• Innovationsprojekt: Bæredygtige byggematerialer af restaffald fra landbrugsproduktion

Oversigt

Ved at kombinere dansk teknologi og knowhow med en konkret udfordring i at håndtere store mængder sukkerrørsaffald i Peru udvikler vi et modulært byggesystem baseret på digitale produktionsteknologier. Byggesystemet er i første omgang rettet mod midlertidigt byggeri, men ambitionen er på sigt at udvikle moduler til permanente strukturer. Projektet er et internationalt samarbejde mellem syv partnere og kombinerer tre innovationsområder: modulær arkitektur, nye materialeteknologier og digital fabrikation.

Fakta
År
2023
Bæredygtighed
Konvertering af fiberbaseret organisk restaffald til genanvendelige byggematerialer
Partnere
Trifolium, Advance Nonwoven, CBS, Force Technology, Lilaw Legal Consultancy og A. Münter & CIA EIRL

Udvikling af et modulært byggesystem via digitale fabrikationsteknologier

Mens teknologien til at omdanne landbrugets affaldsprodukter fra sukkerindustrien til nye bæredygtige materialer allerede er udviklet, testet og valideret, er der behov for relevante og overbevisende brugs- og business cases for at bringe disse produkter på markedet. Derfor har visom en international kreds af partnere samlet os om ambitionen om at fremvise og udvikle mulighederne i materialeomdannelsesteknologier til byggesektoren.

Ved at kombinere dansk teknologi og knowhow med den aktuelle udfordring med håndtering af sukkerrørsaffald i Peru udvikler vi et modulært byggesystem, der er baseret på digitale fabrikationsteknologier. Mens byggesystemet er rettet mod midlertidigt byggeri i de tidlige udviklingsfaser, er det ambitionen på sigt at udvikle det til moduler til permanente strukturer.

Modulært byggeri

Modulært design og byggeri er en tilgang, hvor en struktur eller bygning samles af mindre præfabrikerede komponenter eller moduler. Ofte anses modulært byggeri for at være hurtigere og billigere end konventionelle byggemetoder. Selvom det ofte er tilfældet, er der også udfordringer forbundet med de nuværende modeller i den modulære byggeindustri.
Størstedelen af modulbyggeriet er baseret på produktion og samling i store fabrikker. Fremstillingsprocessen er typisk baseret på to overordnede strategier. Den ene er at udstyre store stålkasser med vægge og dæk, og den anden er at konstruere væg-, loft- og gulvelementer og samle dem til en lukket struktur. Når modulerne er færdige, transporteres de til byggepladsen og samles. Disse modulære byggestrategier er dog forbundet med relativt høje transportomkostninger på grund af den store mængde moduler, og til en vis grad færre designmuligheder for både arkitekt og beboer.
Lokal, digital fabrikation af byggemoduler repræsenterer et decentraliseret alternativ til disse produktionsformer, hvor modulerne kan produceres og samles på stedet med meget høj præcision. Samtidig giver digital fabrikation mulighed for parametrisk design, der giver relativt stor fleksibilitet i produktionsstrategier og optimering.

Fiberbaserede materialer med stort genanvendelsespotentiale

Byggematerialer udgør en global industri på 1 billion dollars, og materialer står normalt for mere end halvdelen af de samlede omkostninger ved projekter. Traditionelle materialer som beton, cement og asfalt udgør størstedelen af denne efterspørgsel (McKinsey&Company 2016). Hvis vi ønsker at bidrage til en bæredygtig fremtid, har vi brug for konkurrencedygtige alternativer og nye muligheder for byggeri og design.

Non-woven-teknologien åbner op for muligheden for at fremstille bæredygtige byggematerialer direkte af affaldsmaterialer og naturlige fibre, som fx hamp, hør, træ, bomuld, tørvemos, hørfrø og genbrugspapir, tekstil, mineraluld, glas, tæpper, dæk, tang osv. Ved at omdanne disse materialer til nye byggematerialer kan man mindske det enorme ressourcespild på tværs af flere sektorer, herunder i byggesektoren.

"Non-woven" teknologien har den fordel, at den omdanner affaldsmateriale på fiberniveau med meget lidt materialeforringelse til følge. I modsætning til genbrug af hele bygningselementer (f.eks. plader, mursten og rammer), kan fiberbaserede materialer genbruges og redesignes mere fleksibelt og dermed hjælpe med at øge materialecirkulation i byggesektoren.

Materialet, der bruges i dette projekt, er primært sukkerrørsbaseret på grund af dets lovende strukturelle egenskaber og for at hjælpe med at løse en miljømæssig og social udfordring i Peru. Teknologien er dog klar og testet med forskellige materialer, hvilket giver mulighed for lokale indkøb. Lokalt indkøbte materialer kunne i en dansk kontekst for eksempel være tang, træ, afgrøderester eller papir.

Fra affald til byggemateriale

Byggesektoren bidrager med næsten 40% af den samlede CO2-udledning. Inden for byggesektoren er der derfor et stort behov for at omdanne materiale, der ellers betragtes som affald, til produktive byggematerialer.

Dette innovationsprojekt udvikler en metode til at omdanne fiberbaseret restaffald til genavendeligt byggemateriale.

Konkret er der indtil videre arbejdet med restaffald fra peruvianske sukkerrør, som er et af Perus vigtigste landbrugsprodukter. Åben afbrænding af sukkerrørsrester er en stor udfordring i landet, både på grund af den betydelige CO2-udledning og de negative helbredseffekter for landbrugsarbejdere og folk i nærliggende landsbyer, når de bliver indhyllet i røg.

Ved at omdanne det fibrøse plantemateriale til materialer, der kan bruges fx i byggebranchen, vil der altså være en betydelig miljømæssig gevinst.

En teknologi der kan anvendes bredt og med lokal forankring

Ved at udforske potentialet i sukkerrørsfibre til byggematerialer ønsker vi at fremme brugen af regenerative byggematerialer og tilpasningsdygtige designs, samtidig med at vi primært bruger lokale materialer. Materialekonverteringsteknologien gør det nemlig muligt at bruge en bred vifte af fibre fra bioaffald, såsom kokosnød, majsskaller, bark osv. Det betyder, at lokale ressourcer kan bruges til lokalt byggeri og dermed yderligere nedbringe CO2-udledningen. At arbejde lokalt giver også mulighed for at teste og validere konstruktioner i virkelige scenarier, der tager højde for lokale forhold og kontekster, som klima, byggetradition og kultur.

Sådanne cases fra den virkelige verden kan give resultater i forhold til politikker, der driver tilpasning og udvikling af lovgivningsmæssige processer, som i øjeblikket kan hindre brugen af nye materialer til byggesektoren.

Digital fabrikation

Byggebranchen er blandt de mindst digitaliserede og har endnu ikke taget nye digitale teknologier til sig, som kræver investeringer på forhånd, selvom de langsigtede fordele er betydelige (McKinsey&Company 2016).

Arbejdsproduktiviteten i byggebranchen har været stabil eller faldende i de sidste 25 år. I mellemtiden er arbejdsproduktiviteten i den samlede økonomi steget med omkring 40%. Fremstillingsindustrien på verdensplan investerer i gennemsnit 6-8% af deres omsætning i forskning og udvikling (R&D). Størstedelen af arkitekter, entreprenører og leverandører af byggetjenester har enten et minimalt budget eller slet intet budget til forskning og udvikling. På grund af denne mangel på innovation er prisen blevet det vigtigste udvælgelsespunkt for kunderne. Men denne konkurrencesituation indebærer en risiko for at blive til et kapløb mod bunden. Ikke kun med høje omkostninger for kvaliteten af vores byggede miljø, men også for vores livskvalitet og vores mulighed for at bygge bæredygtigt.

Digital modellering og fabrikation er en design- og produktionsproces, der kombinerer computerstøttet design (CAD), såsom 2D-tegning og 3D-modellering, med computerstøttet fremstilling (CAM), såsom additiv og subtraktiv fremstilling. Additiv fremstilling er også kendt som 3D-printning, mens subtraktiv fremstilling kan kaldes bearbejdning.

Fremstillingsmetoden, der bruges til at fremstille modulerne til dette projekt, er baseret på CNC-teknologi. I dag har disse teknologier udviklet sig til et omfang, hvor de potentielt kan ændre byggebranchen. Potentielt betyder det, at det bliver muligt at etablere lokal produktion tæt på materialeressourcerne og bruge lokal ekspertise og arbejdskraft, samtidig med at omkostningerne og miljøpåvirkningerne fra transport over lange afstande reduceres radikalt.

Udforsk

KHR Architecture har været arkitektrådgiver for transformationen af en bevaringsværdig, nyklassicistisk retsbygning til et moderne kontorfællesskab. Nomad Workspace...

Øbro-Hallen er en smuk nyklassicistisk bygning fra 1930'erne, som KHR har gjort klar til fremtiden med stor respekt...

Østerport station er fredet og repræsenterer dermed noget af det ypperste af dansk bygningskultur. Stationen er tegnet af...