Erstes zu 100 % biobasiertes 3D-gedrucktes Haus an der Universität von Maine enthüllt

Hoher Einkommensanteil wird für Wohnen ausgegeben

In den USA und vor allem in Maine herrscht ein krisenhafter Mangel an erschwinglichem Wohnraum. Nach Angaben der National Low Income Housing Coalition besteht landesweit ein Bedarf an mehr als 7 Millionen erschwinglichen Wohneinheiten. Allein in Maine beträgt das Defizit nach Angaben der Maine Affordable Housing Coalition 20.000 Wohneinheiten und wächst jedes Jahr. Nahezu 60 % der einkommensschwachen Mieter in Maine geben mehr als die Hälfte ihres Einkommens für die Wohnung aus. Diese unhaltbare Situation wird durch die doppelte Herausforderung des Arbeitskräftemangels und der durch die Lieferkette bedingten Materialpreissteigerungen noch verschärft.

Neben Mills nahmen an der Enthüllungsveranstaltung teil: US-Senatorin Susan Collins, Jeff Marootian, leitender Berater für Energieeffizienz und erneuerbare Energien im US-Energieministerium, Rebecca Isacowitz, stellvertretende Stabschefin des Büros für Energieeffizienz und erneuerbare Energien im DOE, Steve McKnight, stellvertretender Direktor des Büros für fortgeschrittene Fertigung im DOE, und Xin Sun, stellvertretender Laborleiter für Energiewissenschaft und -technologie im Oak Ridge National Laboratory. Sie besichtigten das ASCC, hielten Reden und nahmen an der Einweihungszeremonie teil. Anwesend waren auch Abgeordnete, Wohnungsbaubefürworter und -entwickler sowie Schüler und Studenten aus Maine.

“Mit der heutigen Produktion des weltweit ersten 3D-gedruckten Hauses aus recycelten Forstprodukten stellt die Universität von Maine weiterhin ihre weltweite Führungsrolle in Innovation und wissenschaftlicher Forschung unter Beweis”, sagte Senatorin Collins. “Diese bemerkenswerte Leistung wurde durch die Hartnäckigkeit und das Fachwissen von Dr. Habib Dagher, seinem Team und den Studenten des UMaine Advanced Structures and Composites Center möglich gemacht. Ich gratuliere ihnen dazu, dass sie Pionierarbeit für diese neue Marktchance für die Forstindustrie in Maine geleistet haben, die dazu beitragen könnte, den Wohnungsmangel in unserem Land zu lindern. Ihre bahnbrechende Arbeit wird den Grundstein für die Zukunft des erschwinglichen Wohnraums legen und zur Schaffung neuer Arbeitsplätze in unserem Bundesstaat beitragen.”

Lösung für Arbeitskräftemangel durch 3D-Druck?

Die Technologie soll den Arbeitskräftemangel und die Probleme in der Lieferkette beheben, die zu hohen Kosten führen und das Angebot an erschwinglichem Wohnraum einschränken. Durch die automatisierte Fertigung und die Produktion außerhalb des Standorts wird weniger Zeit für den Bau und die Einrichtung des Hauses benötigt. Der Druck unter Verwendung von reichlich vorhandenen, erneuerbaren, lokal bezogenen Holzfasern verringert die Abhängigkeit von einer eingeschränkten Lieferkette. Diese Materialien unterstützen die Wiederbelebung der lokalen Forstindustrie und sind widerstandsfähiger gegenüber Unterbrechungen der globalen Lieferkette und Arbeitskräftemangel. 

Mit den an der UMaine entwickelten fortschrittlichen Herstellungsverfahren und Materialien können künftige einkommensschwache Häuser an die räumlichen, energetischen und ästhetischen Bedürfnisse der Hausbesitzer angepasst werden. Wichtig ist, dass die Hauskäufer mit der Ausweitung der Fertigungstechnologie und der Materialproduktion mit schnelleren Lieferfristen rechnen können.

“Wir finden hier am ASCC Lösungen für die drängenden Probleme, denen sich unsere Welt und Maine gegenübersehen, und zwar durch die Forschung an einer transformativen Offshore-Windtechnologie, an Lösungen der nächsten Generation für die Verkehrsinfrastruktur, an fortschrittlichen Forstprodukten und 3D-Druck in großem Maßstab und natürlich an erschwinglichem Wohnraum”, sagte UMaine-Präsidentin Joan Ferrini-Mundy. “Die Arbeit, die in diesem Labor geleistet wird, ist beispielhaft für die Arbeit einer Land Grant Institution – einer Institution, die gegründet wurde, um die Probleme des Staates Maine zu lösen und den wirtschaftlichen Fortschritt in Partnerschaft mit den Menschen in Maine voranzutreiben. Ich könnte nicht stolzer sein, wenn ich auf dieses Labor verweise und darauf, wie genau das hier geschieht.

Prototyp als Datenquelle

Der Prototyp befindet sich derzeit auf einem Fundament außerhalb des ASCC und ist mit Sensoren für die Wärme-, Umwelt- und Strukturüberwachung ausgestattet, um zu testen, wie sich BioHome3D in einem Winter in Maine verhält. Die Forscher wollen die gesammelten Daten nutzen, um künftige Entwürfe zu verbessern.

BioHome3D wurde in vier Modulen gedruckt, dann zum Standort transportiert und innerhalb eines halben Tages aufgebaut. Der Strom wurde innerhalb von zwei Stunden angeschlossen, wobei nur ein Elektriker vor Ort benötigt wurde.

“Es werden viele Technologien für den 3D-Druck von Häusern entwickelt, aber im Gegensatz zu BioHome3D werden die meisten mit Beton gedruckt. Allerdings werden nur die Betonwände auf einem konventionell gegossenen Betonfundament gedruckt. Für das Dach werden herkömmliche Holzrahmen oder Holzbinder verwendet”, so Dagher, Geschäftsführer des ASCC. “Im Gegensatz zu den bestehenden Technologien wurde das gesamte BioHome3D gedruckt, einschließlich der Böden, Wände und des Dachs. Die verwendeten Biomaterialien sind zu 100 % recycelbar, so dass unsere Urenkel das BioHome3D vollständig recyceln können.”

Öffentlich-private Zusammenschlüsse sind Innovationstreiber

“Es ist diese Art von öffentlich-privater Zusammenarbeit, die vom DOE’s Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office unterstützt wird, die dazu beitragen wird, Innovationen in unserem Fertigungssektor voranzutreiben. Diese Partnerschaften zwischen Industrie, Hochschulen, Regierung und unseren nationalen Labors haben wichtige neue Technologien hervorgebracht, die Emissionen reduzieren, die Effizienz verbessern und unsere Fertigung stärker, widerstandsfähiger und nachhaltiger machen”, sagte Marootian, der auch für das Amt des stellvertretenden Sekretärs des DOE nominiert wurde.

Nach Angaben des Umweltprogramms der Vereinten Nationen sind Gebäude für fast 40 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Nachhaltig angebaute Holzfasern sind eine erneuerbare Ressource, die während des Wachstumszyklus der Bäume Kohlenstoff bindet. BioHome3D kann während seiner Lebensdauer und nach seiner Wiederverwertung als Kohlenstoffspeicher und -abscheider betrachtet werden. 

Dieses Projekt ist das Ergebnis starker Partnerschaften innerhalb und außerhalb der UMaine-Gemeinschaft. Das vom DOE finanzierte Hub and Spoke Programm zwischen UMaine und dem Oak Ridge National Laboratory ist führend in der Forschung und Entwicklung nachhaltiger, kosteneffizienter biobasierter 3D-Druck-Rohstoffalternativen, wie dem für BioHome3D verwendeten Material. Das “Hub and Spoke”-Programm ist das direkte Ergebnis eines Antrags, der 2016 von Sens. Collins und Angus King initiierte Bitte um ein Team des US-Handelsministeriums zur Bewertung der wirtschaftlichen Entwicklung, das Maine dabei helfen soll, die Forstwirtschaft zu stärken und nach der Schließung mehrerer großer Papierfabriken Arbeitsplätze und Möglichkeiten in ländlichen Regionen des Bundesstaates zu schaffen. 

Partnerschaften entfalten Potenzial

Die Manufacturing Demonstration Facility des Oak Ridge National Laboratory, ein führendes Unternehmen im Bereich der fortschrittlichen Fertigung, und die UMaine, die das ASCC, das Forest Bioproducts Research Institute und die School of Forest Resources beherbergt, sind natürliche Partner auf dem Gebiet des groß angelegten biobasierten 3D-Drucks. Das Maine Technology Institute unterstützte den Entwurf des Prototyps, und MaineHousing war ein wichtiger Partner bei der Entwicklung und Überprüfung der Spezifikationen für das Haus, die den Standards für einkommensschwache Wohnungen entsprechen.

“Dieses Programm zeigt die Kraft der wissenschaftlichen Zusammenarbeit, um wichtige nationale Bedürfnisse zu erfüllen”, sagte Sun. “Indem wir die Fähigkeiten und Einrichtungen des ORNL mit dem Fachwissen und dem Innovationsdrang der UMaine verbinden, haben wir gemeinsam einen bedeutenden Meilenstein in der Entwicklung nachhaltiger Materialien und Fertigungstechnologien und der Dekarbonisierung des Gebäudesektors erreicht.”

Ermöglicht wurde dies durch Fortschritte bei der additiven Fertigung in großem Maßstab in Verbindung mit Innovationen in der biobasierten Materialchemie, die sich aus diesen Partnerschaften ergeben haben.

“Dieses Projekt gibt uns eine echte Möglichkeit, etwas zu erreichen, was uns bisher verwehrt geblieben ist, nämlich die Produktionsgeschwindigkeit, d. h. die Möglichkeit, auf sehr schnelle Art und Weise Wohnraum in Massenproduktion herzustellen. … Die Vorstellung, dass wir mit einem Bruchteil der Arbeitskräfte in einem Bruchteil der Zeit Wohneinheiten schaffen können – das ist eine Effizienz, die wir noch nie erlebt haben. Dadurch werden unsere wertvollen staatlichen und bundesstaatlichen Ressourcen exponentiell gestreckt und – was am wichtigsten ist – die Bedürftigsten in unserem Staat schnell versorgt”, sagte Daniel Brennan, Direktor von MaineHousing.

Der erfolgreiche Druck von BioHome3D baut auf den nachgewiesenen Spitzenleistungen des ASCC in den Bereichen fortschrittliche Fertigung, Design und Modellierung auf. Der Prototyp wurde auf dem größten Polymer-3D-Drucker der Welt gedruckt, der 2019 auch das größte 3D-gedruckte Boot der Welt herstellte. 

Green Engineering als wichtige Industrie in Maine

Mit der Eröffnung der Green Engineering and Materials (GEM)-Forschungsfabrik der Zukunft wird die ASCC in der Lage sein, ihre fortschrittliche Fertigungsforschung im Wohnungsbau zu erweitern. Nach ihrer Fertigstellung wird die GEM als Drehscheibe für die KI-gestützte digitale Hybridfertigung in großem Maßstab dienen. Die Fabrik der Zukunft wird den innovationsbasierten Wirtschaftsaufschwung in Maine vorantreiben, mit Hallen, die für die Produktion von Wohngebäuden, wie BioHome3D, sowie für den Bootsbau, eine wichtige Industrie in Maine, vorgesehen sind. 

Ein wichtiger Aspekt der GEM-Einrichtung ist die Vorbereitung der Arbeitskräfte der Zukunft durch ein umfassendes Bildungsangebot von Weltklasse an der Schnittstelle von Technik und Informatik. GEM steht im Mittelpunkt des Plans der Universität, das neue Maine College of Engineering, Computing and Information Science (MCECIS) zu gründen, das die Ausbildung und Forschung in den Bereichen Ingenieurwesen und Informatik integriert. Die neue GEM-Einrichtung für Ingenieurwesen und Informatik wird mit einem Lehrkrankenhaus im medizinischen Bereich vergleichbar sein, in dem Studenten der Ingenieur-, Informatik- und Informationswissenschaften lernen, indem sie im Labor zusammen mit erstklassigen Dozenten und Mitarbeitern arbeiten. Dieses Vorhaben wird von der Harold Alfond Foundation und UMS TRANSFORMS unterstützt, mit dem Ziel, die Zahl der Ingenieure, Informatiker und Wissenschaftler zu verdoppeln, um den Arbeitskräftebedarf des Staates zu decken.”

“Arbeitskräfte und wirtschaftliche Entwicklung sind wesentliche Bestandteile der Weltklasse-Forschung der ASCC”, sagt der Kanzler der University of Maine System, Dannel Malloy. “Unsere politischen Entscheidungsträger auf Bundes- und Landesebene wissen, dass eine Investition in die Forschungsuniversität von Maine eine Investition in die Zukunft des Bundesstaates ist. Wir schätzen die gemeinsame Vision und die Möglichkeit, durch Initiativen wie BioHome3D und die Studenten, die heute praktische Erfahrungen sammeln, um die Arbeit von morgen fortzusetzen, weiterhin eine nachweisliche Investitionsrendite zu erzielen.”

25 Millionen Dollar Direktinvestition gesichert

Es wurden bereits 25 Millionen Dollar an Direktinvestitionen für GEM gesichert, darunter 15 Millionen Dollar durch den Maine Jobs & Recovery Plan – den von Gouverneur Mills eingebrachten und von der Legislative von Maine unterstützten Vorschlag, den Anteil des Bundesstaates an den Hilfsgeldern des American Rescue Plan zu investieren – und 10 Millionen Dollar im Bundeshaushalt für das GJ 22 dank der von den Abgeordneten Collins und King beantragten Mittel. Collins und King. Weitere von den Abgeordneten Collins und King beantragte Bundesmittel in Höhe von fast 40 Mio. $ sind beantragt. Collins und King befürwortet wurden, stehen für das Projekt noch aus.

Das Advanced Structures and Composites Center ist ein weltweit führendes interdisziplinäres Zentrum für Forschung, Ausbildung und wirtschaftliche Entwicklung, das sich mit Materialwissenschaften, fortschrittlicher Fertigung und Konstruktion von Verbundwerkstoffen und Strukturen befasst. Das in einer ISO-17025-zertifizierten Einrichtung untergebrachte Zentrum ist national und international für seine Spitzenforschungsprogramme anerkannt, die neue Industriezweige anführen und beeinflussen, darunter Offshore-Wind- und Meeresenergie, zivile Infrastruktur, biobasierte Verbundwerkstoffe, 3D-Druck in großem Maßstab, Schutzsysteme für Soldaten und innovative verteidigungsbezogene Anwendungen.

Quelle: The UMaine News