Denkmalpflege auf Nanoebene

Denkmalpfleger der Otto-Friedrich-Universität in Bamberg haben ein neues Bildgebungsverfahren entwickelt, mithilfe dessen die Beschaffenheit von Naturstein nicht-invasiv ermittelt werden kann.

Im Rahmen des interdisziplinären und internationalen Projektes „Nano-Cathedral“ untersuchte Prof. Dr. Rainer Drewello vom Lehrstuhl für Restaurierungswissenschaft in der Baudenkmalpflege im Zeitraum zwischen 2015 und 2018 den Gesteinszustand der Kathedralen von Köln, Pisa, Gent, Vitoria-Gasteiz und Wien sowie das erst zehn Jahre alte Opernhaus in Oslo.

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Max Rahrig untersucht mit Kollegin Anna Luib eine Testfläche am Opernhaus in Oslo. (Höpfner 2016)

Ziel des mit 6,3 Millionen Euro geförderten EU-Projektes war es, maßgeschneiderte Lösungen für die Konservierung von Naturstein auf Nanoebene zu entwickeln, um den Erhalt des kulturellen Erbes in Europa zu sichern. Die Wissenschaftler entwickelten Fertigungsmittel, die das Gestein in den Tiefen stabilisieren sowie Hydrophobierungsmittel zur Versiegelung der Materialien.

Das von Drewello und seinem Kollegen Max Rahrig entwickelte „Opto-technical Monitoring“ war die Dokumentationsbasis bei der Entwicklung und Qualitätskontrolle der Nanopartikel. Diese sind 1000 Mal dünner als der Durchmesser eines menschlichen Haares, weshalb für die Sichtbarmachung der Partikel sowie ihrer Wirkung ausgeklügelte Technik vonnöten ist. Das Bildgebungsverfahren kombiniert vier Techniken zu einer Rundumsicht auf den Zustand des Originalgesteins vor und nach der Behandlung mit den Nanomaterialien.

Schema
3D-Oberflächenvergleich einer Testfläche an der Kathedrale von Vitoria-Gasteiz: Durch den Farbverlauf werden Unterschiede zwischen zwei 3D-Scans, die im Abstand von einem Jahr angefertigt wurden, dargestellt. Grün: unverändert, blau: Verlust von Oberflächen bis zu 20 mm. (Rahrig/Vill/Altmann 2017)

Hochauflösende 3D-Aufnahmen vermessen die Gesteinsoberfläche mit einer Genauigkeit von 0,3 Millimetern und die VIS-Farbfotografie verdeutlicht Farbunterschiede an den Oberflächen. Die UV-Fluoreszenzfotografie und die Infrarot-Fotografie machen Fremdmaterialien wie konservierende Überzüge oder auch Bewuchs von Bakterien, Flechten oder Moosen sichtbar. Der Vorteil gegenüber bisheriger Analyseverfahren, denn die Denkmalpfleger können das Gestein einerseits zerstörungs- und berührungsfrei analysieren, andererseits ist das Opto-technical Monitoring großflächig einsetzbar und kann in einem Arbeitsgang zwei Quadratmeter Testfläche untersuchen.

Dies ist ein Durchbruch in der Denkmalpflege wie Rainer Drewello erläutert: „Es werden zwar bereits Bildgebungsverfahren in der Denkmalpflege angewendet, aber es bestand bislang kaum eine Möglichkeit, neue Materialien zur Konservierung von Gestein zu testen, ohne zumindest Teile des Gesteins durch die Entnahme von Proben zu zerstören.“

Das Forscherteam aus sechs europäischen Ländern konnte so zunächst den Originalzustand der Gesteine in den Kathedralen und dem Opernhaus vermessen und nach einem Jahr Schwachstellen und die fortschreitende Verwitterung dokumentieren. Sowohl die neu entwickelten Präparate wie auch das Bildgebungsverfahren sind zukunftsträchtig: Um die langfristige Schutzfunktion der neu entwickelten Materialien zu überwachen, werden die Forscher in zwei, fünf und acht Jahren weitere Messungen vornehmen. So können sie den Verfall des Gesteins dokumentieren und die Nanomaterialien zur Marktreife bringen. Die Dombauhütten haben Interesse an der Fortführung der Untersuchungen bekundet und sollen in einem weiteren Schritt dazu befähigt werden, selbst Messungen vorzunehmen.

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