„Tragwerksplaner können in Sachen Nachhaltigkeit viel bewirken“

DGNB Blog rund um nachhaltiges Bauen

von Pia Hettinger

Gebäude sind verbaute Masse. Und diese Masse beinhaltet wertvolle Ressourcen, die immer knapper werden und für viele CO2-Emissionen verantwortlich sind. Gerade Tragwerksplaner können den Materialverbrauch massiv reduzieren. Das sieht zumindest Professor Patrick Teuffel so. Wir haben mit ihm über gebaute Schwergewichte und den aktuellen Forschungsstand der Materialwelt gesprochen.

Pia Hettinger: Herr Professor Teuffel, Sie sind selbst als Tragwerksplaner tätig. Welche Rolle haben Sie im Bauprozess und wo liegen die Schnittstellen mit anderen am Bau Beteiligten?

Professor Patrick Teuffel: Im Volksmund kennt man uns ja eher als Statiker, wobei die Statik nur einen Teil unserer Tätigkeit umfasst. Im Grunde sind wir dafür verantwortlich, dass das Gebaute eine gut gestaltete, wirtschaftliche und angemessene Tragstruktur erhält und am Ende natürlich auch nachhaltig hält. Wir beschäftigen uns mit allem, was trägt: Wände, Decken, Stützen. Dabei sind wir im Austausch mit den Architekten oder auch den Haustechnikplanern. Welche Rolle wir dann im Detail einnehmen, hängt natürlich von der Bauaufgabe ab. Eine Brücke erfordert eine andere Planung als eine Messehalle oder ein Turm. Grundsätzlich sollten wir aber für eine integrative und damit optimale Planung von Anfang an mit dabei sein, also schon beim interdisziplinären Planungswettbewerb. Das ist in der Realität leider oft nicht der Fall.

Warum sollten gerade Tragwerksplaner ihre Rolle als Nachhaltigkeitsbeauftragte ernst nehmen?

Bei der Debatte um Nachhaltigkeit beim Bauen ging es lange Zeit vor allem um Energieeinsparung. Das große Thema von heute und morgen ist jedoch auch der Ressourcenverbrauch und damit verbundene CO2-Emissionen. Da 80 oder 90 Prozent der Ressourcen im Rohbau, also eben in Fundament, Decken, Stützen, Wänden, etc. stecken, hat der Tragwerksplaner viele Möglichkeiten, im Sinne der Nachhaltigkeit zu wirken. Im Tragwerk steckt die Masse. Diese können wir mit dem nötigen Wissen und einer entsprechenden Beratung enorm reduzieren.

Der relative Anteil an CO2-Emissionen der grauen Energie steigt im Vergleich zu den Emissionen aus dem Energieverbräuchen im Betrieb. © DGNB

Unsere Gebäude sind also absolute Schwergewichte.

Die Mehrzahl ja. Ein paar Zahlen verdeutlichen uns, von was für Massen wir beim Bauen sprechen. Die meisten Gebäude in Deutschland bestehen auch heute noch hauptsächlich aus Stahlbeton. Nehmen wir ein normales Wohngebäude mit zwei Stockwerken. Eine 20 Zentimeter dicke Betondecke wiegt 500 Kilogramm pro Quadratmeter. Dazu kommen schätzungsweise ca. 50 Prozent für Stützen, Wände und andere Bauteile. Ein gewöhnliches Wohngebäude wiegt also schon mehrere 100 Tonnen. Jetzt überlegen Sie mal, was für enorme Auswirkungen das hat, wenn wir pro Geschossdecke oder Wand ein paar Zentimeter einsparen können. Eine Studie der Institution of Structural Engineers: „How to calculate embodied carbon“ ergab übrigens, dass ein Tragwerksplaner im Jahr im Durchschnitt 200.000 kg CO2e einsparen kann, wenn der Fokus auf eine nachhaltige Tragwerksplanung gelegt wird.

Sollten wir grundsätzlich so leicht wie möglich bauen oder lohnt sich manchmal eine weitere Tonne?

Leicht zu bauen ist natürlich eine naheliegende Möglichkeit, um Ressourcen zu sparen. Symbolisch für die Leichtbauweise steht beispielsweise das Olympiastadion in München. Diese Membranbauweisen und textilen Konstruktionen funktionieren als Stadionüberdachung wunderbar, allerdings natürlich nicht für eine Geschossdecke im „normalen“ Gebäude. Die muss ja einiges tragen und sollte sich auch nicht maßgeblich verformen. Aber auch hier könnten wir durchaus leichter bauen, wenn wir das ungenutzte Potenzial der Optimierung zur Materialeinsparung nutzen würden. So liegt die Ausnutzung von Bauteilen in der Praxis oft nur bei 80 Prozent, obwohl 100 Prozent im wahrsten Sinne des Wortes tragbar wären. Mit einfachen Optimierungsstudien könnten wir sicherlich problemlos eine Materialeinsparung von 10-20 Prozent erzielen. Tragwerksplaner könnten hier viel mehr Aufklärungsarbeit leisten. Aber diese Studien kosten natürlich Zeit und Geld und sind (noch) nicht im Leistungsbild der HOAI abgebildet. Zu große Vorsicht und Unwissen sorgen also für unnötigen Materialverbrauch.

Welche weiteren Stellschrauben gibt es neben der Gewichtsreduktion in Sachen Ressourcenschonung?

Ein großes Potenzial liegt in der Wiederverwendung auf Material-, Bauteil- und Bauwerkebene. In Sachen Nachhaltigkeit ist Holz auf den ersten Blick vielversprechend: Es ist leicht, hat im Vergleich zu anderen Baustoffen eine gute CO2-Bilanz und ist nachwachsend. Verschiedene aktuelle Projekte zeigen, dass Holz auch für Hochbauten ein großes Potenzial besitzt. Aber Holz ist nicht unendlich verfügbar und auch nicht ganz billig. Deshalb müssen wir auch andere Alternativen in Betracht ziehen und in die richtige Richtung lenken. Bei den herkömmlichen Baustoffen lässt sich Stahl beispielsweise gut recyclen. Und beim Beton kann man zum Recyclingbeton greifen, denn die Qualität steht normalem Beton in nichts nach. Das Problem liegt hier noch in der Lieferbar- und Verfügbarkeit.

Mit Blick auf die Wiederverwendung von Bauteilen gibt es bereits wertvolle Forschungsansätze. An der Uni Eindhoven arbeiten wir beispielsweise daran, wie man Stahlbeton-Fertigteile von leerstehenden Bürogebäuden zu Wohnungen neu zusammensetzen kann. Betrachtet man das Bauwerk als Ganzes sollte das Umnutzungspotenzial oder eben ein möglichst sortenreiner Rückbau schon bei der Planung berücksichtigt werden. Die DGNB hat hierzu ja ein eigenes Zertifikat entwickelt: DGNB Gebäuderückbau. An der Uni haben wir eine Studie zum Umnutzungspotenzial von Bestandsgebäuden durchgeführt, die Eigentümern helfen kann, wichtige Entscheidungen zu treffen. Denn oft stehen diese vor der Frage, was sie mit ihrem in die Jahre gekommenen Gebäude tun sollen. Hier ist noch viel Aufholbedarf.

Sie lehren im Bereich „Innovative Structural Design“. Was steckt dahinter und wo stehen wir in der Materialforschung?

Das Besondere an unserem Fachbereich ist, dass er sich im Gegensatz zu Lehrstühlen wie Massivbau, Stahlbau, Holzbau und Aluminium nicht auf ein Material beschränkt. Vielmehr erforschen wir innovative Materialien. Ein Schwerpunkt liegt in der Anwendung von Smart Materials. Anschaulich wird dieser mit einem Prototypen, den wir gerade in unserem Labor testen: An einem dreigeschossigen Gebäude simulieren wir Erdbeben und variieren die Steifigkeit von Materialien und somit das dynamische Verhalten der Struktur. Smart Materials können diese verändern und damit adaptiv auf das Erdbeben reagieren. Das erlaubt weniger Materialeinsatz.

Hält stand bei Tag und Nacht: Die biobasierte Fußgängerbrücke an der TU Eindhoven wird rege genutzt. ©Tom Veeger

Die 14 Meter lange Brücke in Eindhoven besteht aus nachwachsenden Materialien. Hier erhalten Sie mehr Hintergründe zum Entwurf, Produktion und zum laufenden In Situ Monitoring: ©TU/e

Das “Smart Circular Bridge for a circular built environment”- Projekt nutzt nachwachsende Ressourcen auf innovative Weise. Mit Klick auf das Bild gibt’s mehr Informationen zum Projekt. ©Smart Circular Bridge for a circular built environment

Ein weiterer für unsere Zukunft entscheidender Schwerpunkt liegt in der Anwendung von biobasierten Werkstoffen wie Hanf, Flachsfasern oder biobasierten Harzen. Wir erforschen im Labor die mechanischen Eigenschaften und anhand von realen Brückenbauten wie sich die Werkstoffe im Lebenszyklus verhalten. 2016 haben wir in Eindhoven eine Fußgängerbrücke aus bio-basiertem Faserverbundwerkstoff entworfen und realisiert. Aktuell arbeiten wir an dem europäischen Interreg-Forschungsprojekt „Smart Circular Bridge for a circular built environment“ mit 14 Partnern. Bis 2023 realisieren wir hierfür drei Brücken aus bio-basierten Faserverbundwerkstoffen mit integrierten Sensoren, die in Echtzeit den Bauwerkszustand überwachen. Diese Werkstoffe haben definitiv das Potenzial das Bauwesen im Sinne von Klimaschutz und Ressourceneinsparung zu transformieren und können nach und nach die Verwendung von Beton reduzieren.

The world in a grain – oder wann uns der Sand ausgeht?

Howard Mc Allister, a researcher at the University of Hawaii, estimated that the number of sand grains at all the world’s beaches count to around 7.5 quintillions or 7.5 billion billions. I have no idea if this number is correct and even if it sounds a lot, sand is a resource, which is an essential part of everybodies life. In his book „The world in a grain“ the author Vince Beiser explains the importance of sand for our modern industry and society.

The book describes the increasing dependence on sand in (nearly) all of our areas of life, although the start of this „success“ story was slow.
At the end of the 19th century, concrete (enormous amounts of sand are required to produce it) started its journey from England via France to America. After a laborious start, his successful story started in 1906 right after the earthquake in San Francisco. A single concrete building, that survived this quake undamaged, became the unrestricted advertising symbol for this material, despite the fact that some brick houses also survived. This earthquake made it possible for concrete becoming the number one material of modern architecture. To be mentioned: the Panama Canal, the Hoover Dam, the Guggenheim Museum in New York and countless Bauhaus buildings.

Further on, one of the first sand demanding projects was the Interstate project in the United States, which was at that time the biggest public project in US history. In 1904 the United States had a grand total of 141 miles of paved roads (not counting city streets). If you wanted to move lots of people or large quantities of goods any significant distance, you did it via water or railroads. That could not last in a country where everyone suddenly wanted a car. But a car without pavement is like a pair of skis without snow. The ascent and ultimate dominance of the auto required the deployment of vast legions of sand. Dwight D. Eisenhower, who in 1919 joined a disastrous military truck convoy, crossing the country from coast to coast on poor or non-existent roads, was elected president in 1952. Driven by this frustrating experience he did everything to realize the Interstate Highway system. Today we are talking about 2.7 million miles of paved routes in the U.S. (runways, parking-places, swimming-pools ….)

Obviously concrete is not the only driver for the increasing demand for sand. Modern architecture as well as many other industrial branches are big consumers of glass, which basically is also produced from sand. On top of that, the high-tech industry uses a lot of silicium, which is also – surprisingly – based on sand.

The following chapter focuses on the development of artificial islands, where the various projects in Dubai are well-known, but actually they are not the only activities in that field. According to a study by Deltares, a Dutch research group, since 1985 human beings created more than 15000 square kilometres.

In many of the described examples it is not only about serious business, but also about crime, where people were killed for …
So, whoever is interested to read more details and to learn more about this very important resource is welcome to read Vince Beiser’s book.

PS: Here you can find another interesting article about this topic: Demand for Sand: the largest mining industry no one talks about

PPS: And just to be clear: I don’t get any commission from Amazon or anybody else for this review.

Traditional Japanese wooden techniques – Introduction of a practical usage and a basic interlocking joint system.

Ways to recognize the Nature

“ Remarkably, there is evidence that modern Asians also tend to see the world as consisting of continuous substances, whereas modern Westerner are more prone to see objects.“

This is one of a sentence extracted from [1]. The book also mentions the difference in the way Americans and Japanese recognize objects and says that, through certain experiments, Japanese are more likely to identify objects through „substances“(material) and their relations to their surroundings.

From ancient times, Japan has had a belief that all beings have been given a sense of life. They have not placed a hierarchy between nature and have set themselves down in the same part of the world. In other words, more than interpreting nature objectively, they were used to capture the „substances“. This integrated perspective, in which to have no hierarchy between nature, tends to remain when they treat timbers in architecture and even in nowadays has evolved in various forms as unique skills.

Principles of Traditional Joints

Traditional Japanese wooden technology is well known for the details of joints and fittings, so-called “Tsugite” and “Shiguchi” Tsugite is the name of joints for beams and Schiguchi for Column. At the end of the 1980s, a book of joints and fittings was published by Gengo Matsui entitled „Wood Joints in Classical Japanese Architecture“. These systems are well known to create an “ interlocking joinery“ with successfully combining physical properties such as “ Bearing Force“ (1. Parallel to fiber 2. Perpendicular to the grain) and „Shear force“. The Geometry is carefully controlled to achieve adequate performance on each joint. For example, by taking advantage of the anisotropic character of wood, joints which are based on the “ Bearing Force perpendicular to grain“ works to resist seismic loading (see below). Joints between column-beam are called crosspiece joint (Nuki-joint, Fig.1-1) and joints between column-foundation are called embedded-column base joint (Hottate-Bashira, Fig.1-2).

Fig 1 Nuki-Joint Fig 2 Hottate-Bashira

However, due to the slippage on the contact surface, there is a time lag before the mechanism of embedding occurs, and this can cause a decrease of initial stiffness, which might not be accepted to satisfy the clearance required for facades. Therefore, it is normally desired to be integrated with a highly rigid element such as „tilt stability of columns“ or „mud walls“ to compensate for the initial stiffness. It could, however, be designed without these reinforcements when those risks have been removed in advance. For instance, in GIFU ACADEMY OF FOREST SCIENCE AND CULTURE abundance of this “Nuki” mechanism (Fig.2) has been utilized. The structural joinery system not only works effectively against seismic load but also matches perfectly with the concept of the design.
Bearing system at GIFU
Another good example is MINAMI OGUNI TOWN HALL (structural design by YSD) which the “embedded column-base” has been utilized.

Fig 3-1.

Fig. 3-2. Embedded Column Base during the construction

Fig 3-3.Nuki-Joints

Fig 3-4. Carpenter chiseling column head

Fig 3-5. YSD Yamada Noriaki Structural Design Office

Also, there are the Daimochi joint, the Okkake-Daisen joint which is applied mainly in a part to carry shear forces and bending moment, respectively.

„Daimochi Tsugi (Shear resisting joint)“

A joint applied in an area mainly to resist shear forces. The cross-section of the shear-forced area can be almost fully utilized. This is an effective geometry since the end shear strength of the wooden beam is well known to be significantly reduced by a notch

„Wedged and halved scarfed joint, Okkake-daisen-Tsugi“

A joint mostly utilized in a part to carry the bending moment. Resist to bending with a Bearing force parallel to the grin in each nailed area.

Introduction of practical utilization

In follow would be introduced a project, which are designed with the utilization of traditional Japanese joints.

AWA HIGH SCHOOL MARTIAL ART HALL

AWA High School Martial Art Hall

YSD Yamada Noriaki Structural Design Office

Coexisting than Dominating

Why use such a complicated joint that requires complex machining in the first place? It sits on the idea of regarding nature as something alive, in this case, the idea is to understand the substances of wood. Wood is a material that cracks and deforms due to drying shrinkage and creep, so it moves over time. The feature of this joint system is to assume that „movement“ naturally comes up and to accept it in a certain level. We use interlocking joinery since the woods comply in harmony with each other and therefore try to confine the amount of foreign material, like steel. It’s more the idea of „coexisting“ or „accompanying“ than „controlling“ or „dominating.

This idea of coexistence is not limited to the joint. In all of the aforementioned cases, sufficient workshops were held in advance at the site to figure out and understand standard length of locally sourced trees , sizes, species and any other characteristics which the tree possess. And also the performance of the CNC processing machine. The structural plan is built based on this research. It’s a passive approach, but it enables it to design under local circumstances. Traditional joining can be adopted for buildings up to a certain scale as long as the wood processing is accurate.

Encouraging locals to participate and designing with locally sourced materials will not only promote the circulation of forests in the area, but will also enable the architecture to be loved and carefully maintained. Which we might could say as another type of sustainability.

[1] The Geography of Thought: How Asians and Westerners Think Differently…and Why, Richard Nisbett Ph.D. | 1. April 2004

[2] 日本人にとって自然とはなにか,宇根豊 ,筑摩書房, 2019/7/10

[3] Design Manual for Engineered Timber Joints, Architectural Institute of Japan, 2009

Nachhaltigkeit in der Tragwerksplanung


Abb. 1: Fußgängerbrücke aus bio-basierten Faserverbundwerkstoffen in Eindhoven ©Tom Veeger

Mittlerweile ist das Thema Nachhaltigkeit bei den meisten angekommen. Das zeigen auch die umfangreichen Diskussionen zum Thema Klimaschutz der letzten Monate. Für mich steht fest, dass alle Lebens- und Wirtschaftsbereiche dazu einen Beitrag leisten können und sollen.
Politische Randbedingungen, wie das Pariser Klimaschutzabkommen [1] sowie die Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen [2], geben uns hier die Zielrichtung vor.
Einen wirklich großen Beitrag kann und muss, meiner Meinung nach, hier die Bauindustrie liefern. Aktuell ist sie für rund 40% der durch Energie erzeugten CO2-Emissionen verantwortlich (s. Abb. 1).

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Abb. 2: Verursacher der globalen CO2-Emissionen je Industriesektor [3]

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden große Fortschritte bei der Reduktion der Betriebsenergie von Gebäuden erzielt. Vernachlässigt wurde hingegen der Einfluss der grauen Energie. Also der Energien, die zur Herstellung, zum Transport und der Entsorgung der Baumaterialien benötigt werden.
Neben dem Thema Energie müssen wir uns auch mit dem Thema Materialressourcen auseinandersetzten. Diese Ressourcen stehen mittlerweile im Mittelpunkt und sind bekanntermaßen nicht unendlich vorhanden. Vermehrt wurde ja auch schon über die Verknappung von Sand berichtet [4].
Somit wird deutlich, dass wir in Zukunft uns als Tragwerksplaner stärker mit dem verantwortungsvollen Umgang mit den begrenzt vorhandenen Ressourcen beschäftigen sollten. Im Folgenden möchte ich verschiedene Ansätze aufzeigen, wie das erreicht werden kann.

RE-DUCE – RE-USE – RE-NEW

1. Re-Duce:
Möchte man hier einen Beitrag leisten, um möglichst wenig Material zu verbrauchen sowie dieses effizient einzusetzen, müssen dafür dringend Strukturen entwickelt werden. Pioniere auf diesem Gebiet, wie Buckminster Fuller oder Frei Otto, taten dies schon seit Mitte des 20. Jahrhunderts und so entstanden schon eine Reihe von bekannten Vorzeigebauten. Aber diese Ansätze konnten sich in der tagtäglichen Baupraxis bisher nicht durchsetzen und dies obwohl die Grundlagen hierfür eigentlich vorhanden sind.

2. Re-Use:
Neben der Vermeidung des Materialverbrauchs ist auch die Wiederverwendung von Materialen, von Bauteilen ja sogar ganzer Bauwerke zielführend. Im Hinblick hierauf hat die Europäische Kommission folgendes vor:
„Die Europäische Kommission hat 2015 einen Aktionsplan angeschoben, der dazu beitragen soll, den Übergang Europas zu einer Kreislaufwirtschaft zu beschleunigen, die globale Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, nachhaltiges Wirtschaftswachstum zu fördern und neue Arbeitsplätze zu schaffen.“ [5].
In Deutschland wird dies unter anderem durch Boni im Bewertungssystem der DGNB gefördert [6]. Die niederländische Regierung hat im Jahr 2016 ihr Programm „Nederland Circulair in 2050“ präsentiert. Hier wurde das Ziel formuliert, die Wirtschaft bis 2050 in eine vollständige Kreislaufwirtschaft umzuwandeln.

Abb. 3: Linear und Kreislaufkonzepte in der Wirtschaft [7]

3. Re-New:
Nicht zuletzt kann der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen zusätzlich einen wertvollen Beitrag leisten. Neben Holz, das natürlich schon lange Zeit eingesetzt wird, wurden in den letzten Jahren in verschiedenen Projekten alternative, natürlich Baustoffe erforscht und erprobt.
Auch ich beschäftige mich seit Langem mit diesem Thema. So war ich Teil einer Planungs- und Entwicklungsgruppe, die schon im Jahr 2016 eine Fußgängerbrücke aus nachwachsenden Rohstoffen geplant und realisiert hat.
Diese Brücke, mit einer Spannweite von 14 m, befindet sich auf dem Campus der Technischen Universität in Eindhoven und besteht aus einem Hanf-Flachs-Verbundwerkstoff [8]. Siehe auch den YouTube Beitrag: Bio-Basierte Fußgängerbrücke

Abb. 4: Fußgängerbrücke aus bio-basierten Faserverbundwerkstoffen in Eindhoven ©Rijk Blok

AUSBLICK
Die deutsche Regierung hat das Ziel, bezogen auf das Referenzjahr 1990, bis 2050 die Treibhausgase um bis zu 80-98% zu reduzieren. Dieses Vorhaben wird vom BDI als technisch machbar und volkswirtschaftlich verkraftbar (Ziel 80%), bzw. als an der Grenze der technischen Machbarkeit sowie gesellschaftlichen Akzeptanz (Ziel 95%) angesehen [9]. Dass sich daraus für uns als Bauschaffende einige Herausforderungen ergeben ist unstrittig. Wir sollten diese jedoch nicht als Bedrohung, sondern als Chance sehen.

LITERATUR
[1] „Paris Agreement” in: United Nations Treaty Collection, 2016.
[2] United Nations: Sustainable development goals: Sustainable development goals (30.08.2019)
[3] UN Environment and International Energy Agency: Towards a zero-emission, efficient, and resilient buildings and construction sector: Global Status Report 2017, 2017.
[4] UN Environment: Sand and Sustainability: Finding new solutions for environmental governance of global sand resources, 2019.
[5] Europäische Kommission: Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft, Jobs growth and investment towards circular economy, (30.08.2019)
[6] DGNB: Circular Economy, 2019.
[7] Government of the Netherlands: A Circular Economy in the Netherlands by 2050, 2016.
[8] Blok, R., Smits, J., Gkaidatzis, R.; Teuffel, P.: „Bio-based composite footbridge: design, production and in situ monitoring“, in: Structural Engineering International, 2019.
[9] Boston Consulting Group, Klimapfade für Deutschland, 2018.

ZEIT ZUM UMDENKEN? MIT BIO-BASIERTEN WERKSTOFFEN FÜR EINE NACHHALTIGE ZUKUNFT SORGEN


©Tom Veeger

In keinem anderen Bereich werden so viele Rohstoffe verbraucht, wie in der Bauindustrie. Rund 40-50% Prozent des weltweiten Ressourcenkonsums fallen in diesem Sektor an. Eine erschreckende Zahl, vor allen Dingen wenn man an das Pariser Klimaabkommen denkt! Dort wurde das Ziel definiert, bis zum Jahre 2030 insgesamt 30% weniger Energie zu verbrauchen.

Die niederländische Regierung hat darum das Programm ‚Nederland Circulair in 2050‘ aufgesetzt. Ziel dieses Programms: 50% weniger primäre Rohstoffe bis 2030 zu verbrauchen und bis 2050 eine vollständige Kreislaufwirtschaft zu erreichen.

Für mich ist der Fall klar: Wenn sich der CO2-Fußabdruck der Bauindustrie künftig deutlich verringern soll, werden Bio-basierte Werkstoffe eine immer größere Rolle als Alternativen zu herkömmlichen Materialien spielen.

Viele Architekten und Ingenieure bewegt dies zum Umdenken. Auch forschen wir an der Eindhoven University of Technology schon seit geraumer Zeit zu diesem Thema. Zusammen mit Rijk Blok, Barbara Kuit und Torsten Schröder (ebenfalls Lehrende an der Eindhoven University of Technology) haben wir vom 4. bis 6. September 2019 beim New Yorker Kongress der International Association for Bridge and Structural Engineering New York IABSE 2019 unsere Ergebnisse zur Materialforschung präsentiert: So gibt es eine Vielzahl Bio-basierter Materialien wie Bambus, Hanf, Flachsfasern aber auch Mycelium und Lignin-basierte Fasern. Sehr spannend ist zum Beispiel Mycelium, wächst in Pilzen heran und kann als Grundstoff für einen Verbundwerkstoff mit Hanffasern fungieren.

Zwei realisierte Projekte aus Bio-basierten Materialien möchte ich hier kurz vorstellen:

1. Fußgängerbrücke auf dem Campus der Eindhoven University of Technology (Fertigstellung 2016)

Während die Verwendung von Glas- oder Karbonfasern hinlänglich bekannt ist, so stellt die Verwendung natürlicher Fasern eine Neuerung dar. Aus der Kombination natürlicher Harze und Fasern erhält man ein hochstabiles Material, das ähnlich belastbar ist wie konventionelle Materialien. Hierbei wird meist eine Kombination aus Epoxid- und Bio-basiertem Harz verwendet.


©Rijk Blok

So geschehen in Eindhoven. Ein Team der technischen Universität Eindhoven entwarf zusammen mit der Technischen Universität Delft, dem Centre of Expertice Biobased Economy und NPSP hier eine Bio-basierte Brücke, die 2016 realisiert wurde. Sie besteht aus 100% natürlichen Fasern und aus 56% natürlichen Harzen.

2. Canopy Design Projekt in Emmen/Holland (Fertigstellung 2019)

Für den ehemaligen Zoo in Emmen haben Studenten der Eindhoven University of Technology einen Pavillon entworfen. Ziel war es, herauszufinden, ob und wie mit Bio-basiertem Material innovative Architekturkonzepte entstehen können. Aus den unterschiedlichen Entwürfen wurde der sogenannte ‚Flight oft the birds pavillion‘ ausgewählt und realisiert. Meiner Meinung nach wird hier das Potential Bio-basierten Materials und seiner selbsttragenden Struktur besonders offensichtlich. Die Paneele aus Hanffasern und Polyethylen ließen sich ohne Schrauben, Nägel oder andere Fixierungen miteinander verflechten. Um den Konstruktionsprozess so einfach wie möglich zu gestalten, wurden identische, geometrische Module hergestellt.

Fazit:
Die beiden, sehr unterschiedlichen Projekte zeigen das Potential alternativer Baumaterialien sehr deutlich. Erstrebenswert wäre es aus meiner Sicht, die gewonnenen Erkenntnisse so rasch wie möglich an die Industrie heranzutragen, damit künftig noch weitere Projekte zum Thema Bio-basierte Baumaterialien gefördert werden können.

Seit Anfang 2020 läuft zum Beispiel an der Technischen Hochschule Eindhoven das von der EU geförderte Interreg North-West Europe Project „Smart Circlular Bridge“, das den Transfer von der Wissenschaft in die Praxis beschleunigen soll.