Karlsruher Forscher erproben biologische Baustoffe. Sie könnten künftig konventionelle Materialien wie Stahl und Beton ersetzen. So ließen sich ganze Gebäude nach der Nutzung wiederverwerten.
Stuttgart - Äthiopiens Hauptstadt Addis Abeba ist eine pulsierende Fünfmillionenmetropole, in der Wellblechhütten, neue Wohnviertel und Luxushotels um den knappen Platz streiten. Als junger Architekt hat Felix Heisel zwei Jahre am Äthiopischen Institut für Architektur (EiABC) in Addis Abeba gearbeitet. „Dort habe ich erlebt, was Ressourcenknappheit in der Architektur tatsächlich bedeutet – und daraus entstand der Antrieb, lokale Ressourcen besser zu nutzen.“
Heute forscht Heisel im Fachgebiet Nachhaltiges Bauen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und ist damit Teil eines Teams aus Architekten, Bau- und Bioingenieuren auf der Suche nach alternativen Ressourcen und Kreislaufkonzepten für die Bauindustrie. Das Fachgebiet wird seit April 2017 von Dirk Hebel geleitet. Zuvor arbeiteten Hebel und seine KIT-Kollegen Karsten Schlesier und Felix Heisel gemeinsam an der ETH Zürich, dem Future Cities Laboratory in Singapur und eben am Architekturinstitut in Addis Abeba.
Auf der Suche nach neuen Materialien
Dabei bewegt die Forscher die folgende Grundfrage: Wie müssen wir in Zukunft bauen, damit wir die verwendeten Materialien später wieder sortenrein auseinanderbekommen und ihren jeweiligen Kreisläufen zuführen können? Ständig sind sie auf der Suche nach neuen Materialien und Wegen, diese durch kluges Design als wiederverwertbare Baustoffe zu nutzen. In New York entstand gemeinsam mit der Block Research Group der ETH Zürich ein Messepavillon aus Tetrapaks, die – zu Platten gepresst – zu einer großen Dachkonstruktion zusammengesetzt wurden, um nach der Messe wieder komplett auseinandergenommen und weiterverwendet zu werden.
Ihr neuester Coup, wieder in Zusammenarbeit mit Philippe Block und seinem Team, ist der „Myco-Tree“ auf der Biennale für Architektur im südkoreanischen Seoul: Ein drei Meter hoher „Baum“, dessen Stamm und Äste aus Pilzmyzel ein 16 Quadratmeter großes Dach aus Bambusgitter tragen. „Unseres Wissens ist dies die erste Struktur aus Myzel, die nicht nur sich selbst, sondern zusätzlich auch eine Last trägt“, sagt Felix Heisel. Durch das ausgefeilte Design können im Myco-Tree beide Materialien ihre Stärken ausspielen: Die Bausteine aus Pilzmyzel sind auf Druck belastbar und stabilisieren sich gegenseitig. Und das Bambusgitter hält durch sein Gewicht und seine Zugfestigkeit die Äste des Myco-Tree zusammen.
Bambus – ein vielseitiger Baustoff
Gerade für wärmere Weltregionen ist Bambus ein vielversprechender Baustoff. Das Riesengras ist in den meisten tropischen und subtropischen Regionen lokal verfügbar und wächst extrem schnell. Zudem weisen seine holzigen Fasern eine hohe Zugfestigkeit auf. Damit tritt es in Konkurrenz zu Stahl, dem neben Beton wichtigsten Baustoff der Gegenwart. Stahl jedoch ist nicht nur energieintensiv in der Herstellung, sondern für viele ärmere Länder ein teures Importgut. In Afrika etwa verfügen gerade einmal zwei Länder über eine nennenswerte Stahlproduktion.
Den Karlsruher Forschern ist es gelungen, ein Bambus-Komposit zu entwickeln, das sich als Verstärkung von Betonteilen einsetzen lässt. Dazu wird der Bambus mit Wärme behandelt, in Streifen aufgefasert und schließlich mit Harzen zu einem festen Verbundwerkstoff gepresst. Mit diesen Stangen lässt sich herkömmlicher Beton im Innern verstärken. Die Bambusarmierung glänzte im Labortest mit einer Zugfestigkeit ähnlich der von Baustahl und stellt damit eine echte Alternative dar.
Baustoffe in geschlossenen Kreisläufen
In Zukunft sollen Baustoffe in einem geschlossenen technischen oder biologischen Kreislauf verbleiben. Sogenannter Abfall ist für die Karlsruher Forscher um Dirk Hebel eine Ressource. 2014 veröffentlichte man hierzu das Buch „Building from Waste“ (Bauen aus Müll). Als Reaktion darauf hat das Team auf dem Campus des Schweizer Forschungsinstituts für Materialwissenschaften und Technologie (Empa) in Dübendorf nun erstmals die Chance, sich dieser Herausforderung beim Bau eines größeren Gebäudes zu stellen.
In dem Projekt Urban Mining & Recycling (UMAR) arbeiten Hebel und Heisel mit Werner Sobek, dem Leiter des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Uni Stuttgart, und dessen Team um Frank Heinlein und Bernd Köhler zusammen. Sie haben ein modernes Gebäude entworfen, das zu hundert Prozent aus wiederverwertbaren oder kompostierbaren Materialen besteht. „Für uns ist das Projekt in Dübendorf eine große Chance“, sagt Heisel, „denn wir sind nicht nur für den Bau verantwortlich, sondern auch für den kompletten Abbau nach der vorgegebenen Nutzungsdauer von fünf Jahren.“
26 verschiedene Baumaterialien
Rund 26 verschiedene Materialien sollen in dem Gebäude verbaut und anschließend recycelt werden, von Oberflächenmaterialien, die aus Altglas oder Bauschutt gewonnen werden, bis zu technischen Materialien wie einer flächigen Heiz-Kühl-Decke. „Wir wollen zeigen, dass wir als Nutzer nicht unbedingt unser Verständnis von Architektur ändern müssen. Wir bauen einen weißen Raum, wie wir das kennen, aber wir konstruieren ihn eben komplett anders, mit neuartigen Materialien und ohne Klebungen oder Silikon“, sagt Heisel.
Auch neue wirtschaftliche Modelle werden diskutiert, etwa die Frage, wer in Zukunft eigentlich das Baumaterial besitzt: der Hauseigentümer oder der Hersteller? In der Kreislaufwirtschaft sind durchaus Modelle vorstellbar, bei denen der Hersteller Eigentümer der Ressourcen bleibt und das Material später wieder zurücknimmt. Der Bauherr würde dann das Material lediglich für die Nutzungsdauer anmieten, was den Materialwert für den Baustoffhändler steigert, die Baukosten für den Bauherrn senkt und obendrein die Umwelt entlastet. Ganz im Sinne von Felix Heisels Ziel: „Wir wollen nicht nur aus Müll bauen, sondern wir wollen auch bauen, ohne Müll zu produzieren.“
Gebäude der Zukunft
Bedarf
Bevölkerungswachstum und Urbanisierung verursachen weltweit einen immensen Bedarf an Baustoffen. Die Herstellung von Stahl und Beton ist aber teuer, und energieaufwendig – und sie nutzt endliche und schwer zu recycelnde Ressourcen wie Sand oder Eisenerz.
Rohstoffe
Architekten und Bauingenieure verbinden nun in neuen Forschungsprojekten ein cleveres Design mit wiederverwertbaren und nachwachsenden Rohstoffen. Neben Holz kommen dafür unter anderem Bambus, Pilzmycel, Stroh, Lehm und „Müll“ infrage. Die Forscher fahnden nach Materialien, die bisher nicht wiederverwertet werden, sich aber durch den Einsatz als Baumaterial in einen Kreislauf überführen lassen. Das können mineralischer Bauschutt, Jeansstoff oder geschredderte und zu Platten gepresste Tetrapacks sein.