Neue Materialien

Neue Materialien für eine neue Architektur

Wie wir das Bauen neu erfinden.

Textilbeton, produktive Bakterien und lebende Bäume: Innovative Materialien und revolutionäre Technologien bereiten den Weg für eine neue Architektur.

Er trägt den prosaischen Namen „Digital Construction Platform“ (DCP), aber der auf Raupenketten montierte schwenkbare Roboterarm hat sich unter Architekten und Ingenieuren einigen Ruhm erworben. Im Juli 2016 zog er im kalifornischen Mountain View in nur dreizehneinhalb Stunden die Wände eines kreisförmigen Gebäudes hoch – mithilfe einer Druckerdüse, die einen speziellen Spritzschaum aufeinanderschichtete. Das Ergebnis war mit einem Durchmesser von fast 15 Metern der größte am Stück gedruckte Rohbau der Welt. Steven Keating war von seinem Werk sichtlich angetan. Sechs Monate hatte der Ingenieur an dem Baulehrling geschraubt, gelötet und die Steuerung programmiert. Der Roboter war der krönende Abschluss seines Promotionsstudiums am Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston. Dort arbeitete er in der Forschungsgruppe der Architektin Neri Oxman, die bekannt ist für die Entwicklung neuer Materialien und Bautechnologien.

Energetischer Austausch mit der Umwelt

Im 3D-Druck Im 3D-Druck "gebautes" Haus von Yingchuang Building Technologies ©picture alliance

Weltweit arbeiten Ingenieure, Wissenschaftler und Architekten an neuen Wegen, Gebäude zu errichten – mit Technologien wie 3-D-Druck und ungewöhnlichen Materialien wie Bakterien, Seide oder lebendigen Bäumen. Vor allem sind sie aber dabei, Architektur neu zu denken. Gebäude sollen recyclingfähig sein, eine niedrige Kohlenstoffbilanz aufweisen, im energetischen Austausch mit der gebauten Umwelt und Natur stehen und als integraler Bestandteil der Welt wahrgenommen werden. „Der holistische Ansatz“, sagt Oxman, „sieht alle unsere Umwelten – die gebaute, natürliche und biologische – als eine Einheit an.“ Deshalb erregen auch die Möglichkeiten des 3-D-Drucks in der Baubranche Aufmerksamkeit. Der DCP-Roboter druckt Wände nicht nur schnell, sondern schont auch die Umwelt, indem er entsprechend der Traglast nur so viel Material wie nötig einsetzt. Kommerzielle Bauunternehmen verfolgen diese Technologie bereits heute: Yingchuang Building Technologies in Shanghai etwa druckt aus Beton und Bauschutt Gebäudeteile, die Arbeiter vor Ort zu kompletten Häusern zusammensetzen. Beton, das wohl wichtigste Baumaterial der Welt, wird aber auch unabhängig von Druckern weiterentwickelt. Denn der Baustoff ist nicht ohne Makel. Frost und Korrosion führen bisweilen nach wenigen Jahrzehnten zu vorzeitigem Verfall. Zudem schadet Beton dem Klima. Fünf Prozent der globalen Kohlendioxid-Emissionen gehen auf Zement zurück. Grund genug für Materialforscher, neue Rezepturen auszuprobieren.

Dünne Wände dank Textilbeton

links: Selbstheilender Beton ©Europäisches Patentamt; rechts: Mit Carbon bewehrter dünner Beton ©Ansgar Pudenz/Deutscher Zukunftspreis

So entwickelten Wissenschaftler in Aachen und Dresden Anfang der Nullerjahre erstmals „Textilbeton“. Statt eine Stahlbewehrung in Beton zu gießen, wird ein spezielles Gelege aus Kohlefasern eingesetzt, das nur wenige Millimeter dick, aber sechsmal so fest wie Stahl ist. Ein Einfamilienhaus, das mit diesem „Carbon Concrete Composite“, kurz C3, genannten Beton gebaut wird, braucht nur wenige Zentimeter dicke Wände. Fassadenplatten für Gebäude sind damit nur noch zwei Zentimeter dick – statt wie bei Stahlbeton sieben bis acht. Das bedeutet eine Materialersparnis von bis zu 80 Prozent und eine wesentlich längere Haltbarkeit, da kein Stahl verbaut wird, der irgendwann rostet. Mittlerweile gibt es eine baurechtliche Zulassung, es wurden bereits erste Fußgängerbrücken mit dem neuen Material gebaut.

Um die Lebensdauer weiter zu erhöhen, entwickeln Forscher selbstheilenden Beton. Wissenschaftler der TU Delft experimentieren etwa mit besonders robusten Bakterien, die im Beton in einer Art Winterschlaf über Jahrzehnte, gar Jahrhunderte, auf ihren Einsatz warten. Dringt Wasser ein, erwachen sie und beginnen, das für sie beigemischte Futter im Beton aufzuessen. Als Nebenprodukt scheiden sie klebenden Kalk aus, der fast einen Zentimeter weite Risse kitten kann.

Hochhäuser aus Holz

So soll das Wiener Holz-Hochhaus aussehen So soll das Wiener Holz-Hochhaus aussehen ©RLP Ruediger Lainer und Partner
Von der Natur gebautes Fab Tree Hab Von der Natur gebautes Fab Tree Hab ©Mitchell Joachim, Terreform ONE

Nachhaltigkeit kann aber auch bedeuten, traditionelle Baumaterialien neu zu bewerten. Weltweite Aufmerksamkeit erregen aktuell Holz-Hochhäuser, die viel Holz mit wenig Beton kombinieren. Aus diesem Materialmix wird gerade ein 24-stöckiges, 84 Meter hohes Hochhaus im Wiener Stadtteil Aspern gebaut.

Mit Fertigstellung im Jahr 2018 wird es weltweit das höchste Gebäude seiner Art sein. Ein Stahlbetonkern gibt dem Bauwerk Halt, aber 75 Prozent des verwendeten Materials sind Holz, dessen Herstellung kaum Treibhausgase verursacht. Denkt man die Holz-Idee konsequent zu Ende, landet man bei dem 2008 konzipierten „Fab Tree Hab“, mit dem der New Yorker Architekt Mitchell Joachim Holzgewächse um eine Sperrholzschale zu einem wohnlichen Zuhause wachsen lassen will. Die Fenster werden auf Sojabasis entwickelt, da Glas in den mitwachsenden Fensterrahmen zerspringen würde.

Verwirklicht wurde dieser Plan noch nicht, doch Baubotaniker wie der Stuttgarter Architekt Ferdinand Ludwig arbeiten ernsthaft daran, mithilfe von Pflanzen Gebäude zu kreieren. So hat Ludwig nördlich vom Bodensee einen Turm aus Silberweiden um ein Stahlskelett herumsprießen lassen.

Seidenraupen weben ein Gebäude

Von Seidenkokons inspiriertes Projekt an der Universität Stuttgart Von Seidenkokons inspiriertes Projekt an der Universität Stuttgart ©ICD/ITKE University of Stuttgart

Überhaupt lassen sich Baumeister immer öfter von der Natur inspirieren – etwa von Seidenkokons. Experten der Universität Stuttgart haben 2017 mit Industrierobotern und einer Drohne Glas- und Kohlefasern um ein Gerüst herum zu einem Pavillon gesponnen. Freilich kann man der Natur solche Aufgabe auch direkt überlassen. 2013 schickten Neri Oxman und ihre Studenten 6.500 Seidenraupen auf einen domförmigen Aluminiumrahmen, wo sie ein dichtes Netz webten. Einen wind- und wetterfesten Bau ergab das allerdings nicht. Oxmans jüngstes Projekt zielt dagegen direkt darauf, Gebäude nachhaltig in ihre Umwelt zu integrieren.

So hat die Designerin in Mailand im Frühjahr 2017 einen tonnenschweren Glasdrucker vorgestellt, der es erlaubt, Glasobjekte in unterschiedlicher Dicke, Struktur und in variablen Farben herzustellen. Damit will das Team nicht nur neuartige transparente Bauelemente schaffen, sondern erforschen, wie diese etwa Solarenergie erzeugen oder helfen können, den Wärmehaushalt eines Gebäudes zu regulieren. „In den USA wurden allein 2015 rund 42 Milliarden Quadratmeter Fensterglas installiert“, sagt Oxman. „Glas mit zusätzlichen Eigenschaften könnte da helfen, die Folgen des Klimawandels zu bekämpfen.“

Text: Hubertus Breuer

Foto Teaser: ©picture alliance/Photoshot
Foto ganz oben: ©Ansgar_Pudenz/Deutscher_Zukunftspreis

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