkstoffeigenschaften und Funktionen erarbeitet werden. Parallel dazu sind die extruderbasierten Fertigungstechnologien entsprechend der zu erarbeitenden Verbund-materialien und Strukturen anzupassen. Für eine wirtschaftliche Herstellung großflächiger Fassadenelemente am Stück kommt der Großformat-3D-Druck auf Basis einer etablierten SEAM-Technologie (Screw Extrusion Additiv Manufacturing) zum Einsatz. Diese wird so weiterentwickelt, dass mit hohen Austragsraten und Vorschubgeschwindigkeiten ökologisch produziert werden kann. Die prototypische Umsetzung erfolgt durch das Projektkonsortium am Ende des Projekts.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Herstellung begrünbarer Fassadenelemente im Kunststoff-3D-Druck erlaubt neben hohen Freiheitsgraden in der Formgestaltung die Integration erforderlicher Funktionen, wie etwa angepasste Oberflächenstrukturen zur Ausbildung eines stabilen Wurzelwerks und integrierte Bewässerungssysteme. Mit diesem neuartigen Technologieansatz zur Herstellung begrünbarer Fassadenelemente werden bei geringen Kosten urbane Räume der Zukunft nachhaltig begrünt. Darüber hinaus lassen sich die thermoplastischen Strukturen nach ihrer Nutzung stofflich recyceln und z. B. für neue Fassadenelemente nutzen.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Hochschule Zittau/Görlitz
• IGC Ingenieurgemeinschaft Cossebaude GmbH