Rice hulls in construction/de

Reishülsen sind in der Natur einzigartig. Sie enthalten etwa 20 % Opalsiliciumdioxid in Kombination mit einem hohen Anteil des Phenylpropanoid-Strukturpolymers Lignin. Dieses reichlich vorhandene landwirtschaftliche Abfallprodukt besitzt alle Eigenschaften, die man von einem erstklassigen Dämmstoff erwarten kann. Jüngste ASTM-Tests, durchgeführt von R&D Services aus Cookville, Tennessee, zeigen, dass Reishülsen nur schwer entflammbar sind, äußerst beständig gegen Feuchtigkeit und Pilzbefall, eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, geruchsneutral sind, keine Gase abgeben und gegenüber Aluminium, Kupfer und Stahl nicht korrosiv wirken. Im Rohzustand entsprechen Reishülsen einem Dämmstoff der Klasse A oder I und eignen sich daher hervorragend zur wirtschaftlichen Dämmung von Wänden, Böden und Dachhohlräumen eines hochisolierten Reishülsenhauses. Dieser Artikel erläutert außerdem, wie die Struktur eines solchen Hauses aus verschiedenen, aus Zuckerrohrrinde gewonnenen Holzwerkstoffen errichtet werden kann.

Papierbearbeitung

Als die Natur entschied, wie sie ein Reiskorn verpacken sollte, umhüllte sie dieses kleine Nährstoffbündel mit etwas, das oft als „biogener Opal“ bezeichnet wird. ^{[ 1 ]} Die chemische Struktur der Reishülse, die aus amorphem, an Wasser gebundenem Siliziumdioxid besteht, ähnelt stark der des Opals, was der Reishülse einige bemerkenswerte Eigenschaften verleiht. Nirgendwo sonst findet man ein Getreidenebenprodukt, das so wenig Protein und verfügbare Kohlenhydrate enthält und gleichzeitig so reich an Rohfaser, Rohasche und Siliziumdioxid ist. ^{[ 2 ]} Von allen Getreidenebenprodukten weist die Reishülse den geringsten Anteil an verdaulichen Nährstoffen auf (weniger als 10 %). ^{[ 3 ]}

Die Reishülse enthält etwa 20 % Opalsiliciumdioxid in Kombination mit einem hohen Anteil des Phenylpropanoid-Strukturpolymers Lignin. Ein solch hoher Siliciumdioxidanteil ist in der Natur sehr ungewöhnlich ^{[ 4 ]} , und diese enge Verbindung von Siliciumdioxid und Lignin macht die Reishülse nicht nur resistent gegen Wassereintritt und Pilzbefall, sondern auch gegen die besten Entsorgungsversuche des Menschen. Da Reis auf allen Kontinenten außer der Antarktis angebaut wird, weltweit nach Weizen die zweitwichtigste Anbaupflanze ist ^{[ 5 ]} und die Hülse durchschnittlich etwa 20 % des Rohgewichts des geernteten Reises ausmacht ^{[ 6 ],} fällt auf unserem Planeten eine große Menge dieses schuppigen Reststoffs an.

Weltweit fallen jährlich über 100 Millionen Tonnen Reishülsen an. ^{[ 7 ]} Allein in den USA wurden 1995 rund 1,26 Millionen Tonnen Reishülsen ^{[ 8 ]} in etwa 50 Mühlen ^{[ 9 ]} in Louisiana, Texas, Arkansas, Missouri, Mississippi, Florida und Kalifornien produziert. Da die meisten Mühlen Rohreis lagern und täglich verarbeiten, sind frische, trockene Hülsen ganzjährig verfügbar. Da Reishülsen nur schwer biologisch abbaubar und schwer verbrennbar sind, werden sie mitunter kostenlos abgegeben.

Die Spelzen werden üblicherweise für etwa 6 US-Dollar pro Tonne verkauft, obwohl eine Mühle angab, Spelzen zu Preisen zwischen 2 und 20 US-Dollar pro Tonne verkauft zu haben. ^{[ 10 ]}

Die Reishülse ist ein sehr robustes und abriebfestes Verpackungsmaterial, bestehend aus zwei ineinandergreifenden Hälften. Sie umschließt den winzigen Hohlraum, der durch das gemahlene Korn entsteht, und bildet in der Nähe unzähliger anderer Hülsen eine Wärmebarriere, die mit der von hervorragenden Dämmstoffen vergleichbar ist. ^{[ 11 ]} Wärmewiderstandsmessungen an ganzen Reishülsen ergaben R-Werte von über 3,0 pro Zoll. ^{[ 12 ]} Wenn der R-Wert von Reishülsen so günstig ist, warum werden sie dann nicht häufiger zur Dämmung von Wohn- und Gewerbegebäuden eingesetzt? ^{[ 13 ]}

Vielleicht konzentrieren sich unsere Wissenschaftler und Ingenieure nur auf die Entwicklung von Materialien und Produkten, die als geschützte Erfindung vermarktet werden können. Vielleicht regt die schlichte Verwendung von Reishülsen als Dämmstoff die wissenschaftliche oder wirtschaftliche Fantasie nicht ausreichend an. Aber warum sich auf künstliche Produkte konzentrieren, wenn natürliche Materialien im Überfluss vorhanden sind? Sicherlich muss es einen triftigen und offensichtlichen Grund geben, warum rohe Reishülsen als Dämmstoff ungeeignet sind.

Brennen Reishülsen? Ja, aber nur schwer, wie Eldon Beagle einst so elegant erklärte:

„Die besondere Struktur der Hülsen, die an ein Trinkhalmbündel aus Kieselsäure und Zellulose erinnert, führt dazu, dass das Material weder brennt noch Wärme in einer Weise freisetzt, die der von organischen Substanzen ähnelt. Diese winzigen, mit Kieselsäure besetzten Röhrenstrukturen bieten einen inhärenten Brennwiderstand. Oftmals verschließen sie die Hülsen vollständig und verhindern so die vollständige, gleichmäßige Verbrennung, die für die Gewinnung des gewünschten Endprodukts unerlässlich ist.“ ^{[ 14 ]}

Wer schon einmal versucht hat, lose Reishülsen anzuzünden, weiß, wie schwer das ist. Da die Luft nicht ungehindert durch einen Haufen Reishülsen strömen und somit nicht genügend Sauerstoff für eine schnelle Verbrennung liefern kann, verbrennen sie nicht leicht und sauber. Die Schüttdichte loser Reishülsen ist ähnlich der von Strohballen, und wer schon einmal versucht hat, einen Strohballen zu verbrennen, kennt das Problem der Sauerstoffknappheit. Doch die bloße Verfügbarkeit von Sauerstoff erklärt nicht alles.

Wie bereits erwähnt, ist der hohe Anteil an opalisierendem Siliziumdioxid in Reishülsen im Vergleich zu anderen Pflanzenmaterialien höchst ungewöhnlich. Einige Wissenschaftler vermuten, dass sich bei der Verbrennung von Reishülsen aus der Siliziumdioxid-Asche eine Art „Kokon“ bildet, der den Sauerstoff daran hindert, den Kohlenstoff im Inneren zu erreichen. Andere Wissenschaftler spekulieren, dass sich aufgrund der möglichen molekularen Bindungen zwischen Siliziumdioxid und Kohlenstoff bei der Verbrennung hoher Temperaturen Siliziumkarbid bildet und dass dieses hitzebeständige Keramikmaterial die Verbrennung der Reishülse behindert. ^{[ 15 ]} Wieder andere Wissenschaftler vertreten die Ansicht, dass sich die molekulare Bindung zwischen Siliziumdioxid und Kohlenstoff in der Hülse bei bestimmten Temperaturen sogar verstärkt, wodurch ein vollständiges und gleichmäßiges Verbrennen verhindert wird. ^{[ 16 ]} In jedem Fall führt die Entzündung eines Reishülsenhaufens eher zu Glimmen als zu Flammenbildung.

Reishülsen sind schwer entflammbar und bei normalen Temperaturen selbstverlöschend. Ein angezündetes Streichholz, das auf einen Haufen Reishülsen geworfen wird, brennt in der Regel ab, ohne dass sich in den Hülsen eine Flamme bildet. ^{[ 17 ]}

Konventionelle Zellulosedämmstoffe erfordern die Zugabe großer Mengen an Flammschutz- und Glimmschutzmitteln. Die Konzentration dieser Chemikalien (wie Borsäure, Natriumborat, Ammoniumsulfat, Aluminiumsulfat, Aluminiumtrihydrat, Mono- oder Diammoniumphosphat) kann bis zu 40 Gew.-% betragen. ^{[ 18 ]} Der Kauf und die Herstellung dieser Chemikalien sind kostspielig, und die Zellulosefasern müssen aufwendig vorbereitet werden, um sie aufnehmen zu können.

Überraschenderweise benötigen Reishülsen keine Flammschutzmittel. Dieses landwirtschaftliche Abfallprodukt besitzt von Natur aus alle notwendigen Verbrennungseigenschaften, um den Test des kritischen Strahlungsflusses (ASTM C739/E970-89), den Test der Schwelbrandprüfung (ASTM C739, Abschnitt 14) und den Test der Oberflächenbrenneigenschaften (ASTM E84) zu bestehen. Jüngste Tests von R&D Services ergaben einen durchschnittlichen kritischen Strahlungsfluss (CRF) von 0,29 W/cm², einen Gewichtsverlust bei Schwelbrand zwischen 0,03 % und 0,07 %, einen Flammenausbreitungsindex (FSI) von 10 und einen Rauchentwicklungsindex (SDI) von 50. Da die US-Bauvorschriften einen FSI von maximal 25 und einen SDI von maximal 450 vorschreiben, haben die Reishülsen diese Tests problemlos bestanden. Im Rohzustand entsprechen sie den Dämmstoffen der Klasse A oder I.

Alle organischen Materialien nehmen Feuchtigkeit auf oder geben sie ab, bis sie sich an die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft angepasst haben. Die hohe Konzentration an Opalsiliciumdioxid auf der Oberfläche der Reishülse hemmt den Feuchtigkeitstransport aus der Atmosphäre in die Hülse. Zudem besteht die Reishülse zu 2,1 % bis 6,0 % aus einem Biopolyester namens Cutin ^{[ 19 ]} , der in Kombination mit einem von der Reispflanze produzierten Wachs eine nahezu undurchlässige Barriere bildet. Die Natur nutzt verschiedene sehr effektive Strategien, um das Reiskorn vor Wasser und der hohen Luftfeuchtigkeit zu schützen, die typischerweise mit dem Anbau und Wachstum dieser Pflanze einhergehen.

Untersuchungen an Reishülsen bei 25 °C zeigen, dass der Gleichgewichtsfeuchtegehalt bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit bei maximal 10 % liegt, während er bei 90 % relativer Luftfeuchtigkeit bei maximal 15 % bleibt. ^{[ 20 ]} Ein von R&D Services durchgeführter Feuchtigkeitsdampfsorptionstest (ASTM C739, Abschnitt 12) ergab eine Gewichtszunahme von lediglich 3,23 %. Dieser Wert liegt deutlich unter dem für das Wachstum von Pilzen und Schimmelpilzen erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt.

Die ASTM-Norm für Zellulosedämmstoffe schreibt einen 28-tägigen Test auf Pilzresistenz vor (siehe Abschnitt 10 von ASTM C1497, ASTM C1338, Abschnitt 6.6 von ASTM C1149 oder Abschnitt 11 von ASTM C739). Gemäß diesen Normen beimpfte R&D Services Reishülsen mit fünf verschiedenen Pilzarten. Die Reishülsen bestanden die Tests ohne Zugabe von Fungiziden oder anderen Chemikalien.

Die hohe Konzentration an Opal-Siliciumdioxid auf der Außenfläche der Reishülse bewirkt, dass deren effektive Härte in etwa der von Opal entspricht (6 auf der Mohs-Skala). ^{[ 21 ]} Aufgrund des enthaltenen Lignins ist die Reishülse jedoch flexibel und elastisch. Da sie hart und gleichzeitig elastisch ist, widersteht sie Setzungen und Kompressionen deutlich besser als zerkleinertes Zeitungspapier. Das Setzen von Zellulosedämmung in einer Wandhohlraumkonstruktion kann deren Einbauhöhe um bis zu 25 % reduzieren. Daher ist es oft notwendig, Zellulosedämmung mit Polyvinylacetat oder einem Acrylklebstoff zu stabilisieren. Bei Reishülsen sind diese Stabilisierungsmittel nicht erforderlich, sofern sie fest verdichtet oder in einen Wandhohlraum eingebracht werden.

Lose Reishülsen haben normalerweise einen Schüttwinkel von etwa 35 Grad. ^{[ 22 ]} Werden sie jedoch fest in einen Hohlraum in der Wand eingepresst, verhaken sich ihre winzigen Spitzen, Kanten und Härchen und führen zu einem negativen Schüttwinkel. Durch diese besondere Verbindung der Reishülsen unter leichtem Druck stabilisieren sie sich sehr gleichmäßig, und ein weiteres Absinken ist nicht möglich. Da keine Flammschutzmittel, Fungizide oder andere Chemikalien zugesetzt werden müssen, hat R&D Services festgestellt, dass diese unbedenkliche und stabile Biomasse keine unangenehmen Gerüche abgibt (ASTM C739). Ebenso hat R&D Services festgestellt, dass Reishülsen Aluminium, Kupfer oder Stahl nicht korrodieren (ASTM C739, Abschnitt 9).

Bei der Verwendung von Reishülsen entfällt der Bedarf an Abbau- und Herstellungsverfahren, die Luft-, Wasser- oder Erosionsbelastung verursachen. ^{[ 23 ]} Ebenso entfällt bei der Verwendung von Reishülsen die Notwendigkeit eines Herstellungsverfahrens, das unsere fossilen Brennstoffreserven erschöpft (wie beispielsweise bei Polystyrol ^{[ 24 ]} , Polyisocyanurat und Polyurethan-Dämmstoffen). Bei der Verwendung von Reishülsen werden keine chlorhaltigen Chemikalien wie Phosgen, Propylenchlorhydrin ^{[ 25 ]} oder ozonschädigende Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) eingesetzt. ^{[ 26 ]} Auch Harnstoff-Formaldehyd und das in den meisten Glasfaserdämmstoffen verwendete Phenol-Formaldehyd kommen bei der Verwendung von Reishülsen nicht zum Einsatz. ^{[ 27 ]} Die Verwendung von Reishülsen stellt keine Gefahr für die Reizwirkung oder Karzinogenität von Staub und Fasern dar. ^{[ 28 ]} Darüber hinaus müssen sich Personen mit akuter Chemikaliensensibilität keine Sorgen um die Ausgasungen von Bindemitteln in Dämmmatten, Druckfarben in Altpapier oder VOCs aus Schaumstoffdämmstoffen machen. ^{[ 29 ]} Da Reishülsen weder zerkleinert, gemahlen, aufgelockert, faserig gemacht, gebunden noch stabilisiert werden müssen, weisen sie – insbesondere in Staaten, in denen Reishülsen verfügbar sind – einen deutlich geringeren Energieaufwand bei der Herstellung auf als selbst Zellulosedämmstoffe. ^{[ 30 ]} Da Reishülsen schwer entflammbar sind, benötigen sie keine Flammschutzmittel. Aufgrund ihrer Robustheit und Langlebigkeit können sie wiederholt verwendet und recycelt werden.

Die Transportkosten sind wohl der bedeutendste Kostenfaktor bei der Nutzung von Reishülsen. Lose Reishülsen mit einer Schüttdichte von etwa 9 lbs/ft³ [ ^{31 ] lassen sich} zu ähnlichen Kosten wie gepresstes Stroh transportieren. Um die Transportkosten zu senken, können Reishülsen jedoch auf bis zu 25 lbs/ft³ komprimiert werden, ^ohne ihre Elastizität zu beeinträchtigen. ^{[ 32 ] Sie kehren nach dem Wegfall der Kompressionskraft schnell zu ihrer ursprünglichen Dichte zurück. Für einen wirtschaftlichen Transport ist eine Komprimierung auf 25 lbs/ ft³} jedoch nicht notwendig . Bereits bei einer Dichte von nur 14,50 lbs/ft³ ^erreicht ein Standard-53-Fuß-Anhänger bei seinem zulässigen Gesamtgewicht von 24 Tonnen eine optimale Transporteffizienz. Bei dieser Transportdichte und einer durchschnittlichen LKW-Gebühr von 1,45 US-Dollar pro Meile würden die Kosten für den Transport einer Tonne Reishülsen über 250, 500, 750, 1000, 1250 bzw. 1500 Meilen etwa 15, 30, 45, 60, 75 bzw. 90 US-Dollar betragen (siehe Grafik unten).

Bei einer Einbaudichte von 9 lbs/ft³ ^reicht eine Tonne Reishülsen zur Dämmung von 222 ft² ^einer 12 Zoll dicken Wandhohlraumwand aus. Die Transportkosten pro ft² über diese Entfernungen betragen daher ^0,07 $, 0,14 $, 0,20 $, 0,27 $, 0,34 $ bzw. 0,41 $ (siehe nächste Grafik).

Wer weniger als 320 Kilometer von Reismühlen entfernt wohnt, dürfte kaum einen Grund haben, andere Dämmstoffe zu verwenden. Da viele Mühlen Reishülsen nur widerwillig für weniger als 5 US-Dollar pro Tonne verkaufen, gewinnt das Argument für Reishülsen noch mehr an Überzeugungskraft. Bei 5 US-Dollar pro Tonne betragen die Kosten für Reishülsen pro Quadratmeter ^einer 30 Zentimeter dicken Wand lediglich 2 Cent.

Angenommen, wir zahlen nicht 5,00 $, sondern 25 $ pro Tonne (deutlich über dem aktuellen Marktpreis), dann beträgt der Kaufpreis der Reishülsen pro Quadratfuß ^Wanddämmung nur 0,11 $. Rechnet man diese 0,11 $ zu den Transportkosten über die gleichen Entfernungen hinzu, ergeben sich Gesamtkosten von 0,18 $, 0,25 $, 0,32 $, 0,38 $, 0,45 $ bzw. 0,52 $ pro Quadratfuß ^der zur Baustelle gelieferten Reishülsen (siehe Grafik unten).

Anhand dieser einfachen Berechnungen lässt sich erkennen, dass der Transport von Reishülsen deren weitverbreitete Verwendung als Dämmstoff weder einschränken noch behindern sollte. Diese Berechnungen ermöglichen zwei Vergleiche: einen mit gepresstem Stroh und einen mit Zellulose-Dämmstoffen in Einblasform. Im Vergleich zu allen anderen heute auf dem Markt befindlichen Dämmstoffen weisen diese beiden den höchsten Recyclinganteil und den geringsten Energieaufwand bei der Herstellung auf.

Ein Strohballen mit zwei Strängen (35,5 x 45,7 x 91,4 cm) wiegt durchschnittlich 20,4 kg, kostet 2,50 $ und der Transport zur Baustelle schlägt mit weiteren 1,00 $ zu Buche. ^{[ 33 ]} Flach in eine Wand eingebaut, entspricht der Strohballen einer Wandfläche von 0,32 m² ^. Daraus ergibt sich ein Kaufpreis von 0,71 $ pro m² ^Wandfläche , zu dem noch 0,29 $ für den Transport hinzukommen. Die Gesamtkosten für Strohballen betragen somit etwa 1,00 $ pro m² ^Wandfläche . Dies ist mehr als das Fünffache des Preises für Reishülsen bei einem Transport über 400 km und fast das Doppelte des Preises für Reishülsen bei einem Transport über 2400 km. Darüber hinaus liefern 12 Zoll Reishülsen mit einem R-Wert von 3,0 pro Zoll eine um 37 % höhere Wärmedämmung als 18 Zoll Strohballen mit einem R-Wert von 1,45 pro Zoll ^{[ 34 ]} , und dies zu einem Fünftel bis zur Hälfte der Kosten bei einem um 33 % geringeren Wandflächenbedarf.

Zellulosedämmung wird in einer Einblasdämmung mit einer Dichte von ca. 3,5 lbs/ft³ in eine Wand eingebracht ^. Demnach reicht eine Tonne Zellulosedämmung für die Dämmung von 571 ft² ^unserer geplanten 12 Zoll dicken Wand. Bei einem durchschnittlichen Lieferpreis von 540 $ pro Tonne kostet Zellulosedämmung etwa 0,95 $ pro ft² ^gedämmter Wandfläche. Das ist etwas günstiger als Strohballen, aber immer noch etwa fünfmal so teuer wie Reishülsen, die über 250 Meilen transportiert werden, und doppelt so teuer wie Reishülsen, die über 1.500 Meilen transportiert werden.

Wenn Reishülsendämmung im Vergleich zu Strohballen- und Zellulosedämmung gut abschneidet, wie viel vorteilhafter sollte sie dann gegenüber diesen Dämmstoffen mit geringem Recyclinganteil und hohem Energieaufwand bei der Herstellung sein? Die Bauindustrie in den USA benötigt jährlich mehrere Millionen Tonnen Dämmstoff. Sollten Reismühlen nicht mit Architekten und Bauunternehmen zusammenarbeiten, um alle Dämmstoffe zu ersetzen, die nicht umwelteffizient und nutzbringend hergestellt werden?

Als Gegenargument könnte man durchaus einwenden, dass eine tragende Strohballenwand weit mehr als nur Wärmedämmung bietet. Man könnte auch anmerken, dass wir den theoretischen Dämmwert von Reishülsen mit dem tatsächlichen Dämmwert von Strohballen verglichen haben – ein klassischer Fall von Äpfeln und Birnen. Doch sofern das Wandsystem korrekt ausgelegt ist (keine Wärmeleitung über die Bauteile) und die Reishülsen gleichmäßig verteilt und dicht in der Wand verdichtet sind (keine Hohlräume), sollten die theoretischen und die tatsächlichen Werte übereinstimmen.

Die Zellulosedämmstoffindustrie verbrauchte 1994 420.000 Tonnen Altpapier. ^{[ 35 ]} Diese Aktivität sollte unbedingt gefördert und ausgebaut werden. Würden Reismühlen eine vergleichbare Menge für die Dämmstoffindustrie bereitstellen, entspräche dies lediglich einem Drittel der jährlichen Reishülsenproduktion in den Vereinigten Staaten.

Bei einem durchschnittlichen Verkaufspreis von 25 US-Dollar pro Tonne und einer durchschnittlichen Transportstrecke von 600 Meilen würde dies jährlich Einnahmen von rund 10,5 Millionen US-Dollar für Reismühlen und über 15 Millionen US-Dollar für Transportunternehmen generieren. Da die Vereinigten Staaten weniger als 1,3 % der weltweiten Reishülsenproduktion ausmachen, kann der Rest der Welt von dieser einfachen und unkomplizierten Nutzung dieses reichlich vorhandenen landwirtschaftlichen Nebenprodukts deutlich profitieren. Angenommen, wir sind überzeugt, dass Reishülsen viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Dämmstoffen bieten, wie lässt sich dann ein hochwärmegedämmtes Haus aus Reishülsen bauen? Angenommen weiter, wir wollten die Struktur dieses Hauses fast vollständig aus landwirtschaftlichen Abfallstoffen errichten, wie gehen wir dabei vor? Da lose Reishülsen, anders als Strohballen, keine tragende Struktur besitzen, wie lassen sich Boden, Wände und Dach eines Reishülsenhauses konstruieren? Die Technologie, die es uns ermöglichen würde, Boden-, Wand- und Dachsysteme aus minderwertigen Zellulosematerialien herzustellen, existiert bereits. Unternehmen wie Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser und Boise sind auf eine Vielzahl von Holzwerkstoffen spezialisiert, darunter I-Träger, Furnierschichtholz (LVL), Parallelstrangholz (PSL), Schichtholz (LSL), Oriented Strangholz (OSL), Brettschichtholz (GLULAM) usw. Diese Holzwerkstoffe bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichem Vollholz.

Sie sind frei von Ästen und anderen Fehlern. Sie schrumpfen, wölben sich nicht, verdrehen sich nicht, verziehen sich nicht, spalten sich nicht, reißen nicht und verziehen sich nicht. Sie sind stärker, steifer, leichter, gerader und weitaus präziser als Vollholz. Sie lassen sich so konstruieren, dass sie relativ große Spannweiten überbrücken können und eine deutlich höhere Tragfähigkeit pro Gewichtseinheit aufweisen. Architekten können Gebäude mit deutlich mehr Wohnraum und Nutzfläche entwerfen, Bauherren haben keine Probleme mit Verschnitt und Abfall, und Zimmerleute können sie leicht zuschneiden und montieren.

Aktuell ist Espenholz der wichtigste Rohstoff für die Herstellung vieler Holzwerkstoffe. Espen wachsen in Wäldern, und die Zerstörung dieser Wälder war bisher eine unvermeidliche Folge der Holzwerkstoffproduktion. Strohballenbauweise erregt unsere Aufmerksamkeit aus dem einfachen Grund, dass sie ein reichlich vorhandenes landwirtschaftliches Abfallprodukt nutzt. Für den Bau einer tragenden Strohballenwand muss kein einziger Baum gefällt werden, und die vielfältige Tierwelt, die von Bäumen abhängt, wird in keiner Weise beeinträchtigt. Darüber hinaus wird kein zusätzliches Ackerland für die Produktion der benötigten Strohballen benötigt. Strohballen sind ein Nebenprodukt des Weizenanbaus und der Mehlherstellung.

So wie die Landwirtschaft uns die Reishülse als Nebenprodukt liefert, könnte sie uns nicht auch eine robuste, holzartige Faser als Nebenprodukt eines anderen Produkts liefern? Wir suchen nach einem landwirtschaftlichen Nebenprodukt, das – wie von der Natur selbst bestimmt – Bambus in vielerlei Hinsicht ähneln sollte. Es sollte nicht nur schnell wachsen und widerstandsfähig sein, sondern auch eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit Bambus in Bezug auf den Pflanzenaufbau aufweisen, insbesondere hinsichtlich der Knoten und Internodien des Halms. Wie Bambus sollte es ein hohes, mehrjähriges Gras mit einer dickwandigen äußeren Rinde sein, aber im Gegensatz zu Bambus sollte es sich idealerweise als einfaches Nebenprodukt eines anderen Produkts ernten und nutzen lassen. Es müsste kein Land speziell für den Anbau reserviert werden, und alle für Ernte, Transport und Weiterverarbeitung benötigten Geräte sollten bereits vorhanden sein. Wo finden wir eine solch erstaunliche Pflanze?

Es existiert bereits. Zuckerrohr, das Christoph Kolumbus 1493 in die Neue Welt einführte, ist in der Landwirtschaft der Vereinigten Staaten nichts Neues. ^{[ 36 ]} Doch seit seiner Einführung in Amerika wird es hauptsächlich wegen des hohen Saccharosegehalts im Inneren angebaut. Obwohl sich die gesamte wertvolle Saccharose vorwiegend im Inneren befindet, wird der gesamte Stängel gequetscht, gepresst und verarbeitet. Dadurch werden die Festigkeit und der Wert der holzigen Außenhaut vollständig zerstört. Im besten Fall dient sie als minderwertiger Brennstoff, im schlimmsten Fall wird sie im Freien in großen Haufen entsorgt, wo sie sich durch thermophile Bakterien selbst entzünden kann. Es ist schwer zu begreifen, was wir eigentlich wegwerfen, wenn wir die Außenhaut der Zuckerrohrpflanze verbrennen. Vergleicht man das Wachstum und die Faserqualität eines typischen Waldes im pazifischen Nordwesten mit denen einer typischen Zuckerrohrplantage in Louisiana, stellt man mit großem Erstaunen fest, dass das Zuckerrohrfeld den Wald deutlich übertrifft. Innerhalb desselben Zeitraums kann ein Hektar Zuckerrohr fast doppelt so viele Brettfuß Holz liefern wie ein Hektar Wald.

Sobald der gesamte Stängel oder das Rohrstück eine herkömmliche Mühlenpresse durchlaufen hat, wird nicht nur die strukturelle Integrität der Rinde zerstört, sondern Mark und Rinde vermischen sich auch untrennbar, wodurch eine wirtschaftliche Trennung unmöglich wird. Das Mark des Zuckerrohrs besteht aus einer biologisch abbaubaren Hemicellulosefaser mit sehr geringem strukturellem Wert. Wenn wir nach Alternativen zu konventionellen Forstprodukten suchen, ist selbst eine geringe Menge Mark in Holzwerkstoffen äußerst unerwünscht. Daher konzentriert sich alles darauf, Verfahren zur Trennung von Rinde und Mark vor dem Schneiden und Mahlen des Zuckerrohrs in der Mühle zu finden.

Heutzutage wird Zuckerrohr in den Industrieländern größtenteils mit einem Knüppelroder geerntet. Dieser schneidet die Stängel um und schneidet die Oberfläche der Reihe ein, wobei er zahlreiche Fremdkörper wie Eisen, Sand, Lehm, Lehmklumpen, Steine, Ziegel, Blätter und Triebspitzen mitnimmt. Anschließend schneidet der Räuber die Stängel in etwa 20 cm lange Knüppel. Im besten Fall, bei trockenen Bedingungen, enthält eine Tonne Zuckerrohr 8 Gewichtsprozent anorganische Fremdkörper, bei feuchten Bedingungen hingegen bis zu 30 Gewichtsprozent. Die zähen Zellulosefasern des Zuckerrohrs werden beim Mahlen in der Mühle nicht nur vollständig zerstört, sondern vermischen sich mitunter auch noch mit gleichen Mengen anorganischer Verunreinigungen.

Der in die Mühle gelangende Abfall enthält keinen Zucker, und beim Verlassen der Mühle in Form von Filterkuchen oder Bagasse reißt er Zucker mit sich. Jedes Prozent Abfall im Rohmaterial bedeutet einen Produktionsverlust von drei Pfund Zucker pro Tonne Zuckerrohr. Mehr Abfall bedeutet mehr Wartungsaufwand, mehr Flockungsmittel, mehr Kalk, mehr Erdgas, mehr unverbrannte Bagasse, mehr Filterkuchen, mehr Radlader, mehr Wasseraufbereitung, mehr Absetzbecken, mehr Schürfkübelbagger zur Reinigung der Absetzbecken, mehr Transportaufwand, mehr Inversion, mehr Melasse, weniger Zucker und höhere Kosten. Es muss doch einen Weg geben, die Zuckerausbeute zu maximieren und die Produktionskosten zu minimieren, während gleichzeitig die Unversehrtheit der Zuckerrinde vollständig erhalten bleibt.

Zur Lösung dieses Problems sind zwei Trennverfahren erforderlich. Der erste Separator, ein Dichtemediumseparator, entfernt alle anorganischen Verunreinigungen aus dem Zuckerrohrblock, und ein zweiter Separator, ein mechanischer Separator, trennt das Mark von der Rinde.

Die Firma Engineering, Separation and Recycling LLC aus Washington, Louisiana, hat über 20 Dichteseparatoren entwickelt, die in der Vorverarbeitung verschiedenster Wurzelgemüse wie Kartoffeln, Karotten, Schwarzwurzeln und Rote Bete weit verbreitet sind. Derselbe Gemüseseparator eignet sich auch hervorragend zur Trennung von Zuckerrohrblöcken und anorganischen Reststoffen (siehe Abbildung unten). Da ein Zuckerrohrblock eine Dichte von etwa 1,09 RD aufweist (ähnlich der einer Kartoffel) und Tonkugeln, Steine ​​und Ziegel eine Dichte deutlich über 2,00 RD besitzen, ist diese Trennung einfach und unkompliziert.

Nachdem alle anorganischen Bestandteile aus den Rohlingen entfernt wurden, werden diese einem hochmodernen und hochentwickelten mechanischen Separator, dem sogenannten „Tilby-Separator“, zugeführt. Der Tilby-Separator besteht aus einer ersten Walzenreihe (Teilstation), in der die Rohlinge längs halbiert werden. Anschließend teilt sich der Prozess in eine rechte und eine linke Walzenreihe (Entmarkungsstation) auf, die jeweils das Mark von der Rinde abschabt und trennt. Die Rohlinge durchlaufen die Teil- und Entmarkungsstation mit einer außergewöhnlichen Geschwindigkeit von 6 Metern pro Sekunde. Nur das Mark wird dem Saftextraktor zugeführt, während die Rinde in einen Trockner gelangt. Nach dem Trocknen auf einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 2 % kann die Rinde zu nahezu allen erdenklichen Holzwerkstoffen verarbeitet werden.

Da die Faserstruktur und Länge des ursprünglichen Rohlings beim Tilby-Verfahren vollständig erhalten bleiben, wird bei der Herstellung von Konstruktionsholz deutlich weniger Klebstoff benötigt als üblich. Aus diesem Material gefertigte Konstruktionsholzständer liefern uns alle notwendigen Bauteile für die Wandhohlräume unseres geplanten Reishülsenhauses. Aus Konstruktionsholz-I-Trägern gefertigte Bauteile ermöglichen uns die Errichtung von Boden- und Dachhohlräumen. Fensterbänke, Bodenfliesen, Dachschindeln und sogar die Fasern für die Herstellung von Faserzementplatten könnten aus den extrem robusten Fasern der Zuckerrohrschale hergestellt werden. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

Durch den Einsatz von Konstruktionsholz bietet sich die Möglichkeit, das gesamte Gebäude kostengünstig auf Stelzen zu errichten (Pfahlbauweise) und es so auch in tiefer gelegenen Gebieten oder auf unebenem Gelände zu realisieren. Ebenso lässt sich der Dachboden problemlos in einen offenen, ungestörten und nutzbaren Wohnraum umwandeln, wodurch die durchschnittlichen Kosten pro Quadratmeter Gebäude deutlich sinken. ^{[ 39 ]} Da die weltweite jährliche Rohzuckerrohrproduktion bei etwa einer Milliarde Tonnen liegt, stehen der Konstruktionsholzindustrie potenziell rund 75 Millionen Tonnen trockene Zuckerrohrschale zur Verfügung. Dies entspricht in etwa den 100 Millionen Tonnen Reishülsen, die jährlich weltweit anfallen. Mit diesen beiden Nebenprodukten der Zucker- und Reisproduktion könnten wir jedes Jahr Millionen von Häusern bauen und dämmen.

Als Bürger einer großen Industriegesellschaft fällt es uns schwer, wirklich etwas zu bewirken. Indem wir uns für den Bau eines Gebäudes entscheiden, das größtenteils aus landwirtschaftlichen Abfallstoffen besteht, handeln wir nicht nur umweltbewusst, sondern schaffen uns auch ein Gebäude, das herkömmlichen Bauweisen weit überlegen ist. Dieses hochisolierte Haus aus Reishülsen und Zuckerrohr ^{[ 40 ]} ist bei korrekter Planung deutlich günstiger zu bauen als ein konventionelles Gebäude und bietet seinem Besitzer dauerhaft Vorteile durch Energiekosten, die im Durchschnitt nie mehr als einen US-Dollar pro Tag betragen.

Warum also konventionell bauen, wenn es weitaus günstiger und in jeder Hinsicht sinnvoller ist, anders vorzugehen? Bislang konnten wir uns stets darauf berufen, dass wir, solange wir das Mögliche nicht kennen, es auch nicht verwirklichen können. Doch hier geht es weniger um Pflicht und Verantwortung, als vielmehr darum, neue und aufregende Wege zu finden, kreativ auf die überwältigende Schönheit unseres Universums zu reagieren.

Anhang

Das erste Reishülsenhaus, fertiggestellt im Februar 2004, ist das Zuhause von Paul und Ly Olivier. Es liegt in der historischen Dampfschiffstadt Washington, Louisiana, direkt gegenüber der prächtigen Magnolia Ridge Plantation ^{[ 41 ]} und ist von den Häusern, die vor über 150 Jahren in der Gegend gebaut wurden, nicht zu unterscheiden. Viele der in diesem Artikel beschriebenen Bautechniken wurden beim Bau dieses Hauses angewendet.

Paul Olivier

Engineering, Separation & Recycling LLC

Postfach 250

Washington, Louisiana 70589

Telefon: 1-337-826-5540

E-Mail: xpolivier@hotmail.com

Notizen