Wir sind mitten in der Weihnachtszeit und für die ästhetische Dekoration darf insbesondere ein Gegenstand nicht fehlen: der Tannenzapfen. Die sogenannten „Evergreens“, also Nadelgehölze, haben in vielen Traditionen hohe Symbolkraft und historische Bedeutung (z.B. Hoffnung, Unsterblichkeit oder ewiges Leben, um nur einige zu nennen) und sind daher besonders gefragt als Deko-Objekte. Doch auch für das Ökosystem sind diese länglichen, in ihrer Form veränderbaren Zapfen besonders gefragt. Als Nahrungsquelle dienen sie unter anderem Eichhörnchen, Vögeln und Mäusen. Und auch Menschen können einige Samen essen – wenn wir an leckere Pinienkerne denken. Auch nach Naturkatastrophen spielen sie eine große Rolle: Wenn ein Baum brennt, erhitzen sich die Zapfen, Feuchtigkeit verdampft, die Schuppen “öffnen” sich und verteilen ihre Samen. Auf diese Weise regenerieren sich Wälder nach einem Waldbrand schnell wieder.
Tannenzapfen im Labor?
Bei all dieser Bedeutung und Nutzen verwundert es nicht, dass Nadelbaumzapfen es auch ins Labor von einigen Wissenschaftler*innen geschafft haben. Doch nicht, um diese mal etwas gemütlicher und atmosphärischer zu gestalten, sondern um ihre hygromorphen Eigenschaften zu untersuchen. Dabei geht es um ihren Mechanismus, sich abhängig von externen Stimuli wie der Luftfeuchtigkeit zu öffnen oder zu schließen. Dabei gelten die Zellulosefasern und ihre anisotropen Strukturen als Schlüssel dafür, in kontrollierter Weise anzuschwellen oder zu schrumpfen und so Ihre Form anzupassen, und das komplett passiv ohne Energiebedarf. Im Jahr 2017 wurde von den Biologen Dr. Simon Poppinga und Prof. Dr. Thomas Speck der Universität Freiburg belegt, dass dieses Wirkprinzip in Zapfen sogar über tausende Jahre erhalten bleibt.
Neue Wege für nachhaltige Gebäudebeschattung
Wozu so etwas nützlich sein kann, haben Forschende der Universität Stuttgart und Freiburg dieses Jahr sehr anschaulich gezeigt. In der Zeitschrift „Nature Communications“ stellten Tiffany Cheng und Prof. Achim Menges vom Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung der Universität Stuttgart und ihre Projektpartner die Ergebnisse zum Projekt „Solar Gate“ vor. Inspiriert von den hygroskopischen Eigenschaften von Tannenzapfen und Silberdisteln entwarfen und fertigten sie das erste Fassadensystem, das wetterabhängig und ohne elektrische Energiezufuhr die Gebäudebeschattung anpassen kann. Dafür entwickelten sie einen additiven, extrusionsbasierten Druckprozess, der die selbstformenden und reversiblen Eigenschaften von Zellulosefasern erhält und sich mit gewöhnlichen 3D-Druckern realisieren lässt. Damit druckten die Forschenden zweilagige Schuppenstrukturen, die bei höherer Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit aufnehmen, aufquellen und sich einrollen, während sie bei niedriger Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit abgeben und so sich zusammenziehen und flach werden. Herausgekommen ist ein filigran anmutendes Fassadensystem, das sich autonom mit der Sonneneinstrahlung und der veränderlichen Luftfeuchte reguliert. Durch diese passive Kinematik – eine innovative Kombination aus biobasiertem, nachwachsendem Material und bioinspirierter Struktur – lassen sich Gebäudeemissionen, wie sie durch Wärme, Kühlung und Ventilation für ein angenehmes Raumklima entstehen, effektiv senken.
Gerade mit den negativen Schlagzeilen, die der Gebäudesektor häufig mit Blick auf den CO2-Fußabdruck macht, sind das gute und hoffnungsvolle Nachrichten. Bioinspiration und Biologisierung bieten unzählige Chancen für nachhaltigere Technologien und können unseren Alltag zum Positiven verändern. In diesem Sinne wünscht Ihnen das BioTrans-Team frohe und hoffnungsvolle Weihnachtsfeiertage und ausreichend Erholung für ein neues Jahr voller Inspiration und Leidenschaft – vielleicht auch für neue Ideen zur Biologisierung der Technik.