Forscher entwickeln haltbareres Eis als Baumaterial in Polarregionen

Wissenschaftler der Hebrew University of Jerusalem haben einen Verbundstoff auf Basis von Eis mit der Bezeichnung BioPykrete entwickelt. Das Material besteht im Wesentlichen aus gefrorenem Wasser, dem Pflanzenreste und Proteine beigemischt sind. Strukturell soll es so 10-mal härter als herkömmliches Eis und ähnlich widerstandsfähig wie Beton sein. In Polarregionen könnten mit dem Material temporäre Wohn- und Lagerstrukturen CO₂-arm errichtet werden.

Die Idee, Eis widerstandsfähiger zu machen und als Baumaterial zu verwenden, ist nicht neu. Im Zweiten Weltkrieg sollte ein britischer Flugzeugträger aus einer Mischung aus Eis und Sägespänen im Projekt „Habbakuk“ erstellt werden. Berechnungen ergaben, dass die geringe Dichte und Festigkeit des Materials das Schiff nahezu unsinkbar gemacht hätten. Kleinere Schäden hätten sich leicht mit Wasser, das dann gefriert, reparieren lassen, so die damalige Vorstellung. Zudem fällt die Wärmeleitfähigkeit des Materials geringer aus, sodass das Schiff nicht so schnell geschmolzen wäre. Der Bau wurde vom damaligen britischen Premier Winston Churchill, von Lord Mountbatten und Geoffrey Pyke vorgeschlagen. Letzterer gilt als Namensgeber des Materials. Das Schiff wurde allerdings nie gebaut.

BioPykret aus Cellulose und Protein

Die israelischen Forscher haben das Prinzip des Pykrete neu aufgegriffen, wie aus der Studie „Biomimetic engineering of a fortified ice composite with enhanced mechanical properties“ hervorgeht, die in Colloids and Surfaces B: Biointerfaces veröffentlicht ist. Die Wissenschaftler benutzen nun aber statt Sägemehl Partikel, die aus pflanzlichen Zellwänden gewonnen und vor dem Gefrieren dem Wasser beigemengt werden. Die Partikel aus Nanokristalliner Cellulose (CNC) bilden dabei ein dreidimensionales Netzwerk im Inneren des gefrorenen Wassers. Hinzugefügt haben die Forscher außerdem ein Chimärenprotein, dass als molekulare Brücke zwischen den Eiskristallen und der Cellulose wirkt und beide auf Nanoebene fest miteinander verbindet. Das Protein ist damit für die hohe Festigkeit verantwortlich. Sie soll sich im Vergleich zu herkömmlichem Eis nur mit der Cellulose-Mischung verdoppeln.

Getestet haben die Wissenschaftler das BioPykrete zunächts lediglich im Labor. Dabei zeigte sich, dass es etwa 70-mal mehr Energie als gewöhnliches Eis aufnehmen kann, bis es zum Bruch kommt. Die Wissenschaftler sprechen von rund 10-mal festeren Eisstrukturen. Unklar ist jedoch, wie sich das Material in der Praxis verhält und etwa Dauerbelastungen und mehrere Frost-Tau-Zyklen übersteht. Das soll vor einer möglichen Kommerzialisierung evaluiert werden.

Die Forscher sind der Ansicht, dass BioPykrete in der Arktis oder Antarktis als alternatives Baumaterial eingesetzt werden könnte. Stahl und Beton müssten dann dort nicht aufwendig und zu hohen Kosten mit dem Flugzeug hin transportiert werden. Wasser als Grundmaterial für Pykrete gebe es bereits vor Ort genug. Lediglich das Zellmaterial und das Protein müssten dann eingeflogen werden. Beide Stoffe sind biologisch abbaubar, sodass keine nennenswerten Umweltbelastungen entstehen, wenn die Gebäude nicht mehr benötigt werden.