Jerusalem, 16. September 2026 (TPS-IL) – Israelische Wissenschaftler haben eine neue Art von verstärktem Eis entwickelt, das unter Druck etwa zehnmal stärker ist als gewöhnliches Eis und etwa 70-mal mehr Energie aufnehmen kann, bevor es versagt – ein Durchbruch, der schließlich zu neuen Baumaterialien für extrem kalte Umgebungen führen könnte.
Das Material namens BioPykrete kombiniert Eis mit Cellulose-Nanokristallen, winzigen starren Partikeln, die aus Cellulose, dem natürlichen Material, das Pflanzen ihre Struktur verleiht, gewonnen werden. Ein speziell entwickeltes Protein wirkt als molekulare Brücke, stärkt die Verbindung zwischen Eis und Cellulose und hilft, die Ausbreitung von Rissen zu verhindern.
Der Campus der Hebräischen Universität von Jerusalem am 3. August 2023. Foto: Yoav Dudkevitch/TPS-IL
Der Fortschritt könnte schließlich eine praktische Herausforderung in einigen der entlegensten und kältesten Regionen der Welt lösen: den Transport konventioneller Baumaterialien. Beton, Stahl und andere Materialien können schwer, teuer und schwierig zu transportieren sein, insbesondere in arktische und antarktische Gebiete.
Eis hingegen ist reichlich vorhanden und lokal verfügbar, aber normalerweise zu spröde für strukturelle Anwendungen. BioPykrete könnte potenziell temporäre oder spezialisierte Strukturen an Orten ermöglichen, an denen der Transport konventioneller Materialien besonders schwierig ist.
Die Studie, die in der Fachzeitschrift Colloids and Surfaces B: Biointerfaces veröffentlicht wurde, wurde von Prof. Ido Braslavsky von der Hebräischen Universität Jerusalem geleitet. Weitere Mitglieder des Forschungsteams kamen von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz, dem Technion und der Ben-Gurion-Universität des Negev.
Eis zäher machen
Beim Gefrieren von BioPykrete bilden die Cellulose-Nanokristalle ein dreidimensionales Netzwerk im Eis. Das entwickelte Protein verbindet die beiden Materialien auf molekularer Ebene, wobei ein Teil am Eis und ein anderer an der Cellulose haftet.
„Wir wollten über das einfache Mischen von Fasern in Eis hinausgehen und stattdessen steuern, wie die verschiedenen Materialien auf molekularer Ebene verbunden werden“, sagte Braslavsky.
Diese Verbindung scheint entscheidend für die Leistung des Materials zu sein. Labortests zeigten, dass BioPykrete eine Druckfestigkeit im Bereich von herkömmlichem Beton erreichte und damit unter Druck etwa zehnmal stärker war als reines Eis.
Seine Zähigkeit war noch bemerkenswerter: BioPykrete absorbierte etwa 70-mal mehr Energie, bevor es versagte, als gewöhnliches Eis.
Die Forscher verglichen auch Eis-Cellulose-Komposite, die mit und ohne das entwickelte Protein hergestellt wurden. Die Zugabe des Proteins verdoppelte ungefähr sowohl die Festigkeit des Materials als auch die Energiemenge, die es vor dem Versagen aufnehmen konnte.
Der Unterschied liegt darin, was passiert, wenn ein Riss entsteht. Bei gewöhnlichem Eis kann sich ein Riss schnell durch das Material ausbreiten und es plötzlich zerbrechen lassen. Bei BioPykrete schafft das Cellulose-Netzwerk Hindernisse, die den Weg des Risses stören, während das Protein die Verbindung zwischen Eis und Cellulose stärkt und es dem Riss erschwert, das Verstärkungsnetzwerk zu durchreißen.
Die Studie beschreibt das Protein als „molekularen ‚Bioadhäsiv‘“ und berichtet, dass die verstärkte Struktur „die Rissausbreitung auf Porenebene stoppen“ kann.
„Wir verändern nicht nur, wie stark das Eis ist, sondern auch, wie es bricht“, sagte Braslavsky. „Anstatt plötzlich zu zerbrechen, kann es viel mehr Energie absorbieren und sich allmählich verformen.“
Die Forscher sehen mögliche Anwendungen in arktischen und antarktischen Umgebungen, wo der Transport konventioneller Baumaterialien schwierig und kostspielig sein kann.
BioPykrete bleibt jedoch ein Labor-Proof-of-Concept und kein fertiger Ersatz für Beton. Weitere Forschung ist erforderlich, um festzustellen, wie es sich über lange Zeiträume verhält, einschließlich wiederholtem Einfrieren und Auftauen sowie anhaltendem Druck.
