3D-Betondruck am Meeresgrund könnte Bauvorhaben unter Wasser revolutionieren

Die additive Fertigung, besser bekannt als 3D-Druck, hat in den vergangenen Jahrzehnten den Übergang von industriellen Werkhallen in den Weltraum und private Haushalte vollzogen. Ein neues Forschungsprojekt der Cornell University in Kooperation mit der US-Forschungsbehörde DARPA strebt nun die Erschließung einer weiteren Grenze an: den Meeresboden. Ziel des Projekts mit dem Namen Trenton ist es, Betonstrukturen direkt unter Wasser zu drucken, um maritime Infrastruktur wie Brückenpfeiler, Pipelines oder Küstenschutzanlagen effizienter und umweltfreundlicher zu errichten. Bisher erfordern solche Bauvorhaben oft massive Eingriffe in das Ökosystem, etwa durch das Trockenlegen von Baustellen oder den aufwendigen Transport riesiger Mengen an Baumaterialien über die Weltmeere.

Herausforderungen der maritimen Materialwissenschaft

Der Druck von Beton in einer flüssigen Umgebung bringt physikalische Probleme mit sich, die an Land nicht existieren. Eine der größten Hürden ist das sogenannte Auswaschen. Dabei verhindern die Wassermassen, dass die Partikel des Zements beim Auftragen miteinander binden, wodurch die Struktur instabil wird. Um dies zu verhindern, müssen der Betonmischung spezielle chemische Zusatzstoffe beigefügt werden. Sriramya Nair, Assistenzprofessorin für Zivil- und Umweltingenieurwesen an der Cornell University, beschreibt das chemische Dilemma: Wenn man diese Chemikalien hinzufügt, wird die Mischung sehr viskos und lässt sich kaum noch pumpen. Man muss also ein Gleichgewicht zwischen der Pumpfähigkeit und diesen Anti-Auswaschmitteln finden. Selbst wenn kein Material ausgewaschen wird, muss die Schicht beim Extrudieren ihre Form behalten und sich gut mit den anderen Schichten verbinden.

Nutzung lokaler Ressourcen am Meeresgrund

Ein entscheidender Aspekt des Projekts ist die Nachhaltigkeit und logistische Effizienz durch die Verwendung von Sedimenten direkt vom Meeresboden. Anstatt tonnenweise Zement und Zuschlagstoffe per Schiff an den Einsatzort zu transportieren, soll der Drucker das Material nutzen, das vor Ort vorhanden ist. Die DARPA hat hierfür strenge Vorgaben gemacht: Die Betonmischung soll primär aus Sedimenten bestehen und nur einen minimalen Anteil an Zement enthalten. Im September 2025 konnte das Team bereits nachweisen, dass es möglich ist, diese hohen Anforderungen an den Sedimentanteil fast zu erreichen. Laut Nair ist dies ein bedeutender Meilenstein, da bisher niemand versucht habe, mit echtem Meeresboden-Sediment zu drucken. Dieser Ansatz eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Zusammensetzung von Beton in der Zukunft.

Sensorik und autonome Navigation im Trüben

Neben der Materialbeschaffenheit stellt die technische Umsetzung unter Wasser eine enorme Herausforderung dar. Während beim 3D-Druck an Land Kameras und Laser die Präzision überwachen können, herrscht unter Wasser oft eine Sichtweite von nahezu null, sobald die feinen Sedimente aufgewirbelt werden. Da der Einsatz von Taucher:innen für präzise Korrekturen zu gefährlich und ineffizient wäre, entwickelt die Forschungsgruppe spezielle Sensorsysteme für ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge. Diese Sensoren müssen in Echtzeit die Qualität der Schichten überwachen und den Pfad des Roboterarms anpassen, wenn das Material nicht exakt platziert wird. Nur so kann die notwendige strukturelle Integrität der Bauwerke gewährleistet werden. Das langfristige Ziel ist eine autonome Baustelle am Meeresgrund, die ohne menschliche Interaktion vor Ort komplexe Geometrien wie Bögen oder Stützpfeiler erzeugt.

Wirtschaftliche und ökologische Perspektiven

Die Vision der Forschenden ist eine maritime Bauwirtschaft, die weit weniger invasiv agiert als heutige Methoden. Durch den Einsatz mobiler Roboter, die minimalen Lärm verursachen und keine massiven Fundamente in den Boden rammen müssen, könnten empfindliche marine Lebensräume geschont werden. Zudem verringert die Produktion direkt am Bedarfsort den ökologischen Fußabdruck erheblich, da lange Transportwege entfallen. Wenn sich das Verfahren bewährt, könnte es nicht nur für militärische Zwecke, sondern auch für zivile Projekte zur Reparatur globaler Infrastruktur, wie etwa Unterseekabeln, wegweisend sein. Das Projekt zeigt, dass die Integration von Robotik, Materialwissenschaft und Sensorik das Potenzial hat, das Bauen unter Wasser grundlegend zu transformieren und an die ökologischen Erfordernisse der Zukunft anzupassen.

via Cornell University