Einsatz von Aerogel als Dämmstoff

• Aerogele sind ultraleichte, nanoporöse Materialien, die durch das Entfernen der Flüssigkeit aus einem gelartigen Stoff entstehen. Sie bestehen fast vollständig aus Poren und bieten eine extrem hohe Dämmleistung bei minimalem Volumen. Hergestellt werden sie aus Materialien wie Silikat, Metalloxiden oder Kohlenstoffverbindungen.
• Verwendung: Aerogel wird vielseitig als Dämmstoff genutzt, sowohl in Form von Dämmplatten für Fassaden und zur Innendämmung als auch als Granulat für Einblasdämmungen. Es eignet sich besonders gut für schmale und schwer zugängliche Hohlräume und wird auch in Dämmputzen zur Außen- und Innendämmung verwendet.
• Die Kosten für Aerogel-Dämmstoffe sind höher als bei herkömmlichen Dämmstoffen. Aerogel-Dämmplatten kosten etwa 1100 Euro pro Kubikmeter, während Aerogel-Dämmputze etwa 100 bis 150 Euro pro Quadratmeter kosten. Einblasdämmung mit Aerogel-Granulat kostet etwa 300 bis 400 Euro pro Kubikmeter.
• Aerogel ist im Vergleich recht teuer, weil die Herstellung sehr energie- und zeitintensiv ist. Der Prozess der überkritischen Trocknung, bei dem die Flüssigkeit aus dem Gel entfernt wird, erfordert hohe Temperaturen und Druckverhältnisse. Zudem sind die Ausgangsstoffe und der komplexe Herstellungsprozess aufwendig, was zu höheren Produktionskosten führt.
• Beurteilung: Aerogel bietet eine sehr hohe Dämmleistung bei geringer Dicke, was vor allem bei beengten Platzverhältnissen ein Vorteil ist. Allerdings ist die Herstellung energieintensiv und die Kosten sind deutlich höher als bei herkömmlichen Dämmstoffen. Zudem können Aerogele spröde sein, was zu mechanischen Problemen führen kann.

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Hier finden Sie weitere Erläuterungen zur Einteilung und Klassifikation von Wärmedämmstoffen.

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Aerogele als Granulat werden auch im Bereich der nachträglichen Kerndämmung eingesetzt, da hier meist nur wenig Platz zwischen Trag- und Blendschale vorhanden ist und der Dämmstoff zusätzlich durch sehr kleine Einfüllöffnungen eingebracht werden muss.

Aerogele zur Einblasdämmung weisen gegenüber Perliten, Blähglas oder auch EPS-Granulat zudem den Vorteil auf, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 1 W/(m·K) aufweisen und so bereits bei geringen Schichtstärken den Wärmedurchgang signifikant reduzieren können. Wird eine Kerndämmung bereits während der Erstellung des Bauwerks geplant, so können auch Aerogel-Matten zur Dämmung zwischen der Trag- und Blendschale eingesetzt werden.

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Die Herstellung von Aerogel ist aufgrund der notwendigen überkritischen Trocknung überdurchschnittlich energieintensiv und aufgrund bislang noch geringer Herstellungsmengen aktuell noch teurer als andere Dämmstoffe. Aufgrund seiner sehr guten wärmetechnischen Eigenschaften ist Aerogel trotzdem ein Dämmstoff mit großem Zukunftspotential.

Neben der Kostenreduktion im Herstellungsprozess muss zudem weiter an der langfristigen Dämmwirkung von Aerogelen, insbesondere der Witterungsbeständigkeit, und der Verarbeitung von Aerogelen auf der Baustelle auch hinsichtlich gesundheitlicher Aspekte geforscht werden.

Zudem basieren sie fast ausschließlich auf fossilen oder energieintensiv gewonnenen Rohstoffen, zum Beispiel silikatischen Mineralen.

2018 haben Forscher der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TU HH) erfolgreich überwiegend ligninbasierte Aerogele hergestellt und unter anderem zu Dämmstoffplatten verarbeitet. Damit sind die Forscher der Herstellung reiner Lignin-Aerogele ein großes Stück nähergekommen.

Die Wissenschaftler nutzten das Lignin aus Buchenrestholz und Weizenstroh, das im Konsortium mit Hilfe zweier umweltfreundlicher Aufschlussverfahren – dem Organosolv- und dem Aquasolv-Verfahren – gewonnen wurde. Mittels fünf unterschiedlicher Gelierungsstrategien wandelten sie die Lignine dann in Aerogele um. Einer der erfolgreichsten Ansätze führte zu hybriden Lignin-Polyurethan-Aerogelen mit einer einstellbaren Dichte zwischen 50 und 250 kg/m³. Der massebezogene Ligningehalt liegt bei 78 %, das Verfahren wurde bis in den Technikumsmaßstab skaliert.

Dämmplatten aus diesem Aerogeltyp erreichen eine Wärmeleitfähigkeit von 0,024 W/(m·K) und übertreffen damit die Isoliereigenschaften von Polystyrol oder Steinwolle deutlich. Aussichtsreich sind auch ligninbasierte Resorcin-Formaldehyd-Aerogele mit Oberflächen von 500 m²/g und einem sehr breiten Spektrum einstellbarer Eigenschaften. Sie sind bis zu 70 % ligninbasiert.

Silica-Aerogele sind in der Praxis für ihr sprödes Verhalten bekannt, weshalb sie im Großmaßstab meist mit Fasern oder mit organischen bzw. Biopolymeren verstärkt werden. Aufgrund des spröden Bruchverhaltens ist es auch nicht möglich, kleine Stücke aus einem Aerogel-Block herauszusägen oder zu -fräsen. Auch das Erstarren von Aerogelen in miniaturisierten Gussformen gelingt nicht zuverlässig – was zu hohen Ausschussraten führt. Im Kleinmaßstab waren Aerogele daher bislang kaum einsetzbar.

Einem Team der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz ist es 2020 gelungen, mithilfe eines 3D-Druckers stabile, wohlgeformte Mikrostrukturen aus Silica-Aerogel herzustellen. Die gedruckten Strukturen des Silica-Aerogels können bis zu einem zehntel Millimeter dünn sein und weisen eine Wärmeleitfähigkeit von knapp 0,016 W/(m·K) auf.

Gleichzeitig weist das neuartige, 3D-gedruckte Silica-Aerogel bessere mechanische Eigenschaften auf und lässt sich sogar bohren und fräsen. Dadurch ergeben sich vollkommen neue Einsatzmöglichkeiten wie z. B. kleinste elektronische Bauteile voneinander thermisch zu isolieren oder als Permeationspumpe aus einer ausgedruckten Aerogel-Membran („Knudsen-Pumpe“) zu verwenden.

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