Roboter baut mit Bakterien: ETH Zürich lässt Sand zu Stein wachsen

Ein Roboter der ETH Zürich hat auf der Architekturbiennale in Venedig sechs Monate lang Sand und Bakterien zu einer steinernen Struktur aufgebaut. Zement war dafür nicht nötig. Hinter dem Versuch steht die Architektin Karen Antorveza Paez, die das Verfahren selbst bremst: Für tragende Wände reicht es noch nicht.

Wie aus Sand Stein wird. Das Bakterium Sporosarcina pasteurii spaltet Harnstoff. Trifft das Abbauprodukt auf Calcium, entsteht Calciumcarbonat — der Hauptbestandteil von Kalkstein. Die Kristalle lagern sich zwischen den Sandkörnern ab und verbinden sie. Das heißt konkret: Statt Zement bei rund 1.450 Grad zu brennen, verfestigt sich das Material bei Raumtemperatur.

Zwei Wege zum Bauteil. Beim ersten Verfahren druckt ein Roboter eine Bio-Tinte aus Sand, Bakterien und einem Gel schichtweise auf. Danach liegt das Teil zwei bis fünf Tage in einem Bad aus Harnstoff und Calciumchlorid. Auf diesem Weg entstand ein einen Quadratmeter großer Demonstrator für eine Trennwand. Beim zweiten Verfahren sprüht ein sechsachsiger Roboter Bakterien, Mineralisierungslösung und Sand direkt auf die Stelle, Lage für Lage.

Sechs Monate in Venedig. Der Roboter arbeitete 2025 sechs Stunden täglich an sechs Tagen pro Woche. Die Struktur war 1,2 Meter lang und 0,5 Meter breit. Sie wuchs im Schnitt vier Zentimeter pro Monat und erreichte an den höchsten Stellen 24 Zentimeter. Risse oder ein Ausfall von Bauteilen traten laut Studie nicht auf, und mit beschleunigten Prozesswerten wäre dieselbe Geometrie in etwa zwei Wochen möglich gewesen.

Baustelle mit Bohrgerät und Arbeitern — das Umfeld, in dem Biozement später Fassaden und Trennwände ergänzen soll (Quelle: Xpanner)

Wo die Grenzen liegen. Antorveza Paez vergleicht das Material derzeit eher mit Mörtel als mit Beton. Daten zu Haftfestigkeit, Durchlässigkeit und Witterung fehlen, und bei komplexen Oberflächen lässt sich die genaue Geometrie noch nicht vorhersagen. Dazu kommt ein chemisches Problem: Beim Abbau von Harnstoff entsteht Ammonium. „Wenn wir die Entsorgung dieses chemischen Nebenprodukts nicht in unsere Entwürfe einbeziehen, dann ist der Einsatz von Biozement im Bauwesen leider keine besonders nachhaltige Praxis“, sagt die Forscherin.