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Baustoffe für die Welt von morgen

Haus der Zukunft (IV)

Extremer Wohnungsmangel, immer weiter steigende Baukosten, Ressourcenengpässe, zunehmende Anforderungen an Umweltschutz sowie hohe Ansprüche an eine gesunde Wohnumgebung beherrschen die aktuellen Bautrends. Für Häuser und Wohnungen der Zukunft braucht es neue Möglichkeiten, um die Herausforderung in der Welt von morgen zu lösen. Dabei spielen Baustoffe eine bedeutende Rolle. Wir zeigen Ihnen interessante Beispiele.

Kupferballen aus dem Recycling-Werk.

Kupfer wird schon länger recycelt. Zunehmend treiben Kostenbewusstsein und der Wunsch nach Schonung wertvoller Ressourcen die Entwicklung für die Wiederverwendung kostbarer Baustoffe weiter voran.

 

Warum braucht es neue Baustoffe?

Wenn es um die Einhaltung von Klimazielen geht, spricht man vor allem über Fliegen, Plastikmüll, Fleischkonsum, Kohlekraftwerke oder Autofahren. Doch dabei gehören Bauen und Wohnen zu den größten Klimasündern: Hier entstehen rund 40 Prozent der Treibhausgase in Deutschland, ob durch den Betrieb, wie Heizen, Warmwasser, Strom und Klimaanlagen, ob beim Bau, der Herstellung von (herkömmlichen) Baumaterialien oder durch den Abriss von Gebäuden.

Außerdem verbraucht die Baubranche extreme Mengen an Ressourcen, recycelt aber nur wenig. Stahl, Ziegel und Beton – das sind die wesentlichen Baumaterialien im deutschen Baugewerbe. Doch sie sind nicht erneuerbar, werden immer knapper und verbrauchen viel Energie. Allein in Deutschland werden jedes Jahr mehr als 500 Millionen Tonnen mineralische Rohstoffe verbaut, darunter Kalk, Gipsstein, Kies und Sand. Gleichzeitig entstehen mehr als 200 Millionen Tonnen Bauabfälle, sowohl beim Bau als auch beim Abriss. Sie machen mehr als die Hälfte des deutschen Müllaufkommens aus.

Was tun? Weniger bauen ist angesichts des Wohnraummangels in Städten keine Option. Vielmehr sollen die Häuser der Zukunft smarte Technologien und intelligente Wohnraumlösungen bieten, nachhaltig sein, klimaneutral und umweltschonend. Das hat auch Ursula von der Leyen, Präsidentin der Europäischen Kommission, in einer Grundsatzrede gefordert: „Unsere Gebäude müssen weniger verschwenderisch, weniger teuer und nachhaltiger werden.“ Sie fordert, den Wandel in der Baubranche als europäisches und vor allem auch als kulturelles Projekt anzunehmen und spricht in der Rede auch von einem „neuen europäischen Bauhaus“.

Schon heute suchen Wissenschaftler, Architekten und Technologen nach Wegen, um Bauprojekte effizienter und kostengünstiger umzusetzen. Wesentlich zur Lösung der Herausforderungen können innovative Baumaterialien beitragen.

 

Was müssen neue Baustoffe leisten?

Die Bauwirtschaft benötigt innovative Baustoffe und nachhaltige Konzepte, um die komplexen ökologischen und ökonomischen Anforderungen des 21. Jahrhunderts zu bewältigen. Sie werden die Zukunft des Bauens und unsere Häuser von morgen prägen. Forschung und Entwicklung arbeiten aufgrund der Dringlichkeit an neuen und der Weiterentwicklung bewährter Baustoffe. Leistungsfähig, langlebig, klimafreundlich und risikofrei müssen sie sein. Ziel sind die Steigerung von Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit. Neue Materialien werden die Architektur unserer Häuser revolutionieren und den Städten neue Gesichter geben.

Und nicht nur das: Auch der Ruf nach Baustoffen, die aus Recyclingwerkstoffen bestehen oder vollständig wiederverwertbar sind, die eine höherwertige Nachnutzung, ein Upcycling, erlauben, wird immer lauter. Dazu müssen alle eingesetzten Bauprodukte ökologisch unbedenklich, sortenrein trennbar und kreislauffähig sein. Bauschutt im heutigen Sinne wird es dann im Idealfall nicht mehr geben, sondern nur noch nutzbare Rohstoffe.

 

Gibt es auch Nachteile?

Bauen kostet viel Geld und wird aktuell auch immer teurer. Häufig wird daher auf günstige(re) Materialien zurückgegriffen. Doch Baumaterialien, die im Einkauf günstig sind, wirken sich jedoch oftmals nachteilig auf die Umwelt aus. Das zeigt das Beispiel Wärmedämmverbundsysteme. Durch die Dämmung lassen sich Heizkosten einsparen und damit auch Emissionen, also der CO2-Ausstoß von Gebäuden, verringern. Für eine kostengünstige Umsetzung wird als Dämmmaterial jedoch häufig Styropor genutzt, das sich auf vielfältige Weise nachteilig auf Umwelt und Gesundheit auswirkt

Außerdem sind innovative Baustoffe im Vergleich oft (noch) teurer. Erst wenn ein Haus länger genutzt wird, rechnet sich die Investition. Heute erwarten Investoren aber von Gebäuden eine schnelle Rendite. Hat man früher eine Immobilie über 30 Jahre betrachtet, soll sie heute schon nach sieben bis zehn Jahren sich amortisieren.

Doch zunehmend treiben das Bewusstsein für den Schutz unserer Umwelt und die Schonung wertvoller Ressourcen die Entwicklung smarter Baumaterialien für das Wohnen von morgen voran.

 

Baustoffe für Häuser der Zukunft

Die Nachfrage nach zukunftstragenden, nachhaltigen Baustoffen nimmt deutlich an Fahrt auf. Neue Materialien rücken immer mehr in das öffentliche Bewusstsein, ungewöhnliche Ideen liefern frische Denkanstöße, wie man Gebäude besser und die energetische Effizienz zukünftiger Bauprojekte optimieren kann. Baustoffe, die heute vielleicht noch überraschen und nach Science-Fiction klingen, sind morgen vielleicht schon unverzichtbar. Aber auch traditionelle Materialien können – zukunftsweisend und innovativ aufbereitet – ein Comeback erleben. Wir stellen einige vielversprechende Innovationen und neue Trends für Häuser der Zukunft und Wohnen von morgen vor.

 

Super-Material: Ultraleicht und zehnmal härter als Stahl

Unter dem Namen „Super-Material“ haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) einen ganz neuen Baustoff entwickelt, der leichter als Plastik ist und dabei zehnmal härter als Stahl. Das Material besteht aus einer Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome, sogenannten Graphen-Flocken, die zu einem großen Netzwerk zusammengequetscht und -gedrückt werden. Das Material hat eine fluffige Struktur, das wie ein korallenartiges Gebilde anmutet. Es hat eine niedrige Dichte, ist leicht und zeigt dennoch eine außergewöhnliche Härte.

Das „Super-Material“ könnte in Zukunft beispielsweise für den Brückenbau, aber eben auch beim Bau von Gebäuden eingesetzt werden. Es ist ultrahart, korrosionsfrei, leichtgewichtig und dazu extrem hitzebeständig. Katastrophen wie der Einsturz des World Trade Centers, bei dem die Stahlträger aufgrund der großen Kerosinbrandhitze in sich zusammenfielen, wären bei Einsatz des Super-Materials nicht passiert. Doch noch ist das vermeintliche Super-Material, dessen Modelle aus dem 3-D-Drucker stammen, im Test. Dazu fehlen noch Wege für eine kostengünstigere Herstellung. Gelingt dies, könnte das Super-Material die Baubranche revolutionieren.

 

Beton neu gedacht

Die ersten Anwendungen von Beton und betonähnlichen Baustoffen reichen viele Tausend Jahre zurück. Generationen von Bauwerken auf der ganzen Welt und unterschiedlicher Kulturen sind mit Beton gebaut. Kein anderer Werkstoff wird heute auf Baustellen so häufig verwendet wie klassischer Stahlbeton.

Doch Beton gilt heute als besonders klimaschädlich. Zum einen wird hierfür Kies oder Sand benötigt – eine Ressource, die immer knapper wird. Außerdem enthält Beton als Bindemittel Zement, dessen Herstellung in Deutschland rund zwei Prozent der gesamten Treibhausgase verursacht, weltweit sind es sogar acht Prozent. Der Grund: Um Zement zu gewinnen, ist ein hoher Energieeinsatz erforderlich.

Doch es gibt mittlerweile innovative, belastbarere und nachhaltigere Betonalternativen:

Dichter und tragfähiger: Carbon- oder Textilbeton

Ein Beispiel, wie man Beton einsparen kann, erforscht die Technische Universität Dresden im Projekt C³ – Carbon Concrete Composite. Ihre Idee: Carbonbeton, aufgrund seines Fasergewebes häufig auch Textilbeton genannt. Hierbei ersetzt ein Gewebe aus Carbon oder Glasfasern die schweren Stahlmatten im Beton. Dennoch verfügt es über mehr Festigkeit und ist dazu langlebiger und leichter als herkömmlicher Beton. Die wesentlichen Vorteile von Carbonbeton sind:

  • Die Tragfähigkeit ist um fünf- bis sechsmalhöher als bei Stahlbeton.
  • Carbonbeton ist viermal leichter als Stahlbeton, die Lebensdauer ist deutlich höher.
  • Carbon rostet nicht und braucht daher keine dicken Betonschichten um das Gewebe.
  • Für die Herstellung wird weniger Material wie z. B. Sand benötigt und die mit der Herstellung verbundenen CO2-Emissionen sind deutlich niedriger als bei herkömmlichem Beton.
  • Carbonbeton kann aus jedem Stoff produziert werden, der Kohlenstoff enthält. Ziel der Forschung ist es, Carbonfasern durch umweltfreundliche Naturfasern zu ersetzen wie z. B. aus Lignin, einem Abfallprodukt, das bei der Holzherstellung entsteht, oder aus Algen, die mehr CO2 speichern als freisetzen.

Selbstreparierender Beton

Der „heutige“ Beton bekommt schnell Risse. Treten erst einmal Wasser oder chemische Substanzen ein, sind hohe Instandhaltungsaufwendungen notwendig … Beispiel Autobahnen oder Brücken. Dem Mikrobiologen Henk Jonkers von der niederländischen Universität Delft ist es gelungen, Beton mit speziellen Bakterien anzureichern, die – sobald sie mit Wasser in Kontakt kommen – selbstständig mit der Reparatur von feinen Rissen im Beton beginnen. Dieser selbstreparierende Beton würde zwar nicht weniger CO2-Emissionen verursachen, wäre aber deutlich langlebiger als das bisherige Material. Schätzungen gehen von einer Lebensdauer von 200 Jahren aus. Das macht den Beton dann wiederum doch kosten- und vor allem umweltschonend. In diesem Video erklärt Jonkers die Funktionsweise des von ihm entwickelten selbstreparierenden Betons.

Innovativer Baustoff: Holzbeton

Häuser aus Holz zu bauen war Jahrtausende lang der Standard – bis Beton erfunden wurde. Doch das kann sich mit dem neuartigen, tragfähigen Hybrid-Baustoff „Holzbeton“ ändern. Holzbeton ist ein aus Sägespänen und Zement bestehender Werkstoff zur Herstellung von Mauersteinen und Formteilen für das Bauwesen. Zwar ist das Konzept nicht neu, denn zementgebundene Holzprodukte gibt es schon länger, jedoch eher zur Dämmung als für tragende Zwecke. Dank seiner Weiterentwicklung kann der neuartige Holzbeton hingegen nun auch für tragende Bauteile wie Innen- und Außenwände genutzt werden. Auf lange Sicht könnte er sogar den herkömmlichen Beton ersetzen. Mehr zu den Vorteilen und Einsatzmöglichkeiten von Holzbeton lesen Sie hier.

Recycling-Beton

Wie der Name schon sagt, wird hierfür bereits verbauter Beton wieder zerkleinert. Das ist insofern ressourcenschonender, als kein neuer Sand oder Kies verwendet wird, und weil der Abriss nicht auf der Deponie landet. An der CO2-Bilanz selbst ändert das aber nur wenig: Denn um aus dem recycelten Material neuen Beton zu mischen, braucht es wieder das Bindemittel Zement.

Alternative Baustoffe

Ökologisch bauen mit nachhaltigen Materialen ist einer der Mega-Bautrends für Häuser der Zukunft. Neben Klimaschutz, Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit steht hier auch das Thema Gesundheit im Fokus. In unserem Ratgeber Bautrend Green Construction - ökologisch Bauen mit nachhaltigen Baustoffen“ sind wir bereits auf die Baustoffe Holz, Stroh, Lehm und Bambus eingegangen. Ein paar weitere interessante Beispiel wollen wir im Folgenden anfügen:

Bauen mit Hanf

Ursprünglich und ökologisch wertvoll, da Hanf ein schnell nachwachsender Rohstoff ist.

Neben Holz hat auch Hanf das Zeug, ein Baustoff für Häuser der Zukunft zu werden. Als eines der ältesten Nutzpflanzen der Erde wird heute in Europa immer mehr Nutzhanf angebaut, unter anderem für Lebensmittel, Kosmetika oder Textilien. Die Schäben und Fasern des Hanfs werden jedoch meist nicht verwendet. Dieser „Rest-Hanf“ wird zusammen mit Kalk in einem Kaltluftverfahren zu einem Ziegel gepresst. Durch Carbonisierung (Versteinerung) wird das Material langsam zu Stein, der über viele Generationen hinweg genutzt werden kann. Dieser Hanfstein verfügt über hervorragende thermische Eigenschaften, sorgt für ein gesundes Wohnklima und macht darüber hinaus eine zusätzliche Dämmung überflüssig. Übrigens: Die Hanfpflanze wächst ca. 50-mal schneller als Holz, auf einem Hektar Hanf wächst in nur 5 Monaten Biomasse für ein kleines Einfamilienhaus.

Seegras: Dämmstoff aus dem Meer

Abgestorbenes Seegras, das nicht verrottet, findet man an den Stränden der Ostsee und des Mittelmeeres. Häufig werden die etwa 2 bis 10 cm großen, filzartigen Bälle auch als Neptunkugeln bezeichnet. Dieses natürliche Material eignet sich sehr gut als Dämmstoff im Dach, in den Zwischenwänden sowie bei der Fassadensanierung als Außendämmung. Dank seiner natürlichen Zusammensetzung ist Seegras resistent gegen Fäulnis, Pilze und Schädlinge. Der hohe Silikat- und der natürliche Salzgehalt verleihen dem Material ohne chemische Zusätze die Brandschutzklasse B2. Mehr Infos über den Einsatz von Seegras für die Hausdämmung lesen Sie hier.

Popcorn statt Styropor

Die Experten sprechen von expandierten Maiskörnern, der Kinobesucher genießt es als Popcorn. Und das brachte auch Prof. Dr. Alireza Kharazipour, Biotechnologe an der Universität Göttingen, bei einem Kinobesuch auf die Idee. Er erforscht seit einigen Jahren mit seinem Team das Potenzial der leckeren Maiskörner als Baustoff. Zunächst haben sie Verbundplatten aus Maisgranulat und Holzspänen entwickelt. Im Folgeprojekt entstanden Bauplatten komplett aus gepufftem Mais, also Popcorn. Sie sind noch leichter und haben die gleichen mechanischen Eigenschaften wie Span-, Styropor oder Ytongplatten. Die Dämmplatten aus Popcorn sind dazu schalldämmend und sorgen dank ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit für stabile Temperaturen im Haus. Weitere Einsatzmöglichkeiten sehen die Wissenschaftler in vielen klassischen Bereichen der Leichtbaukonstruktion, besonders im Möbelbau, aber auch im Automobil-, Schiff- und Messebau.

Pilz als Isolator

Ecovative Design LLC, ein Materialunternehmen mit Sitz in New York, hat eine weitere nachhaltige Alternative zu Kunststoffen und Styropor, unter anderem für Baustoffe und andere Anwendungen, entdeckt. Ein Pilz besteht zum größten Teil aus dem sogenannten Myzel, das sind fadenförmige Zellen, die durch ihr verzweigendes Geflecht „bindende“ Eigenschaften haben. In Formen gelegt agglomeriert das Myzel beispielsweise landwirtschaftliche Abfälle innerhalb weniger Tage und bildet hochresistente Isolierblöcke, eine neuartige Klasse regenerativer Stoffe. Unter dem Namen Greensulate® vermarktet, vereint es viele Vorteile in einem Produkt: leicht, biologisch abbaubar, feuerfest, nicht allergen, gesund, wirtschaftlich und wiederverwertbar.

 

Stromproduzent Fenster

Nicht nur nachhaltige und CO2-neutrale Baustoffe machen die Häuser der Zukunft aus. Auch neue Techniken erhöhen die Wohnqualität, senken Kosten und verbessern den ökologischen Fußabdruck. Ein Beispiel sind Solarfenster, die konventionelle Fenster ersetzen, und Sonnenstrahlen in Strom umwandeln. Weiterer Vorteil von Solarfenstern ist neben der Energiegewinnung, dass sich die Räume hinter den Solarfenstern nicht durch die Sonnenstrahlen heizen. Das spart zusätzlich Energiekosten für ansonsten genutzte Klimaanlagen oder Kühlgeräte. Eine flexible Alternative sind Solarfolien für Fensterscheiben. Das sind hauchdünne und besonders flexible Solarmodule. Die Zellen befinden sich dabei auf einer Folie, die sich nahezu überall installieren lässt.

 

Recyceltes Aluminium

Ein weiterer innovativer Baustoff ist Aluminium mit einer sehr hohen Wiederverwertbarkeit. Ein Beispiel für eine nachhaltige Fassadenbebauung ist der 106 Meter hohe Senckenberg-Turm in Frankfurt, der aus 95 Prozent recyceltem Aluminium errichtet wurde. Kaum ein anderes Material hat eine Lebensdauer wie Aluminium. Es ist korrosionsbeständig und kann beliebig oft recycelt werden. So sind 75 Prozent allen jemals erzeugten Aluminiums immer noch im Einsatz und leistet auf diese Weise – im Zusammenspiel mit anderen zukunftsweisenden Technologien und nachhaltigen Materialien – einen wichtigen Beitrag zur Transformation des Bausektors.

 

Bauen mit Bauschutt

Baustoffe sind derzeit oft Mangelware, die Preise dafür hoch. Doch braucht man immer neue Werkstoffe, wo doch vieles bereits vorhanden ist? Urban Mining ist das Schlagwort. Es bezeichnet die Rückgewinnung von Rohstoffen durch die Aufarbeitung von Glas, Beton, Aluminium oder Kunststoff, Material, das in nicht mehr genutzten Gebäuden in Mengen vorhanden ist. Der urbane Raum wird damit zum Rohstofflager, das die sogenannten Sekundärrohstoffe bereits vor Ort bietet. Das vermeidet nicht nur Müll, sondern spart auch teuren Rohstoffkauf und deren Transporte. Die Stadt wird damit zur Baustoff-Ressource für Häuser der Zukunft.

 

Die hier dargestellte Auswahl von Baumaterialien für die Welt von morgen ist natürlich subjektiv und nur ein Ausschnitt einer großen Menge spannender Innovationen. Nachhaltige und zukunftsorientierte Baustoffe gibt es genug: Wir hätten auch über lichtdurchlässiges Holz, Memory Steel, Solarbeton, Textil als Zementersatz oder mit Algen angereicherte Wandpaneele schreiben können. Die Baustoffentwicklung ist dynamisch in Bewegung. Wer bauen, sanieren oder renovieren möchte, sollte in jedem Fall nach neuen Materialien und Möglichkeiten Ausschau halten, um Nachhaltigkeit, Komfort und Effizienz zu verbinden.

Als Fazit steht: Die Forschung innovativer Baustoffe ist in vollem Gange. Es bleibt spannend, welche Entwicklungen sich dauerhaft durchsetzen werden – und welche nicht.

 

Innovativer Versicherungsschutz für Häuser der Zukunft

Egal, aus und mit welchen Baustoffen ein Haus um-, an- oder neugebaut wird, es handelt sich um eine Baumaßnahme, die Gefahren birgt und für die Bauherren haften. Das sind die wichtigsten Versicherungen für den Bau:

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Alle Artikel der Serie "Haus der Zukunft"

Das Haus der Zukunft - Was prägt unser Wohnen in der Welt von morgen?  (I)

Häuser und Wohnungen in der Welt von morgen  - Haus der Zukunft (II)

Knapper Baugrund und Nachverdichtung – Haus der Zukunft (III)

Baustoffe für die Welt von morgen – Haus der Zukunft (IV)

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