• Innovationsprojekt: Nachhaltige Baumaterialien aus Reststoffen der landwirtschaftlichen Produktion

Übersicht

Indem wir dänische Technologie und dänisches Know-how mit der konkreten Herausforderung des Umgangs mit großen Mengen von Zuckerrohrabfällen in Peru kombinieren, entwickeln wir ein modulares Bausystem, das auf digitalen Produktionstechnologien basiert. Das Bausystem ist zunächst für temporäre Bauten gedacht, soll aber später auch für dauerhafte Strukturen verwendet werden. Das Projekt ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen sieben Partnern und kombiniert drei Innovationsbereiche: modulare Architektur, neue Materialtechnologien und digitale Fertigung.

Fakten
Jahr
2023
Nachhaltigkeit
Umwandlung von organischen Restabfällen auf Faserbasis in wiederverwertbare Baustoffe
Partner
Trifolium, Advance Nonwoven, CBS, Force Technology, Lilaw Legal Consultancy und A. Münter & CIA EIRL

Entwicklung eines modularen Bausystems mittels digitaler Fertigungstechnologien

Während die Technologie zur Umwandlung von landwirtschaftlichen Abfallprodukten aus der Zuckerindustrie in neue nachhaltige Materialien bereits entwickelt, getestet und validiert wurde, werden relevante und überzeugende Nutzungs- und Geschäftsbeispiele benötigt, um diese Produkte auf den Markt zu bringen. Aus diesem Grund hat visom einen internationalen Kreis von Partnern mit dem Ziel zusammengebracht, die Möglichkeiten von Materialumwandlungstechnologien für den Bausektor zu präsentieren und zu entwickeln.

Indem wir dänische Technologie und dänisches Know-how mit der aktuellen Herausforderung der Zuckerrohrabfallbewirtschaftung in Peru kombinieren, entwickeln wir ein modulares Bausystem, das auf digitalen Fertigungstechnologien basiert. Während das Bausystem in der Anfangsphase der Entwicklung für temporäre Bauten gedacht ist, soll es später zu Modulen für permanente Strukturen weiterentwickelt werden.

Modularer Aufbau

Die modulare Planung und Konstruktion ist ein Ansatz, bei dem ein Bauwerk oder Gebäude aus kleineren vorgefertigten Komponenten oder Modulen zusammengesetzt wird. Die modulare Bauweise gilt oft als schneller und billiger als herkömmliche Bauverfahren. Dies ist zwar oft der Fall, aber es gibt auch Herausforderungen, die mit den aktuellen Modellen in der Modulbauindustrie verbunden sind.
Der Großteil des modularen Bauens basiert auf der Produktion und Montage in großen Fabriken. Der Herstellungsprozess basiert in der Regel auf zwei Hauptstrategien. Die eine besteht darin, große Stahlboxen mit Wänden und Böden zu versehen, die andere darin, Wand-, Decken- und Bodenelemente zu konstruieren und sie zu einer geschlossenen Struktur zusammenzusetzen. Sobald die Module fertig sind, werden sie zur Baustelle transportiert und dort zusammengebaut. Diese modularen Bauweisen sind jedoch aufgrund des hohen Volumens der Module mit relativ hohen Transportkosten verbunden und bieten in gewissem Maße weniger Gestaltungsmöglichkeiten für Architekten und Bewohner.
Die lokale, digitale Fertigung von Gebäudemodulen stellt eine dezentrale Alternative zu diesen Produktionsformen dar, bei der die Module vor Ort mit sehr hoher Präzision hergestellt und montiert werden können. Gleichzeitig ermöglicht die digitale Fertigung ein parametrisches Design, das eine relativ hohe Flexibilität bei den Produktionsstrategien und der Optimierung bietet.

Faserbasierte Materialien mit hohem Recyclingpotenzial

Baumaterialien sind ein globaler Wirtschaftszweig mit einem Volumen von 1 Billion Dollar, und die Materialien machen in der Regel mehr als die Hälfte der Gesamtkosten von Projekten aus. Traditionelle Materialien wie Beton, Zement und Asphalt machen den Großteil dieser Nachfrage aus (McKinsey & Company 2016). Wenn wir zu einer nachhaltigen Zukunft beitragen wollen, brauchen wir wettbewerbsfähige Alternativen und neue Möglichkeiten für Konstruktion und Design.

Die Vliesstofftechnologie eröffnet die Möglichkeit, nachhaltige Baumaterialien direkt aus Abfallstoffen und Naturfasern wie Hanf, Flachs, Holz, Baumwolle, Torfmoos, Leinsamen und Recyclingpapier, Textilien, Mineralwolle, Glas, Teppichen, Reifen, Seegras usw. herzustellen. Die Umwandlung dieser Materialien in neue Baustoffe kann die enorme Ressourcenverschwendung in verschiedenen Sektoren, einschließlich des Bauwesens, verringern.

"Die Vliesstofftechnologie hat den Vorteil, dass sie Abfallmaterial auf Faserebene mit sehr geringem Materialabbau verarbeitet. Im Gegensatz zur Wiederverwendung ganzer Bauelemente (z. B. Platten, Ziegel und Rahmen) können faserbasierte Materialien flexibler wiederverwendet und umgestaltet werden, was dazu beiträgt, den Materialkreislauf im Bausektor zu erhöhen.

Das in diesem Projekt verwendete Material basiert in erster Linie auf Zuckerrohr, da es vielversprechende strukturelle Eigenschaften aufweist und zur Lösung eines ökologischen und sozialen Problems in Peru beitragen soll. Die Technologie ist jedoch einsatzbereit und wurde mit verschiedenen Materialien getestet, so dass eine lokale Beschaffung möglich ist. In einem dänischen Kontext könnten lokal beschaffte Materialien zum Beispiel Algen, Holz, Ernterückstände oder Papier sein.

Vom Abfall zum Baumaterial

Der Bausektor trägt mit fast 40% zu den gesamten CO2-Emissionen bei. Im Bausektor besteht daher ein großer Bedarf, Material, das sonst als Abfall gilt, in produktive Baustoffe umzuwandeln.

Im Rahmen dieses Innovationsprojekts wird ein Verfahren zur Umwandlung von faserhaltigem Restmüll in wiederverwertbares Baumaterial entwickelt.

Bislang konzentrierten sich die Arbeiten insbesondere auf Reststoffe aus peruanischem Zuckerrohr, einem der wichtigsten landwirtschaftlichen Erzeugnisse Perus. Die offene Verbrennung von Zuckerrohrrückständen stellt in dem Land eine große Herausforderung dar, sowohl wegen der erheblichen CO2-Emissionen als auch wegen der negativen gesundheitlichen Auswirkungen für die Landarbeiter und die Menschen in den umliegenden Dörfern, wenn sie in Rauch gehüllt sind.

Durch die Umwandlung des faserigen Pflanzenmaterials in Materialien, die z. B. in der Bauindustrie verwendet werden können, ergibt sich ein erheblicher Nutzen für die Umwelt.

Eine Technologie, die vielfältig anwendbar und lokal verankert werden kann

Durch die Erforschung des Potenzials von Zuckerrohrfasern für Baumaterialien wollen wir die Verwendung regenerativer Baumaterialien und anpassungsfähiger Konstruktionen fördern und dabei vor allem lokale Materialien verwenden. Die Materialumwandlungstechnologie ermöglicht die Verwendung einer breiten Palette von Fasern aus Bioabfällen, wie Kokosnuss, Maisschalen, Rinde usw. Dies bedeutet, dass lokale Ressourcen für den Bau vor Ort verwendet werden können, was die CO2-Emissionen weiter reduziert. Die Arbeit vor Ort bietet auch die Möglichkeit, Konstruktionen in realen Szenarien zu testen und zu validieren, die den lokalen Bedingungen und Kontexten, wie Klima, Bautradition und Kultur, Rechnung tragen.

Solche realen Fälle können zu Ergebnissen in Bezug auf politische Maßnahmen führen, die die Anpassung und Weiterentwicklung von Regulierungsprozessen vorantreiben, die derzeit die Verwendung neuer Materialien im Bausektor behindern.

Digitale Fabrikation

Das Baugewerbe gehört zu den am wenigsten digitalisierten Branchen und hat neue digitale Technologien, die Vorabinvestitionen erfordern, noch nicht angenommen, auch wenn die langfristigen Vorteile erheblich sind (McKinsey&Company 2016).

Die Arbeitsproduktivität im Baugewerbe war in den letzten 25 Jahren stabil oder rückläufig. Währenddessen ist die Arbeitsproduktivität in der Gesamtwirtschaft um etwa 40% gestiegen. Die verarbeitende Industrie investiert weltweit durchschnittlich 6-8% ihres Umsatzes in Forschung und Entwicklung (FuE). Die Mehrheit der Architekten, Bauunternehmer und Baudienstleister verfügt entweder über ein minimales oder gar kein Budget für FuE. Aufgrund dieses Mangels an Innovation ist der Preis für die Kunden zum wichtigsten Auswahlkriterium geworden. Diese Wettbewerbssituation birgt jedoch die Gefahr, dass es zu einem Wettlauf nach unten kommt. Nicht nur zu einem hohen Preis für die Qualität unserer gebauten Umwelt, sondern auch für unsere Lebensqualität und unsere Fähigkeit, nachhaltig zu bauen.

Die digitale Modellierung und Fertigung ist ein Konstruktions- und Fertigungsverfahren, das computergestütztes Design (CAD), z. B. 2D-Zeichnung und 3D-Modellierung, mit computergestützter Fertigung (CAM), z. B. additiver und subtraktiver Fertigung, kombiniert. Die additive Fertigung wird auch als 3D-Druck bezeichnet, während die subtraktive Fertigung als maschinelle Bearbeitung bezeichnet werden kann.

Das Herstellungsverfahren für die Module dieses Projekts basiert auf der CNC-Technologie. Diese Technologien haben sich heute so weit entwickelt, dass sie das Potenzial haben, die Bauindustrie zu verändern. Potenziell bedeutet dies, dass es möglich wird, eine lokale Produktion in der Nähe von Materialressourcen einzurichten und lokales Fachwissen und lokale Arbeitskräfte zu nutzen, während gleichzeitig die Kosten und Umweltauswirkungen von Langstreckentransporten radikal reduziert werden.

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