Lang werden zonnecellen op het dak gezien als het toonbeeld van ecologisch bewustzijn. Vandaag de dag zie je aan een gebouw niet beslist meer of en hoe milieuvriendelijk het is gepland en gebouwd en hoe energiezuinig het werkt. Dat komt door een veelvoud aan nieuwe grondstoffen, die beide zijn - mooi en duurzaam.

Teksten: Melanie Schlegel, Sabrina Lettenmaier

“Een groot raadsel blijft”, zo schrijft architectuurcriticus Gerhard Matzig, waarom “duurzaam denken en handelen zo zelden op een terrein worden gevonden, waar de toekomst daadwerkelijk bepaald wordt. Dat is het areaal van architectuur en stedenbouw”. En dat, zo vervolgt Matzig, hoewel “over enkele decennia tweederde van de wereldbevolking in steden en dichtbevolkte gebieden zal wonen”. De VN spreekt daarom over “stedelijk millennium”. Nu al wordt ongeveer 40 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot in gebouwen geproduceerd. In gebouwen, die architecten, stedenbouwkundigen en ingenieurs hebben ontworpen.

Lemand, die zich - al lang voordat duurzaamheid een politiek- en economisch modewoord werd - met het thema bezighoudt, is Werner Sobek. De hoogleraar architectuur uit Stuttgart zag de wereld al in 1974, een jaar na de eerste oliecrisis, snel op een grondstof tekort afsnellen. Toen begon hij, over alternatieve architectuur - en materiaalconcepten na te denken In 1992 hield hij, toen nog door veel collega's uitgelachen, zijn eerste colleges over “recycling-compatibel bouwen”. Rond de jaarwisseling bouwde Sobek R128, zijn eigen woonhuis van glas en staal – als compleet recyclebaar gebouw.

Ook zijn nieuwste project, de NEST-Unit UMAR in het Zwitserse Dübendorf, volgt zijn Triple-Zero-Concept: Zero Energy, Zero Emissions, Zero Waste. Het vier verdiepingen tellende onderzoeksgebouw NEST, gebouwd in 2016 door het Federal Materials Testing and Research Insitute, staat voor “Next Evolution in Sustainable Building Technologies” en herbergt onder andere de module UMAR. “Met de experimentele unit Urban Mining & ; Recycling laten wij zien, dat de op de markt verkrijgbare materialen geschikt zijn voor een correcte kringloop”, legt Sobek uit. Hij zegt een correcte kringloop in plaats van duurzaamheid en eist: “We hebben niet alleen behoefte aan een bouwplan, maar ook aan een afbraakplan”. In het geval van UMAR betekent dat: Alle materialen in het gebouw kunnen worden teruggewonnen, er ontstaat geen afval, alles is recyclebaar of composteerbaar.

De uitbreiding van de duurzaamheid
„Tot nu toe, zo stelt Blaine Brownell vast, architect en materiaalonderzoeker aan de universiteit van Minnesota, “betekende duurzaamheid in de bouwindustrie energie-efficiëntie en concentreerde zich op spreadsheets en levenscyclus beoordelingen.” Intussen gaat het echter niet meer alleen om verwarming, ventilatie en elektriciteit. Eindelijk vraagt men zichzelf ook af: Hoe duurzaam zijn de bouwmaterialen eigenlijk zelf? 560 miljoen ton - en daarmee 90 procent van alle in Duitsland gebruikte - minerale grondstoffen worden jaarlijks voor de productie van bouwmaterialen gebruikt. De Duitse federale milieustichting berekent, dat de bouwindustrie verantwoordelijk is voor 54 procent van het geproduceerde afval. Alleen al voor de productie van cement zouden wereldwijd meer CO₂-emissies vrijkomen dan in de wereldwijde luchtbaart.

Grondstofefficiëntie is daarom de orde van de dag. Werner Sobek maakt deze dringende noodzakelijkheid zeer duidelijk: Als men de bouwnorm in Duitsland als maatstaf neemt, zou men ongeveer tweeduizend miljoen ton bouwmateriaal voor alle wereldburgers moeten leveren. Maar dat werkt niet, aldus Sobek, omdat er van bepaalde grondstoffen nu al te weinig zijn of omdat ze in afzienbare tijd opraken. Zelfs Qatar, de al even ruige en met zand gezegende woestijnstaat, kan niet voldoen aan zijn behoefte aan beton en moet importeren. Want het door de wind geschuurde zand is voor de betonproductie gewoonweg niet geschikt.

Wat doen? Minder grondstoffen gebruiken? Recyclen of upcyclen? Of nieuwe materialen onderzoeken, die niet alleen functioneel en esthetisch zijn, maar ook aan hoge ecologische eisen voldoen? Zoals bijvoorbeeld in het sobere, futuristische gebouw van het Fraunhofer-Instituut in de Opperbeierse vallei, waar bijvoorbeeld aan Typhaboard wordt gewerkt, een bouwmateriaal uit lisdodde en mineraal bindmiddel, dat volledig composteerbaar is en geschikt is voor dragende- en isolerende wandelementen. Of aan fase-veranderingsmaterialen (PCM) op basis van suikeralcoholen voor latente warmteopslag of aan nieuwe biohybride-vezelcomposieten ...

De mens als materiaalonderzoeker
Mensen en hun voorouders waren altijd al materiaalonderzoekers. Het is geen toeval dat hele tijdperken van de mensheid naar materialen zijn vernoemd. Wat 3,4 miljoen jaar met het Stenen Tijdperk begon, via brons naar ijzer leidde, via lichte metalen zoals aluminium naar massaproductie van kunststoffen en verder naar de halfgeleider materialen in het midden van de vorige eeuw, vormt ook het kader waarin uiteindelijk het materiaalonderzoek zich als onafhankelijke wetenschap heeft ontwikkeld. Ongeveer 150 jaar geleden werden de eerste instituten zoals het Pruisische Koninklijk Mechanisch-Technisch Onderzoeksinstituut in Berlijn (1871) of het Instituut voor het testen van bouwmaterialen in Zwitserland (1880) opgericht. Vandaag de dag bieden alleen in Duitsland al meer dan 40 universiteiten de studierichting materiaalwetenschap aan. En aan 20 andere instituten wordt onderzocht, hoe materie in nieuwe en bruikbare vormen tot materialen verwerkt en nieuwe innovatieve materialen uitgevonden kunnen worden.

Overal hebben zich allang showrooms gevestigd, creatieve overslagplaatsen, waarvan de Material ConneXion met hoofdkantoor in New York misschien wel de bekendste is. Een gerenommeerd in Duitstalige landen bevindt zich in Stuttgart. Het materiaalbureau raumPROBE presenteert meer dan 50.000 materiaalmonsters, die ter plaatse bewonderd, aangeraakt en online onderzocht kunnen worden. Een “Kinderboerderij voor planners” noemen Hannes Bäuerle en Joachim Stumpp, de beiden eigenaren, hun in 2005 opgerichte onderneming. Bäuerle beschrijft de bewustzijnsverandering zo: “Sinds ongeveer tien jaar vragen steeds meer planners naar duurzame en ecologische materialen, terwijl vroeger de focus vooral op nieuwe materialen lag”.

De strijd om duurzaamheid is bovendien natuurlijk al behoorlijk oud. In de Duitse taal werd het begrip voor het eerst in de in 1713 gepubliceerde verhandeling “Sylvicultura oeconomica” van de Keurvorstelijk-Saksische inspecteur-generaal der mijnen Hans Carl von Carlowitz gebruikt. Zijn eenvoudige boodschap “Niet meer hout vellen dan teruggroeit” is vandaag bij iedereen bekend als “sustainable development”. Waarbij het frequente, zelfs inflatoire gebruik van het begrip duurzaamheid, hoogstens tot een beter geweten leidt, maar niet noodzakelijkerwijze tot een betere wereld. Ook 300 jaar na Carlowitz is er altijd nog veel te doen. Zwitserland is het eerste land ter wereld dat de term duurzaamheid in het jaar 2000 in de grondwet opneemt. Als zes jaar later in Frankrijk de Global Award for Sustainable Architecture door architecte en professor Jana Revedin in het leven wordt geroepen, was het woord “sustainable” nog niet eens naar het Frans vertaald. Ter gelegenheid van de Architectuur Biënnale in 2016 stelde Revedin echter vast, dat de helft van alle curatoren reeds prijswinnaar van deze duurzaamheidsprijs was geweest. Misschien vordert het dan toch.

Ecologisch en mooi
Het huidige deel van de aardse geschiedenis, het antropoceen, geldt als tijdperk, waarin de mens als belangrijkste vormgevende kracht werkt. Of om met de woorden van Gerhard Matzig te spreken: Wij leven in het tijdperk van de planners. Werner Sobek, architect en civiel ingenieur, heeft duidelijke ideeën over wat zijn soort vandaag moet doen. “Ecologisch bouwen moet adembenemend mooi zijn. Het mag niet alleen beperkt zijn tot het halen van een paar zonnecellen bij de bouwmarkt en het spijkeren ervan op het pannendak”. Ecologie en adembenemend mooi bouwen moeten elkaar niet meer tegenspreken. Het is nu tijd om een nieuwe duurzaamheidsesthetiek te ontdekken. Dit komt ook naar voren in de talrijke gebouwen met geïntegreerde fotovoltaïsche cellen, waarbij de PV-cel zelf een bouwmateriaal voor de dak- en gevelbekleding wordt. Dit idee werd bijvoorbeeld gebruikt in Zürich-Leimbach: in een residentieel hoogbouw-gebouw met dunne filmmodules, dat overeenkomstig de plannen van de architect Harder Haas Partner werd gerenoveerd. Een mooi voorbeeld van hoe nieuwe materialen architecten tot nieuwe ontwerpen inspireren. En dat is nog maar het begin.

Een rondleiding door de raumPROBE in Stuttgart maakt duidelijk, hoeveel mogelijkheden architecten inmiddels hebben: bijvoorbeeld een decoratieve coating met rozengeur, een in vele kleuren lichtgevende glaskeramiek met kristallijn gemarmerde structuur als vloerbedekking - of een terrazzo, waar geplette nagellakflesjes als blikvanger in het beton worden verwerkt. Zo exotisch sommige producten klinken en voor een deel er ook zo uitzien - ze moeten allemaal aan de eisen van het dagelijkse leven voldoen. Functioneren de akoestische platen van schapenwol zo, zoals ze zouden moeten? En welke toepassingsscenario's zijn denkbaar voor het bijzonder emissiearme paneel op houtbasis gemaakt van verse vurenhoutsnippers? Want natuurlijk gelden ook voor de nieuwe generatie bouwmaterialen de officiële maatstaven voor brand- en geluidsisolatie, voor thermische isolatie en emissies, evenals LEED, BREEAM of DGNB certificeringen..

De natuur als voorbeeld
Dat is bijvoorbeeld het nieuwe composietmateriaal carbonbeton, een textielbeton, dat beton- en koolstofvezels verbindt. Het is duurzamer en sterker, maar lichter dan conventioneel beton en kan voor een revolutie in de architectuur zorgen. Omdat carbon - in tegenstelling tot staalbeton - niet roest, zijn dikke lagen niet meer nodig. Dat spaart hulpbronnen en maakt filigraan bouwen mogelijk. Het nieuwe beton kan uit alles gemaakt worden, dat koolstof bevat. Momenteel gebruiken de onderzoekers zogenoemde lignine, een afvalproduct, dat bij de houtverwerking ontstaat. In 2019 moet het eerste carbonhuis op de campus van de technische universiteit van Dresden ontstaan, waar het textielbeton onder leiding van Prof. Manfred Curbach ontwikkeld werd. Weliswaar kost een kilo in de fabricage twintig keer zo veel vergeleken met staalbeton - maar met een materiaalbesparing van 75 procent en een aanzienlijk langere levensduur ziet de rekening er meteen anders uit.

Aan het Wyss instituut van de Harvard universiteit hebben wetenschappers een kunststof ontwikkeld, die slechts half zo zwaar is als aluminium en desondanks net zo stevig is. Het materiaal wordt uit garnalenschillen gewonnen. Hieruit haalden de wetenschappers chitine en volgen daarmee een belangrijk principe van de moderne materiaalwetenschap, doordat ze de natuur als voorbeeld nemen. Het resultaat is een insectachtig weefsel, dat gemakkelijk te verwerken en biologisch afbreekbaar is. En aangezien visafval wereldwijd wordt geproduceerd, is deze variant een voordelig alternatief voor op aardolie gebaseerde kunststoffen. De toepassingsmogelijkheden zijn divers en nog open. Misschien in de bouw? Bij de productie van huishoudelijke apparaten of in de geneeskunde? We zullen wel zien. Dat is immers het spannende aan nieuwe materialen. Waar ze allemaal ingezet kunnen worden, wordt pas geleidelijk ontdekt.

Rivalen van de schepper
De Finste ontwerper Ville Kokkonen zei ooit: “Een ontwerper is altijd tegelijkertijd een onderzoeker in het dagelijks leven en een futurist”. En de architectuur, zo ziet de in Parijs les gevende Jana Revedin het, is altijd al een bouwhut geweest, een smeltkroes van verschillende onderzoeksfaciliteiten en een laboratorium voor ondenkbare, onvoorstelbare denk-, vakmanschaps- en constructiemodellen. Architecten en andere vertegenwoordigers van een creatief beroep hebben daarom de taak om, wat Matzig in navolging op de Franse architect Claude-Nicolas Ledoux beschrijft als “Planners die rivalen van de maker worden, doordat ze een belangrijke bijdrage leveren aan het behoud van de schepping”. Als de broeikas-concentratie tegen het jaar 2050 tot 80 procent verlaagd moet worden, zoals door de UN-klimaatraad geëist wordt, zal het vooral ook op de oude kunst van het bouwen van huizen aankomen, zegt Matzig. En de kansen dat zij in staat zal zijn aan deze verantwoordelijkheid te voldoen, zijn niet eens zo slecht in het licht van de vele ontwikkelingen en onderzoeksprojecten.