Komplexe Sparsamkeit

Acht Prozent aller menschengemachten CO2-Emissionen sind auf die Betonproduktion zurückzuführen. Betrachten wir nur die Schweiz, liegt der Anteil gar bei neun. Diese schlechte Umweltbilanz hat, grob vereinfacht gesagt, zwei Gründe: Die Zementherstellung ist mit einem hohen Energieaufwand verbunden, und beim Brennvorgang werden zusätzlich grosse Mengen an geogenem CO2 freigesetzt. Weitere nachteilige Effekte kommen noch hinzu. Vor dem Hintergrund des unübersehbar gewordenen Klimawandels ist daher dringend geboten, die Menge des verbauten Betons erheblich zu senken. Wünschenswert wäre, möglichst oft andere Baustoffe auszuwählen (obgleich man auch hier mit Blick auf die ökologischen Risiken genauer hinsehen sollte), doch lohnt es sich darüber hinaus auch, Bauteile, die weiter aus Beton bestehen sollen, zu optimieren. Deswegen haben sich die Forscher*innen an den Lehrstühlen Digital Building Technologies (dbt) und Physical Chemistry of Building Materials der ETH Zürich um Ana Anton, Andrei Jipa, Professor Benjamin Dillenburger und Lex Reiter gefragt, wie bei Betonbauten Material in signifikanten Mengen eingespart werden kann.

Ergebnis ihrer Forschungsarbeit, die vom NFS Digitale Fabrikation unterstützt wurde, ist das Projekt «Fast Complexity». Mit Hilfe von Algorithmen, so glauben die Forscher*innen, liessen sich die Formen von Bauwerken so optimieren, dass weniger als die Hälfte der heute üblichen Betonmenge benötigt würde. Das Problem: Die aktuell eingesetzten Schalungen definieren die Formen der Bauteile vor und lassen nur wenig Spielraum für Anpassungen. Eine entscheidende Verringerung des Materialbedarfs ist so nicht möglich. Die Forscher*innen der ETHZ haben einen Prozess entwickelt, bei dem 3D-gedruckte und wiederverwendbare Schalungen in Kombination mit dem 3D-Druck von Beton zum Einsatz kommen. Hergestellt wurde schliesslich ein zwei Quadratmeter grosser Prototyp eines vorgespannten Deckenelements. Die Vorgehensweise erlaube, Bauteile mit einer Materialstärke von nur 20 Millimetern zu entwickeln, so die Forscher*innen. Dafür musste auch ein Verfahren entwickelt werden, um die Abbindegeschwindigkeit des Betons dynamisch zu verändern und digital zu steuern.

Nicht nur im Hinblick auf einen verantwortungsvolleren Umgang mit Ressourcen ist das neue Verfahren interessant, sondern auch wegen der entstehenden Formenwelten, die grosses gestalterisches Potenzial verheissen. Das Projekt ist Finalist der deutschen «3D Pioneers Challenge 2020». Ob der Sprung aufs Siegerpodest gelingt, entscheidet sich am 15. Juli 2020. Aufgrund der aktuellen Lage findet die Preisverleihung diesmal als digitaler Event statt.

Am 22. November 2019 ging eine grosse Tagung zur Digitalisierung der Schweizer Bauwirtschaft über die Bühne, die vom Bund Schweizer Architekten (BSA) und der Schweizerischen Zentralstelle für Baurationalisierung (CRB) organisiert wurde.