Ein Tunnel aus dem 3D-Drucker

Stromkabel, Wasserleitungen, Glasfasernetze oder Gasleitungen werden heute meist mit erheblichem Aufwand verlegt. Strassen werden aufgerissen, Baugruben erstellt und ganze Quartiere werden zeitweise zu Baustellen. Ein Team von Studierenden und jungen Ingenieur:innenen will diesen Prozess grundlegend verändern. Am 4. Juni präsentierte Swissloop Tunneling im Innovation Park Zürich in Dübendorf den Demonstrator einer autonomen Mikrotunnelbohrmaschine, die Leitungen künftig unterirdisch verlegen soll – mit deutlich weniger Eingriffen an der Oberfläche.

Während der Veranstaltung arbeitete sich die Maschine durch einen aufgeschütteten Erdwall. Der Demonstrator zeigte dabei zentrale Elemente eines Systems, das langfristig Versorgungsleitungen für Strom, Wasser, Gas oder Telekommunikation unterirdisch verlegen soll, ohne dass entlang der gesamten Trasse Gräben ausgehoben werden müssen.

Das Besondere am Konzept ist nicht der Tunnelvortrieb. Mikrotunnelbohrmaschinen werden bereits heute eingesetzt, um Leitungen unter Strassen, Bahnlinien oder Flüssen hindurchzuführen. Swissloop Tunneling verfolgt jedoch einen Ansatz, der den Tunnelbau mit einem additiven Fertigungsverfahren kombiniert.

Während die Maschine das Erdreich abträgt, wird das Material aus dem Tunnel transportiert. Gleichzeitig trägt ein integriertes 3D-Drucksystem eine Kunststoffschicht auf die Tunnelwand auf. Diese stabilisiert den frisch entstandenen Hohlraum unmittelbar nach dem Vortrieb. Die eigentlichen Strom-, Wasser-, Gas- oder Datenleitungen werden anschliessend in den fertigen Tunnel eingezogen.

Nach Angaben des Teams existiert derzeit kein vergleichbares System, das Tunnelvortrieb und kontinuierliche Tunnelauskleidung in dieser Form kombiniert. Die Technologie soll nicht nur den Bauprozess vereinfachen, sondern auch die Menge an benötigter Infrastruktur auf der Baustelle reduzieren.

Der aktuelle Demonstrator erreicht eine Vortriebsgeschwindigkeit von rund 3,5 Metern pro Stunde. Langfristig soll die Maschine weitgehend autonom arbeiten. Geplant sind Funktionen zur automatischen Navigation sowie zur Erkennung und Umfahrung von Hindernissen im Untergrund.

Das langfristige Ziel geht über bestehende Mikrotunnelverfahren hinaus. Die Entwickler stellen sich ein System vor, das von einem Container aus betrieben wird. Die Maschine soll sich von der Oberfläche aus schräg in den Boden graben, den Tunnel erstellen und nach Abschluss der Strecke wieder an die Oberfläche gelangen. Zusätzliche Start- und Zielschächte würden dadurch weitgehend entfallen. Praktische Grenzen setzen dabei weiterhin die Versorgung der Maschine mit Energie sowie der Abtransport des Aushubmaterials. 

Swissloop Tunneling wurde 2021 von Studierenden der ETH Zürich und der Universität St. Gallen gegründet. Ursprünglich entstand das Projekt im Umfeld eines internationalen Tunnelbohr-Wettbewerbs, den Elon Musks Unternehmen The Boring Company initiiert hatte. Mehrere Wettbewerbsteilnahmen in den USA sowie Auszeichnungen für Innovation und Design folgten. Inzwischen rückt jedoch die Kommerzialisierung der Technologie in den Vordergrund. Mit Under Industries ist bereits ein Spin-off entstanden, das die Entwicklung zur Marktreife vorantreiben soll.

Eugenio Valli, Mitgründer und CEO von Under Industries, sieht in dem Projekt eine Chance, eine traditionell konservative Branche zu modernisieren. «Die Bauindustrie ist einer der grössten Industrien der Welt. Aber dafür ist sie auch einer der trägsten Industrien», sagte er am Demo Day. Die eingesetzten Technologien seien vielerorts seit Jahrzehnten nahezu unverändert. Ursprünglich habe ihn vor allem die technische Herausforderung motiviert. Mit der Zeit habe sich jedoch gezeigt, welches wirtschaftliche Potenzial hinter der Idee steckt. «Was kann ich tun, damit diese Industrie ein bisschen schneller wird, ein bisschen innovativer wird?», beschreibt Valli seinen Perspektivwechsel vom technologiebegeisterten Studenten zum Unternehmer.

Das Ziel von Under Industries sei nun, die Technologie aus dem Hochschulumfeld in die Praxis zu überführen. «Mit freiwilliger Arbeit von Studenten kann man viel erreichen. Und wenn man das zu einem Startup umstrukturiert oder umwandelt und Venture Capital und richtige Ressourcen hat, dann kann man das auf die nächste Ebene entwickeln. Das ist das Ziel. Die Technologie zur Industriereife zu bringen. Weniger menschliche Arbeit, mehr Automation. Viel effizientere Prozesse und neue Technologie.»