Materialien mit Tradition und Zukunft

Klassische Werkstoffe weitergedacht

10.11.2026 | Autorin: Katrin Haase

Holz, Lehm, Papier, Stahl und Beton – viele Materialien begleiten die Menschheit bereits seit tausenden Jahren. Einige traditionsreiche Materialien werden von der modernen Forschung wiederentdeckt, verbessert oder umfunktioniert. Auch an der HTWK Leipzig arbeiten Forschende daran, Materialien zukunftsfähig zu machen – ein Überblick.

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Holz: Hightech für den ältesten Baustoff der Welt

Holz gehört zu den ältesten Baustoffen der Menschheit. Schon vor tausenden Jahren entstanden aus ihm Werkzeuge, Brücken, Schiffe – und Häuser. Mit der Industrialisierung und dem Aufwind der synthetischen Werkstoffe Beton und Stahl rückte der Holzbau aus dem Fokus. Das natürlich wachsende Material galt als prozessbezogen schwer handhabbar. Doch seit etwa drei Jahrzehnten erlebt Holz ein Comeback – vor allem wegen seiner hervorragenden Klimabilanz als nachwachsender Rohstoff und seiner „Funktion“ als Kohlenstoff-Speicher. Gleichsam haben sich die gesellschaftlichen Bedürfnisse und Herausforderungen deutlich verschoben: Die Weltbevölkerung hat sich binnen 100 Jahren in etwa vervierfacht, die Veränderungen des Klimas sind messbar, die Endlichkeit natürlicher Reserven ist längst keine theoretische Debatte mehr.

Kann der Holzbau im Kontext dieser immensen Herausforderungen Lösungen bieten, die wirtschaftlich konkurrenzfähig und zugleich materialsparend sind? Dieser Frage widmet sich das interdisziplinäre Institut FLEX seit einer Dekade unter der Leitung von Alexander Stahr, Professor für Tragwerkslehre an der HTWK Leipzig. In mehr als 20 Forschungsprojekten, angefangen bei der Wiederentdeckung und Weiterentwicklung des materialsparenden, einfach gekrümmten Zollingerdaches, entwickelte die Forschungsgruppe Konstruktionslösungen, Technologien und Prozesse, die ihre Wirksamkeit aus der Verknüpfung von Elementen aus den Bereichen Digitalisierung, Automatisierung und Logistik ziehen.

grafische Darstellung verschiedener Materialien — Materialien mit Tradition und Zukunft (Grafik: Aileen Burkhardt / HTWK Leipzig)

Portrait eines Mannes vor einem Roboter — Verbindet Holzbau, Robotik und Digitalisierung: Prof. Dr.-Ing. Alexander Stahr (Foto: Stephan Flad / HTWK Leipzig)

Der bisher bedeutendste Schritt war dabei die Eröffnung des HolzBauForschungsZentrums im Jahr 2024. In der 1.100 Quadratmeter großen Forschungs- und Fertigungshalle können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von FLEX innovative Holzbaukonzepte im Realmaßstab entwickeln und Prototypen testen. Die mit Überkopf hängend montierten Industrierobotern bestückte Brückenkrananlage „FABRIX“ definiert dabei ein technologisches Alleinstellungsmerkmal in der deutschsprachigen Region. Mit ihr können sowohl Bearbeitungsprozesse von Bauteilen als auch die Montage von großformatigen Wand- und Deckenelementen digital basiert sowie innerhalb der Hallenfläche örtlich flexibel umgesetzt werden.

„Der Holzbau ist ein wichtiger Hebel für eine nachhaltige Bauwirtschaft. Mit der konsequenten Verknüpfung digital basierter Planungs- und Fertigungsmethoden können wir seine weitreichenden Potenziale in naher Zukunft wesentlich effizienter nutzen“, so Stahr. Parametrische digitale Modelle spielen dabei eine zentrale Rolle, um alle Schritte vom Entwurf über die Planung bis zur effizienten Vorfertigung sowie Logistik und Montage auf der Baustelle lückenlos zu vernetzen.

Aber wie begegnet man dem Problem der Ressourcenknappheit? So schnell wie Bäume aufgrund der steigenden Nachfrage gefällt werden, wachsen sie nicht nach. Die Forschungsgruppe arbeitet auch dafür an Lösungen, um Holz aus bestehenden Gebäuden sinnvoll wiederzuverwenden. Die Architektinnen und Ingenieure untersuchen beispielsweise, wie frühere Belastungen die Festigkeit von Bau-holz beeinflussen, wie viel Altholz in Bestandsgebäuden für die Rückführung in eine Nutzung wiedergewonnen werden kann und wie funktional modifiziertes Brettsperrholz, basierend auf einem regionalwirtschaftlichen Ansatz, gefertigt werden kann. Die beispielhaft genannten Ansätze verfolgen alle ein Ziel: den Holzbau effizienter, kreislauffähiger und digitaler zu machen. Stahr: „Mit nachwachsenden Rohstoffen zu bauen, beinhaltet die große transformative Chance, unsere Infrastruktur nicht nur materiell, sondern auch ökonomisch und nachhaltig zu gestalten. Wenn es uns künftig deutlich besser gelingt, den in Jahrmillionen evolutionär optimierten Baustoff Holz mit den Potenzialen der Digitalisierung kreativ wie strategisch zu verbinden, machen wir das Bauen zu einem Innovationsmotor unserer Gesellschaft, der vielfältige Chancen für die Industrie bietet.“

Außenaufnahme einer Kuppel mit Zollingerdach — Die Rippenstruktur des Zollingerdachs ist nicht nur schön anzusehen, sondern auch materialsparend (Foto: Hannes Löschke / HTWK Leipzig)

Lehm: Regionale Ressourcen, neue Perspektiven

Portrait eines Mannes mit einem Lehmziegel in den Händen — Prof. Dr.-Ing. Björn Höhlig erforscht mit seinem Team regionale Lehmvorkommen (Foto: Katrin Haase / HTWK Leipzig)

Ebenso wie Holz gehört auch Lehm zu den ältesten Baustoffen überhaupt – oft auch miteinander kombiniert. Noch heute leben weltweit mehr als eine Milliarde Menschen in Gebäuden aus dem natürlich vorkommenden Material. In Europa geriet Lehm jedoch mit der Industrialisierung des Bauens zunehmend in Vergessenheit – Beton und Ziegel dominierten. Angesichts der Klimakrise, Ressourcenknappheit und fragilen Lieferketten, aber auch aufgrund der hervorragenden Eigenschaften, rückt Lehm nun wieder in den Fokus. Der Baustoff benötigt kaum Energie in der Herstellung, ist meist regional und in großen Mengen verfügbar, lässt sich vollständig wiederverwenden und wirkt sich gut auf das Raumklima aus. Diskurse, Forschungsprojekte und Veranstaltungen zu Lehm als Baustoff stieß Björn Höhlig an, HTWK-Professor für nachhaltiges Bauen und Bauen im Bestand. So initiierte er eine Partnerschaft mit dem Naturbau-Campus Oschatz, einem Bildungswerk für nachhaltige Entwicklung. Gemeinsam organisieren sie im Herbst zum dritten Mal die Tagung „Nachhaltig Bauen und Sanieren“, die Fachleute aus Praxis und Wissenschaft an der HTWK Leipzig zusammenbringt. Neben Baustoffen aus Holz, Stroh und Hanf steht Lehm dort immer wieder im Mittelpunkt des fachlichen Austauschs.

Tagungsleiter Höhlig will zudem im kürzlich gestarteten Projekt „GOLEHM19-RegioLehm“ gemeinsam mit einem Team um Geotechnik-Professor Ralf Thiele geeignete Lehm-und Tonvorkommen rund um Leipzig untersuchen. Ziel ist es, bislang ungenutzte Ressourcen, welche in aktiven Tagebauen als Abraum in großen Mengen vorliegen, systematisch zu erfassen und für Bauprodukte nutzbar zu machen. Die Ergebnisse sollen in einer offenen Datenbank bereitgestellt werden – ein wichtiger Schritt für regionale Wertschöpfungsketten im Lehmbau.

Um die positiven Eigenschaften von Lehm als Putz in Kombination mit Pflanzenkohle geht es in einem Projekt unter der Leitung von Klaus Holschemacher, Professor für Stahlbetonbau, der sich seit vielen Jahren dafür einsetzt, die Baubranche nachhaltiger zu gestalten. Pflanzenkohle wird hier als Zuschlagstoff in Lehmputz integriert. Dadurch kann das Material langfristig Kohlenstoff speichern und gleichzeitig Feuchtigkeit sowie Schadstoffe aus der Raumluft aufnehmen. Lehmputz mit Pflanzenkohle verbindet mehrere Vorteile: Er verbessert das Raumklima und kann gleichzeitig als Kohlenstoffsenke wirken.

Portrait eines sitzenden Mannes mit einem Teststreifen in der Hand — Prof. Dr.-Ing. Lutz Engisch zeigt den papierbasierten Prototyp eines medizinischen Teststreifens und die beiden dazugehörigen Prägeformen (Foto: Katrin Haase / HTWK Leipzig)

Papier: Vom Wissensträger zum Diagnoselabor

Die Erfindung des Papiers hat buchstäblich die Kulturgeschichte neu geschrieben. Seine Ursprünge reichen bis ins alte China zurück. Als die Papierherstellung im Mittelalter nach Europa gelangte und Johannes Gutenberg im 15. Jahrhundert den Buchdruck entwickelte, begann zugleich eine Wissensrevolution: Informationen wurden erschwinglich und konnten massenhaft verbreitet werden. Papier wurde zum Träger der Wissensvermittlung und der Massenkommunikation.

Auch heute ist Papier allgegenwärtig, etwa in Druckprodukten wie Zeitungen und Büchern, in Verpackungen, im Dekordruck oder in technischen Spezialanwendungen wie Filtern. Sein Grundprinzip ist dabei seit Jahrhunderten gleich: feine Fasern, meist aus Holz, werden im Wasser verteilt und anschließend zu einem dünnen, stabilen Geflecht verfilzt und schließlich getrocknet.

Die HTWK Leipzig befasst sich in der Druck- und Medientechnik und in der Verpackungstechnik seit mehr als 30 Jahren mit der Weiterentwicklung und Nutzung von Karton und Papier sowie mit dem Prägen als Methode, um das Material dauerhaft in Form zu bringen.

Ein gänzlich neues Feld für die Nutzung von Papier eröffnet Lutz Engisch, HTWK-Professor für Werkstoffe, derzeit im Forschungsprojekt „Paper-ROCK – papierbasierte Point-of-Care Diagnostik“. Gemeinsam mit Praxis-und Forschungspartnern entwickelt er nachhaltige Testsysteme auf Papierbasis für die medizinische Diagnostik. Im Projekt werden Mikrostrukturen in Papier geprägt, die wie winzige Kanäle funktionieren. Flüssigkeiten – etwa Blutproben – können darin automatisch fließen und mit chemischen Substanzen reagieren. Damit entsteht ein kleines Analysesystem, ein sogenanntes „Lab-on-Chip“.

Bis Ende des Jahres drei Jahre lang vom Bundesforschungsministerium finanziert, entstehen dabei Prototypen für Einwegtests aus Papier statt aus Kunststoff. Das begegnet einem wachsenden Umweltproblem, denn weltweit erzeugen medizinische Labore jährlich Millionen Tonnen Plastikmüll. Papierbasierte Tests könnten hier eine nachhaltigere und günstigere Alternative bieten.

„Papier ist ein faszinierendes Material. Wenn wir seine Struktur gezielt verändern, kann es plötzlich ganz neue Funktionen übernehmen – bis hin zum medizinischen Testsystem“, sagt Projektleiter Engisch. Langfristig könnten solche Systeme eine Diagnostik dort ermöglichen, wo klassische Labore fehlen – etwa in ländlichen Regionen oder in Entwicklungsländern.

Stahl: Schlüsselmaterial für Gegenwart und Zukunft

Nahaufnahme eines Materials durch ein Lichtmikroskop — Blick durchs Lichtmikroskop: Gefüge einer Versuchslegierung mit ausgeprägter Karbid- und Nitridbildung durch thermochemische Wärmebehandlung (Foto: HTWK Leipzig)

Nach Metallen, wie Bronze und Eisen, wurden ganze Zeitalter benannt, da ihre Entdeckung und Nutzbarmachung einen enormen Entwicklungsschub der Zivilisation mit sich brachten. Auch heute sind zahlreiche metallische Konstruktionswerkstoffe das Rückgrat moderner Industriegesellschaften von Infrastruktur über Maschinenbau bis zur Energietechnik. Gleichzeitig stehen sie vor einem Transformationsdruck: Maschinen und Bauteile sollen langlebiger, Ressourcen effizienter genutzt, Recyclingquoten erhöht und Abhängigkeiten von kritischen Rohstoffen reduziert werden.

Die Werkstoffforschung an der HTWK Leipzig setzt genau hier an. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis und der gezielten Beeinflussung der Korrosion von metallischen Werkstoffen – eine der häufigsten Ursachen für Material- und Bauteilversagen. Paul Rosemann, Professor für Werkstofftechnik, forscht seit vielen Jahren zur Korrosionsbeständigkeit nichtrostender Stähle. Das ist eine herausragende Werkstoffgruppe, weil sie durch ihre hohe Korrosionsbeständigkeit besonders langlebig und wartungsarm ist und nahezu unbegrenzt recycelt werden kann. Zudem vereinen diese Stähle gute mechanische Eigenschaften und exzellente Verarbeitbarkeit mit hoher Korrosionsbeständigkeit, hygienischer Oberfläche und ansprechender Optik. Dies macht sie für zahlreiche Anwendungen von der Medizintechnik bis zum Bauwesen zum idealen Werkstoff. Mit elektrochemischen Methoden untersucht das Team der Werkstofftechnik gezielt den Einfluss der Legierungs-und Begleit-Elemente sowie der Herstellung und Wärmebehandlung auf das Gefüge und die werkstofftechnischen Eigenschaften nichtrostender Stähle. Das ermöglicht es, Werkstoffe gezielt für spezifische Einsatzbedingungen zu optimieren, etwa für Infrastruktur, Energieanlagen, Maschinenbau, Medizin und Pharmazie. Das verspricht eine längere Lebensdauer, geringere Wartungskosten und einen reduzierten Ressourcenverbrauch.

Parallel dazu arbeiten die Forscher im Projekt „IRONHEART“ an neuen eisenbasierten Hartmetall-Legierungen. Ziel ist es, Werkstoffalternativen zu klassischem Hartmetall zu entwickeln, die nicht auf seltenen und teuren Rohstoffen basieren. Hartphasenverstärkte Eisenbasislegierungen bieten ebenfalls die Kombination aus hoher Härte und Temperaturbeständigkeit – während Verfügbarkeit und Kosten deutliche Vorteile bieten. Diese Entwicklungen sind nicht nur technologisch relevant, sondern auch geopolitisch: Sie leisten einen Beitrag zur Rohstoff-Souveränität und stärken die Resilienz industrieller Wertschöpfungsketten.

Beton: Vom Baustoff der Römer zum Hightech-Verbundmaterial

zwei Betonwürfel und eine Betonplatte im Größenvergleich — Im Vergleich zu Stahlbeton (großer Würfel) spart Carbonbeton (keiner Würfel und Platte) bei gleicher Leistungsfähigkeit bis zu 80 Prozent Material (Foto: filmaton.tv)

Schon im Römischen Reich entstanden beeindruckende Bauwerke wie Aquädukte, Arenen und Hafenanlagen mit einem frühen Beton, die teilweise noch heute Bestand haben und die lange Haltbarkeit dieses Baustoffes sichtbar machen. Mit der Entwicklung des Stahlbetons im 19. Jahrhundert begann die Sternstunde des Materials. Aufgrund der hohen Druck- und Zugfestigkeit wurde der Verbundwerkstoff rasch zum weltweit meistgenutzten Baustoff – das gilt bis heute. Doch das wird zunehmend zum Problem, denn seine Herstellung, insbesondere die Produktion von Zement und Stahl, verursacht rund acht Prozent der globalen menschengemachten Kohlenstoff-Emissionen.

Als vielversprechende Alternative gilt Carbonbeton, ein Verbundwerkstoff aus Beton und Kohlenstofffasern, die den Stahl als Bewehrung ersetzen. Carbonbeton ist korrosionsbeständig, denn Carbon rostet im Gegensatz zu Stahl nicht. So sind dünnere Betonschichten möglich; das spart Ressourcen und ermöglicht schlankere Bauteile. Das Institut für Betonbau der HTWK Leipzig ist bereits seit 2014 als Teil des Großforschungsvorhabens „Carbon Concrete Composite – C3“ an der Erforschung und Entwicklung des Verbundmaterials beteiligt. Neben Dresden und Aachen ist Leipzig mit dem Carbonbetontechnikum Deutschland einer der drei führenden Standorte, die das vielversprechende Material in die Anwendung bringen wollen.

In der Modellfabrik erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Klaus Holschemacher, Professor für Stahlbetonbau, sowie Tilo Heimbold, Professor für Prozessleittechnik und Prozessführung, neue Fertigungsverfahren für diesen Baustoff. Ein interdisziplinäres Team aus Bau- und Elektroingenieur-wesen entwickelt und testet dort automatisierte Produktionsprozesse für Bauteile aus Carbonbeton, die stabil, robust und nachhaltig sind. Um dem Ressourcenproblem zu begegnen, erproben sie im Verbund mit Praxispartnern ebenfalls Lösungen, um alten Betonbruch zu recyceln und somit auch in diesem Segment eine Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen. Einen anderen Schwerpunkt bildet der Blick auf die Kombination verschiedener Materialien mit Beton: Beispielsweise entwickelt das Team vom Institut für Betonbau im Projekt „HBVcarbon“ ressourcenschonende Deckenkonstruktion, die Holz und Carbonbeton miteinander verbinden und so die Vorteile beider Materialien kombinieren.

zwei Männer stehen in einer Fertigungshalle — Prof. Dr.-Ing. Tilo Heimbold (links) und Prof. Dr.-Ing. Klaus Holschemacher entwickeln im Carbonbetontechnikum Bauteile aus Carbonbeton, die elektrisch leitfähig sind (Foto: Maximilian Johnson / HTWK Leipzig)

Materialien neu gedacht

An der HTWK Leipzig werden traditionelle Werkstoffe mit digitalen Technologien, neuen Fertigungsprozessen und nachhaltigen Konzepten verknüpft. Das Ergebnis sind Lösungen, die weit über einzelne Materialien hinausreichen und zentrale Fragen unserer Zeit adressieren: Wie bauen wir klimafreundlich? Wie sichern wir Ressourcen? Und wie gestalten wir industrielle Prozesse zukunftsfähig?