Der grösste Teil des Kalksteins auf der Erde wurde nie gebrannt. Lebewesen haben ihn aufgebaut, eine Schale und eine Kruste nach der anderen. Mikrobielle Karbonate zementieren heute noch Strandgestein an warmen Küsten, und Stromatolithen haben Milliarden Jahre lang Schichten abgelagert, obwohl noch diskutiert wird, ob Mikroben oder nur Chemie die ältesten Exemplare bauten. An der ETH Zürich hat die Architektin Karen Antorveza Paez nun das Gestein, das Mikroben bauen, automatisiert.

ETH News meldete am 14. Oktober 2026 in einem Artikel von Corinne Landolt, dass Antorveza Paez während ihres Doktorats an der D-ARCH drei Studien abschloss. Sie arbeitete mit dem Lehrstuhl Digital Building Technologies von Benjamin Dillenburger und der Gruppe Complex Materials von André R. Studart zusammen. Ihr Thema ist microbiologically induced calcite precipitation (MICP), «oder kurz Biozementierung». In ihren Worten: «Wir nutzen Bakterien, um eine Art mineralischen Kleber herzustellen.»

Chemie in Zahlen

Das Bakterium ist Sporosarcina pasteurii. Sein Enzym, Urease, spaltet Harnstoff und setzt Karbonat frei. Das Karbonat trifft auf Kalzium aus einem Kalziumchlorid-Bad und fällt als Calcit zwischen den Sandkörnern aus. Die Stöchiometrie setzt die Kosten: Jedes Mol CaCO₃ kommt mit 2 mol NH₄⁺. Die Vergleichsgrösse ist der Ofen. ETH setzt Zementbrand auf über 1.000 °C, CEMBUREAU gibt 1.450 °C für Klinker an, und Carbon Brief ordnet Zement bei etwa 8 % der globalen CO₂-Emissionen ein. Antorveza Paez’ Teile trocknen bei Raumtemperatur, ohne «Wärmequellen», wie ETH schreibt.

Was wirklich gemessen wurde

Das erste Paper erschien am 7. Mai 2026 in npj Materials Sustainability. Ein UR10e-Roboter druckt eine Bio-Tinte aus Sand, Alginat-Xanthan-Gel und lebenden Bakterien durch eine 4-mm-Düse. Das Teil mineralisiert dann in einem 0,5 M CaCl₂ + 0,5 M Harnstoff-Bad, das jeden Tag erneuert wird, 2 bis 5 Tage lang je nach Zielstärke, laut ETH. Gedruckte Gitterwürfel erreichten bis zu 2,18 MPa unter Druck. In der Biegung hielten mit Bakterien hergestellte Balken 2,74 ± 1,15 MPa, gegenüber 0,13 ± 0,08 MPa für die abiotische Kontrolle. Das Paper nennt das eine «etwa 21-fache Steigerung». Die breite Fehlertoleranz zeigt einen lebendigen Prozess, der sich noch nicht in einem engen Band eingependelt hat. Der Demonstrator ist ein doppelt gekrümmtes TPMS-Fassadenelement, 30 × 20 × 20 cm, gedruckt in 40 Minuten. Es ist das grösste mit dieser Methode hergestellte Teil bisher. Die Autoren ordnen ihre Werte «im Bereich anderer poröser Mineralsysteme ein, wie Leichtlehm-Schäume und Stampflehm». Die realistischen Anwendungen sind also ein Schirm, ein Sonnenschutz oder eine Trennwand. Nicht eine Säule.

Das zweite Paper, in Architectural Intelligence (21. Mai 2026), verzichtet auf das Bad. Ein Roboterarm sprüht Bakterien, Xanthan und Sand in Zyklen, modelliert nach dem Wachstum von Stromatolithen. Bei der Biennale di Venezia 2025 lief die Installation «Geological Microbial Formations» in der Arsenale sechs Monate lang an einem 1,2 × 0,5 m Demonstrator. Es wuchs etwa 4 cm pro Monat, bis zu einer Spitze von 24 cm, und das Material war zu 77–86 % CaCO₃. Die Werkzeugpfade kamen von einem Differential-Growth-Algorithmus in Grasshopper und Daniel Pikers Kangaroo Physics. Das Paper meldet keine MPa-Werte und nennt seine Relevanz nicht-strukturell.

Der Verdienst geht weit über einen Namen hinaus. Robert O. Kindler war Co-Autor beider Papers. Medusoil SA in Etoy, Kanton Waadt, geleitet von Co-Autor Dimitrios Terzis, stellte etwa 100 Liter S. pasteurii-Kultur zur Verfügung. Wenige Architekten kennen diese Schweizer Mikrobiologie-Lieferkette. Alessandro Dutto, Tazio Pleij, Gustavo Zorzetto, CheWei Lin und Fergal B. Coulter machten viel der Labor- und Roboterarbeit. Das Mikrobe wurde bereits zur Bodenstabilisierung genutzt. Es in einen Prozess zu verwandeln, den man drucken und sprühen kann, ist der Beitrag, und wahrscheinlich die schwierigere Hälfte.

Das Nebenprodukt gehört zum Material

Der Kompromiss ist eindeutig. Du tauschst einen Ofen, der über 1.000 °C läuft, gegen ein Bad, das für jedes gebundene Karbonat zwei Ammonium-Ionen hinterlässt, und du bekommst Festigkeiten im Leichtlehm-Bereich. Antorveza Paez benennt diese Grenze selbst: «Wenn wir die Entsorgung dieses chemischen Nebenprodukts nicht in unsere Entwürfe berücksichtigen, wird die Nutzung von Biozement im Bauwesen leider nicht so nachhaltig sein.» Ihre dritte Studie zur Umweltauswirkung ist noch in Arbeit und unveröffentlicht. Das Bauwesen hat dieses Muster schon gesehen: Die Materialien, die uns schadeten, wurden hochgefahren, bevor jemand verstand, wie sie scheiterten. Hier hat die Baumeisterin den schwachen Punkt zuerst benannt. Behalte die Ammonium-Linie in jedem Spezifikationsgespräch.

←HEUTE: Ein 30 × 20 × 20 cm Fassadenelement, gewachsen in einem täglich erneuerten Bad, bis zu 2,18 MPa, getrocknet bei Raumtemperatur. →3012: Zürcher Wände spezifiziert nach Härtungstagen und Nebenprodukt-Rechnung, nicht nach Ofentemperatur. Ankerpunkt: Das Badwasser gehört zum Material.

Atelier: Für ein Zürcher Atelier, das an einem Fassaden- oder Fit-out-Projekt arbeitet, ist Biozement noch nicht reif zum Ausschreiben. Es ist eine nicht-tragende Option, die man verstehen sollte, bevor ein Kunde danach fragt. Für Büros, die schon mit Grasshopper arbeiten, entscheidet der Werkzeugpfad nun, wie ein Teil aushärtet, nicht nur seine Form. Nächster Zug: Erweitert euer Material-Optionen-Blatt um eine Prozess-Ledger-Zeile (Härtungstemperatur, Härtungstage, Nebenprodukt pro kg) und füllt sie für eine bio-basierte und eine Ofen-gebrannte Option in einem laufenden Projekt aus.

Hack: Kalkuliert das Ammonium, bevor ihr das Panel bepreist. Der Abbau von Harnstoff fixiert das Verhältnis auf 2 mol NH₄⁺ pro mol CaCO₃, also geben vier Zeilen GhPython oder reines Python die theoretische Obergrenze pro Kilogramm Calcit.

M_CACO3, M_NH4 = 100.09, 18.04  # g/mol
def nh4_kg(caco3_kg):
    return caco3_kg * 2 * M_NH4 / M_CACO3  # 2 mol NH4+ per mol CaCO3
print(round(nh4_kg(1.0), 2))  # 0.36 kg NH4+ per kg calcite, upper bound

Multipliziert die Masse eines Teils mit seinem CaCO₃-Anteil und gebt das Ergebnis ein. Das ist Stöchiometrie, keine Messung: Die reale Menge hängt davon ab, wie viel Harnstoff das Bad zuführt und wie viel Karbonat tatsächlich ausfällt.

Lest die Methoden-Sektion des npj-Papers vor eurem nächsten Fassaden-Workshop und nehmt die 2:1-Quote und den Leichtlehm-Festigkeitsbereich mit.

Quellen & Weitere Lektüre

• Primary: ETH News — Wenn Bakterien zu Maurern werden
• Reinforcing: npj Materials Sustainability — 3D-Biozement-Druck: Vergrösserung lebender Mineralstrukturen