Aerogel
Federleicht, hochporös und hochdämmend – Aerogele sind haptisch wie wärmeschutztechnisch ein spannendes Material. In Form kleiner, oft weißer Kugeln erinnern sie an Zuckerperlen. Werden sie zusammengedrückt, zerfallen sie zu kaum mehr sichtbarem, weichem Staub. Aufgrund ihrer nanoporösen Struktur und Modellierbarkeit werden Aerogel-Dämmstoffe bereits seit einigen Jahren in der Baubranche genutzt. Ihre Herstellung ist bisher aufwändig und teuer.
Gallerie
Dämmstoff für Spezialfälle: In einen Putz integriert kommen Aerogele zum Beispiel bei Bestandssanierungen zum Einsatz.
Bild: Fraunhofer / Piotr Banczerowski
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Die nanoporöse Struktur ist verantwortlich dafür, dass die Aerogel-Kügelchen so hervorragende Dämmeigenschaften besitzen.
Bild: DLR
02|04
Eigenschaften und Zusammensetzung
Was die Kügelchen so leicht macht, ist ihr enorm hoher Luftanteil. Er liegt bei weit über 90, teilweise sogar bei bis zu 99,8 Prozent. Die Luft wird von einer feinen und zugleich festen Struktur umgeben, ähnlich einem Schwamm. Die Poren in der Struktur der Kügelchen sind so klein, dass sich die Luftmoleküle kaum bewegen können. Es findet also nahezu kein Wärmetransport statt.
Prinzipiell kann die offenporige Struktur aus allem hergestellt werden, was sich gelieren lässt. Bisher verwendet werden zum Beispiel Silicate, Kunststoffe oder Metalloxide. Mittlerweile wurden auch Aerogele auf Basis von Lignin entwickelt, einem Stoff, der bei der Verarbeitung von Holz zu Papier anfällt.
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Dämmstoff für Spezialfälle: In einen Putz integriert kommen Aerogele zum Beispiel bei Bestandssanierungen zum Einsatz.
Bild: Fraunhofer / Piotr Banczerowski
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Die nanoporöse Struktur ist verantwortlich dafür, dass die Aerogel-Kügelchen so hervorragende Dämmeigenschaften besitzen.
Bild: DLR
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Herstellung
Aerogele lassen sich weitegehend unabhängig von petrochemischen Quellen herstellen. Allerdings sind die bisher angewendeten, mehrstufigen Verfahren in der Regel aufwändig, langwierig und teuer. Involviert sind dabei auch ätzende Säuren und Kohlenstoffdioxid.
Im ersten Schritt wird aus dem festen Ausgangsstoff – für Bauanwendungen zum Beispiel Siliziumdioxid – ein sogenanntes Sol erzeugt, also eine feine Verteilung fester Stoffe in einem Medium, zum Beispiel einer wässrigen Lösung. Dieses wird mittels Säure geliert. Anschließend wird das Gel gealtert (Prozess der Entwässerung und weiteren Verkleinerung bzw. Teilung der sogenannten Netzfibrillen) und das Lösungsmittel getauscht, zum Beispiel gegen Alkohol. Dann muss das nasse Gel getrocknet werden, ohne dass die innere Struktur der Aerogele leidet. Ein Verfahren, in dem das gelingt, wird überkritische Trocknung genannt. Das Gel wird dabei einem Druck von 100 Bar sowie Temperaturen von 40 bis 60 Grad Celsius ausgesetzt. So schrumpft es nicht, sondern behält die Form und Struktur des nassen Gels. Schließlich wird das Aerogel auf eine Korngröße von zwei bis vier Millimetern gebracht, damit es einem mineralischen Putz beigemischt werden kann.
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Dämmstoff für Spezialfälle: In einen Putz integriert kommen Aerogele zum Beispiel bei Bestandssanierungen zum Einsatz.
Bild: Fraunhofer / Piotr Banczerowski
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Die nanoporöse Struktur ist verantwortlich dafür, dass die Aerogel-Kügelchen so hervorragende Dämmeigenschaften besitzen.
Bild: DLR
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Anwendung und Weiterverwendung
Aktuell ist die Aerogel-Herstellung in der Regel sehr teuer, jedoch aufgrund der hohen Dämmwirkung bei gleichzeitig geringem Gewicht und geringer Größe gefragt, zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt. Geforscht wird darüber hinaus an weiteren Anwendungen als Filtermaterial oder Knochenimplantat. Labore, Institute und Unternehmen kooperieren auch, um alternative Ausgangsstoffe wie Lignin sowie kostengünstigere Produktionsverfahren marktreif zu machen.
Bei Bauprojekten kommen Aerogele heutzutage vor allem dort zum Einsatz, wo möglichst unauffällige Dämmungen gewünscht sind, komplexe Geometrien vorherrschen oder wenig Raum vorhanden ist für eine Dämmschicht. Die feinen, hochdämmenden Kügelchen und die daraus hergestellten schwammartigen Platten und individuell modellierbaren Dämmputze sind deshalb für das Bauen im Bestand interessant und ganz besonders für die wärmeschutztechnische Ertüchtigung denkmalgeschützter Gebäude. Verglichen mit Styropor genügt die halbe Schichtdicke aerogelhaltigen Wärmedämmputzes, um die Wärmeleitfähigkeit genauso stark zu reduzieren. Die Isolationsleistung des Aerogelputzes ist also rund doppelt so hoch. Vorteilhaft ist auch der Stofftransport durch den Putz, insbesondere die Abgabe von Feuchtigkeit nach außen. Genauso sprechen die Langlebigkeit, der geringe Algenbefall und die Feuerfestigkeit für die Aerogel-Putze.
Aerogele gelten in der Forschung als recyclebar. So sollen sich mineralische Dämmputze auf Basis von Sand, Kalk und Aerogelen aus Siliziumdioxid wieder in die Stoffkreisläufe einbringen lassen. Eine geregelte Recyclingpraxis ist jedoch noch nicht etabliert. Alterungsprozesse und Perspektiven der Weiterverwendung mögen auch von der Einbausituation abhängen, und ob die Aerogele als Teil eines Dämmputzes, als Platte oder als Schüttung verbaut wurden.
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