Faszination Technik „Gebacken“, gedruckt, fertig – Architektur aus Hefe

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: 3D-Druck mit Hefe.

Forschende der Technischen Universität Chalmers haben ein neues, vollständig biobasiertes Material aus einer eher ungewöhnlichen Zutat entwickelt: Hefe. Das Material wird im 3D‑Druck hergestellt und ist für den Einsatz in Architektur- und Innenraumelementen vorgesehen, die bislang aus nicht erneuerbaren oder fossilen Materialien wie Gips, Kunststoff oder synthetischen Textilien bestehen.
Das neu entwickelte Material besteht aus Bäckerhefe, Zellulosefasern aus Holz, Alginat aus Algen, pflanzlichem Glycerin und Wasser. Zusammen bilden diese Komponenten ein Hydrogel – ein weiches, gelartiges und formbares Material –, das sich im 3D‑Druck verarbeiten lässt. Jeder Bestandteil erfüllt dabei eine spezifische Funktion: Das Alginat stabilisiert den Druckprozess, die Zellulose verstärkt die Struktur und verleiht ihr Festigkeit, und das Glycerin wirkt als Weichmacher und sorgt für Flexibilität. Die Hefe übernimmt die Rolle eines Bindemittels zwischen allen Komponenten und verleiht der Mischung die nötige Viskosität.

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„Ich habe mich schon immer für die Kombination von Architektur und lebenden Materialien interessiert. Im Kern geht es in dieser Forschung darum, ein architektonisches Material vollständig aus organischen, erneuerbaren Bestandteilen zu schaffen. Durch die Verbindung von Biomaterialien mit digitaler Fertigung können wir neue Ansätze sowohl für das Design als auch für die Herstellung architektonischer Elemente entwickeln“, erklärt Małgorzata Zboińska, Professorin am Department für Architektur und Bauingenieurwesen an der Chalmers‑Universität und Leiterin der Studie.

3D‑Druck ermöglicht es, komplexe Formen ohne Abfall zu erzeugen. Wir können das Material direkt gestalten und fertigen – mit hoher Kontrolle über Form, Oberfläche und Materialverteilung.

Yagmur Bektas

3D-Druck mit Hefe: So funktionierts

Der Ablauf ist folgender: Die Hefe wird zunächst erhitzt, um sie zu inaktivieren. Anschließend werden alle Zutaten gemischt, bis eine homogene Paste entsteht. Diese Paste wird in Spritzen gefüllt, die das Material mithilfe eines Roboterarms bei Raumtemperatur auftragen. Nach dem Druck wird das Bauteil getrocknet, bis es seine endgültige Form annimmt. „3D‑Druck ermöglicht es, komplexe Formen ohne Abfall zu erzeugen. Wir können das Material direkt gestalten und fertigen – mit hoher Kontrolle über Form, Oberfläche und Materialverteilung“, sagt Yagmur Bektas, Doktorandin und Mitautorin der Studie.Leichte Variationen in der Rezeptur ermöglichen es, die Materialeigenschaften zu verändern. Transparenz, Oberflächenstruktur und Farbe variieren je nach Zusammensetzung. Standardmäßig nimmt das Material natürliche Farbtöne von Gelb bis Braun an, es können jedoch natürliche Pigmente hinzugefügt oder Hefestämme verwendet werden, die selbst Farbe erzeugen.

Von Backen und Brauen zum Bauen

Der Einsatz von Hefe als Materialbestandteil ist in der Architektur bislang kaum erforscht. „Hefe wächst exponentiell, benötigt keine streng kontrollierten Umgebungen und ist wenig anfällig für Verunreinigungen. Da sie aus einzelligen Organismen besteht, können wir ein homogeneres und besser vorhersehbares Material herstellen“, erklärt Zboińska.Ein besonderer Aspekt der neuen Rezeptur ist, dass die Hefe nicht wie üblich zur Fermentation eingesetzt wird, sondern als Biomasse dient. Dadurch wird sie zu einem stabilen Bestandteil, der dem Material Volumen, Stabilität und Festigkeit verleiht. Zboińska betont zudem das Potenzial von Nebenprodukten aus Branchen wie der Brauerei- oder Landwirtschaft, da diese oft ungenutzt bleiben. Rückstände, die nicht mehr für Lebensmittel oder Tierfutter geeignet sind, könnten somit in der Architektur Verwendung finden.

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Laut dem Team der Universität Chalmers eignen sich diese Lösungen besonders für den Innenausbau. Sie könnten Bauteile ersetzen, die heute aus Kunststoff, Gips oder synthetischen Textilien bestehen – etwa Trennwände, Rollos oder Wandverkleidungen. Doch die Perspektiven gehen darüber hinaus. Dr. Małgorzata Zboińska sieht sogenannte ELM (Engineered Living Materials, also technisch entwickelte lebende Materialien) als nächsten Schritt: „Die Zukunft der ELM ist sehr vielversprechend, mit großem Potenzial zur Individualisierung und der Fähigkeit, sehr unterschiedliche Funktionen zu erfüllen. Denkbar sind beispielsweise selbstheilende Materialien oder solche, die die Luft reinigen, indem sie Schadstoffe und Verunreinigungen neutralisieren.“Die in Frontiers of Architectural Research veröffentlichte Studie eröffnet derzeit vor allem neue Möglichkeiten. Das Team betont jedoch, dass die Bewertung kritischer Eigenschaften wie mechanische Festigkeit, Brandverhalten oder Feuchtebeständigkeit – ebenso wie die Skalierung des Herstellungsprozesses – eine grundlegende Voraussetzung für die Weiterentwicklung des Projekts ist.