Wassereis ist ein faszinierendes Wunder der Natur. Denn je nach Temperatur und Druck können Wassermoleküle beim Gefrieren mehr als 20 unterschiedliche Kristallvarianten bilden. Zudem ist Eis ein enorm stabiles, tragfähiges Material. In der Arktis sind Eisstraßen über gefrorene Gewässer daher noch heute die einfachste Möglichkeit, entlegene Orte zu erreichen und schon die Inuit bauten ihre Iglus aus Schneeblöcken und Eis.
Ein Flugzeugträger aus Eis
Im Jahr 1943 tüftelten britische Forscher sogar an einem unmöglich erscheinenden Projekt: Sie wollten einen ganzen Flugzeugträger aus Eis bauen und im Nordatlantik stationieren. Er sollte die alliierten Konvois vor Angriffen deutscher U-Boote schützen. Allerdings bestand dieses 2,2 Millionen Tonnen schwere Riesenschiff nicht aus reinem Wassereis, sondern aus Pykret – einem Gemisch aus Wassereis und Sägespänen oder feinen Holzfasern.
Der Clou dabei: Durch die Beimischung der zellulosehaltigen Holzfasern sinkt die Wärmeleitfähigkeit des Wassereises und es schmilzt sehr viel langsamer und später. Zudem machen die Fasern das Eis hart wie Beton und bremsen die Rissbildung. Zwar wurde der Flugzeugträger aus dem Pykret-Eis nie gebaut, aber bis heute experimentieren Materialforscher und Architekten mit diesem Material.
Zellulose-Nanokristalle und ein spezielles Protein
Jetzt gibt es eine neue Variante dieses Wassereis-Materials. Forschende um Chen Adar von der Hebräischen Universität Jerusalem haben in ihrem Projekt nach einer Möglichkeit gesucht, die eher zufällige, ungeordnete Struktur der Eis-Zellulose-Mischung im Pykret noch stabiler und rissfester zu machen. Ihre erste Optimierung besteht darin, statt der Holzfasern stäbchenförmige Zellulose-Nanokristalle zu verwenden. „Diese Nanokristalle können die mechanische Festigkeit von Verbundstoffen deutlich erhöhen“, berichtet das Team.
Noch entscheidender ist jedoch eine zweite Neuerung: ein speziell konstruiertes Protein, das als molekulare Brücke zwischen Wassereis und Zellulose-Nanokristallen dient. Ein Ende dieser Proteinkette stammt von einem Frostschutzprotein, das an Wassermoleküle bindet. Das andere Ende der Kette bindet an Kohlenwasserstoffe wie die Zellulose. Als die Forschenden eine wässrige Lösung der Zellulose-Nanokristalle und des Proteins einfroren, bildete sich von selbst ein gleichmäßiges Zellulosenetzwerk in der Wassereismatrix. Das Protein verankerte dieses Netzwerk und machte es besonders regelmäßig.
Struktur des Zellulose-Nanokristall-Netzwerks im Wassereis und Bindung der beiden Protein-Enden (CBM3a und AFPIII) an die Zellulose (CNC) und die Eisoberfläche. — © Adar et al./ Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, CC-by-nc 4.0
Ähnlich stabil wie Beton
Das Ergebnis ist Biopykret – ein neuartiges Eismaterial, das noch stabiler und rissbeständiger ist als sein historisches Vorbild. In Tests hielt das verstärkte Eis einem zehnmal höheren Druck stand als normales Wassereis. Das Biopykret ist damit ähnlich stabil wie Beton, wie Adar und seine Kollegen berichten. Das Material kann zudem 70-mal mehr Energie absorbieren als Wassereis, bevor es bricht.
„Die Zusätze machen das Eis aber nicht nur fester, sie verändern auch die Art, wie es bricht“, erklärt Seniorautor Ido Braslavsky von der Hebräischen Universität Jerusalem. „Statt plötzlich zu zersplittern, verformt sich das Biopykret und bricht nur nach und nach.“ Ursache dafür ist das Netzwerk aujs Zellulose-Stäbchen und Proteinen, die wie Barrieren für die sich im Wassereis ausbreitenden Risse wirken. Dadurch bleiben diese Brüche lokal begrenzt.
Anwendung in Polargebieten oder sogar auf dem Mars
Nach Ansicht der Forschenden könnte das neue „Super-Eis“ vor allem in den Polargebieten einen praktischen Nutzen haben. So könnte man es beispielsweise statt Beton für Fundamente von Gebäuden, Straßen oder anderen Infrastrukturen nutzen. Der Vorteil: Während Beton in diesen Regionen meist importiert werden muss und bei seiner Herstellung viel CO2 freisetzt, kann das Biopykret vor Ort zusammengemischt und gefroren werden.
“Das macht Biopykret zu einem vielversprechenden, klimafreundlichen Kandidaten für Anwendungen in der Arktis und Antarktis“, schreibt das Team. Sogar auf dem Mars könnte ein solches Material eingesetzt werden. Bevor das neue „Super-Eis“ verbaut wird, sind allerdings weitere Tests zu seiner Haltbarkeit und Wärmebeständigkeit nötig, wie Adar und seine Kollegen betonen. Sie sehen in solchen Verbundmaterialien aus natürlichen Komponenten und künstlich hergestellten Netzwerkproteinen aber eine große Chance für neue Materialien.
Quelle: Chen Adar (Hebrew University of Jerusalem, Rehovot, Israel) et al., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2026; doi: 10.1016/j.colsurfb.2026.116037
