Bau auf! Kreislaufgerechte Architektur in der Lehre

Traditionell verwendete Ressourcen im Bauwesen wie Sande, Kiese, Erze, Kupfer oder Zink, werden durch einen nie dagewesenen Raubbau seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert nur noch wenige Jahre in der Erdkruste für Industrien mit vertretbaren Abbauaufwand zur Verfügung stehen. Das Forschungsprojekt desBundesministeriums für Wirtschaft und Technologie stellt bereits 2005 das dramatische Reserven-zu-Produktion-Verhältnis von Basismetallrohstoffen dar.1Allein durch einen Paradigmenwechsel im Umgang mit Ressourcen ist ein angemessener und humanitärer Lebensstandard für jeden Menschen unserer stetig wachsenden Erdbevölkerung realisierbar. Nur ein konsequent kreislaufbasiertes System garantiert, dass auch nachfolgende Generationen essentielle Ressourcen weiterhin und unendlich nutzen können. Die neuen digitalen Technologien bilden die zweite wichtige Säule für eine zukunftsfähige Bauindustrie. Firmen wie WASP drucken Häuser aus Strohlehm und sehen diese Technologie als Chance für weniger entwickelte Regionen der Welt ihre traditionellen Materialien aus der „altmodisch“- Ecke zu holen. So wird die Frage der Modernität nicht mehr am Material festgemacht, sondern an der Frage der Konstruktion undFertigung. Auch in westlichen Regionen nimmt die Frage der digitalen Fabrikation an Fahrt auf. DUS Architects hatbereits 2016 eine aus Biokunststoff gedruckte Fassade fertiggestellt.2 Barack Obama, ein prominenter Besucher der Baustelle, bezeichnete schon 2013 den 3D-Druck als die Technologie, welche die Art und Weise der Produktion in fast allen Industriezweigen revolutionieren wird.3Ein sich komplett neu entwickelndes Feld wird die Verwaltung der Daten zu den neu entstehenden Stoffströmen sein. Wir erleben eine Revolution des traditionellen Kadasterwesens, in dem vorhandene Materiallager mit den entsprechenden Materialdaten dokumentiert und verwaltet werden müssen. Architekten und Ingenieure müssen zukünftig für immer mehr Menschen mit weniger und besser eingesetztem Material kreislaufgerecht bauen. Wir, als Lehrende an der Fakultät Architektur des KIT Karlsruhe, haben die Aufgabe unsere Studierenden für die zentralen Themen der Bauindustrie zu sensibilisieren und für deren Anforderungen auszubilden. Auf den folgenden Seiten liegt der Fokus deshalb nach der Beschreibung der angeführten Problematik undmöglicher Lösungsansätze, auf dem Forschungsseminar „Bau auf!“ des Fachgebiets Nachhaltiges Bauen. Durch experimentelle Materialforschung in Verbindung mit dem 3D-Druck soll den Studierenden die noch neue Technologie in höherem Maße zugänglich gemacht werden. Dabei sehen wir uns in der Verantwortung eine materialgerechte Architektur auf Basis nachhaltiger Grundsätze bereits im Studium zu etablieren und entsprechend im Curriculum zu verankern

Pioneering Construction Materials through Prototypological Research

The article at hand follows the understanding that future cities cannot be built the same way as existing ones, inducing a radical paradigm shift in how we produce and use materials for the construction of our habitat in the 21st century. In search of a methodology for an integrated, holistic, and interdisciplinary development of such new materials and construction technologies, the chair of Sustainable Construction at KIT Karlsruhe proposes the concept of “prototypological” research. Coined through joining the terms “prototype” and “typology”, prototypology represents a full-scale application, that is an experiment and proof in itself to effectively and holistically discover all connected aspects and address unknowns of a specific question, yet at the same time is part of a bigger and systematic test series of such different typologies with similar characteristics, yet varying parameters. The second part of the article applies this method to the research on mycelium-bound building materials, and specifically to the four prototypologies MycoTree, UMAR, Rumah Tambah, and Futurium. The conclusion aims to place the results into the bigger research context, calling for a new type of architectural research

Towards Urban Mining—Estimating the Potential Environmental Benefits by Applying an Alternative Construction Practice. A Case Study from Switzerland

Modern cities emerged as the main accumulator for primary and waste materials. Recovery of both types from buildings after demolition/disassembly creates a secondary material stream that could relieve pressure from primary resources. Urban mining represents this circular approach, and its application depends on redefining current construction practice. Through the life cycle assessment (LCA) methodology and assuming primary resources as step zero of urban mining, this study estimates the impacts and benefits of conventional versus a circular construction practice applied to various buildings with different parameters and the country-level environmental potential savings that could be achieved through this switch in construction practice—using the increase of the residential building stock in Switzerland between 2012 and 2016 as a case study and key values from the experimental unit “Urban Mining and Recycling”, designed by Werner Sobek with Dirk E. Hebel and Felix Heisel and installed inside the NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) research building on the Empa campus in Switzerland. The results exhibit lower total impacts (at least 16% in each examined impact category) at building level and resulting benefits (i.e., 68–117 kt CO$_{2}$-Eq) at country level over five years, which can be further reduced/increased respectively by using existing or recycled components, instead of virgin materials

BAU AUF! Forschungsseminar zur Entwicklung von Bauprodukten mit dem keramischen 3D-Druck

Das Brennen von Ton ist untrennbar mit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation verbunden. Die Herstellung keramischer Gebrauchsgegenstände und Baumaterialien hat sich über zehntausende von Jahren immer wieder weiterentwickelt. Dennoch haben sich die wesentlichen Bestandteile des Materials sowie die Herstellungsmethoden in ihrem Wesen kaum verändert. Nachdem Keramik über eine lange Zeit hinweg meist für pragmatische Baulösungen eingesetzt wurde, erlangt es heute durch eine Reihe innovativer Technologien einen neuen Stellenwert innerhalb der Architektur. Diese Neuerungen sind in der Fertigungs-, Werkstoff- als auch in der Befestigungstechnik zu finden. Digitale Fabrikationen, computergesteuerte Brennöfen oder der Einsatz von Robotertechnik in der Konstruktion sorgen für andersartige Anwendungsfelder und auch Erscheinungsbilder. Statt Massenfertigung, sind nun individuelle Lösungen für einzelne Gebäude möglich. Diese jüngsten Entwicklungen ermöglichen es Architekten Material- und Funktionssysteme zu verknüpfen, die neben einer neuen Ästhetik auch in Konstruktion und Funktion weit über das standardisiert hergestellte Baumaterial hinausgehen. Das Seminar wird einige dieser Ansätze beleuchten. Dabei bieten generative Technologien auch bezüglich einer ressourceneffizienten Produktion hohe Potentiale. Denn der schichtweise additive Fertigungsprozess macht Material nur dort notwendig, wo es aufgrund der ästhetischen Kriterien und mechanischen Belastung auch benötigt wird. Das Thema Ressourceneinsparung und digitale Fabrikation von traditionellen Baumaterialien bietet hier ungeahnte Möglichkeiten. Das arch.lab ist eine Plattform für Forschung in der Lehre an der Fakultät Architektur. Es hat die Aufgabe, forschungsorientiertes Studieren und Lehren im Kontext der Studiengänge Architektur und der Kunstgeschichte zu entwickeln und zu fördern. Je Studienjahr vergibt das arch.lab bis zu sechs Förderungen an Seminarkonzepte der Fakultät, die für das neu eingeführte Modul „Forschungsfelder“ im Masterstudiengang Architektur entwickelt werden

Local Material, Local Design, Local Built

Eine Forschungs- und Entwurfsreise durch lokale Ressourcen Was heisst lokal? Was ist eine Ressource? Wo sind diese vorhanden? In welcher Form? In welchen Mengen? Wie werden diese abgebaut, produziert und weiterverarbeitet? Welche Anbieter gibt es? Sind die Materialien wirklich nachhaltig? Warum? Welche Kriterien gibt es? Sind diese sinnvoll? Welches Potential liegt bezüglich wiederverwendbarer und wiederverwertbarer Materialien vor? Das Seminar „Local Material, Local Design, Local Built – Eine Forschungs- und Entwurfsreise durch lokale Ressourcen“ beschäftigte sich in zwei aufeinander folgenden Semestern mit einer methodischen Beantwortung dieser Fragen und einer innovativen Darstellung der Materialien, Produkte und handwerklichen Prozesse vom Materialmuster bis zum Prototyp. Das arch.lab ist eine Plattform für Forschung in der Lehre an der Fakultät Architektur. Es hat die Aufgabe, forschungsorientiertes Studieren und Lehren im Kontext der Studiengänge Architektur und der Kunstgeschichte zu entwickeln und zu fördern. Je Studienjahr vergibt das arch.lab bis zu sechs Förderungen an Seminarkonzepte der Fakultät, die für das neu eingeführte Modul „Forschungsfelder“ im Masterstudiengang Architektur entwickelt werden

Effect of common foods as supplements for the mycelium growth of Ganoderma lucidum and Pleurotus ostreatus on solid substrates

The transition from a linear to a circular economy is urgently needed to mitigate environmental impacts and loss of biodiversity. Among the many potential solutions, the development of entirely natural-based materials derived from waste is promising. One such material is mycelium-bound composites obtained from the growth of fungi onto solid lignocellulosic substrates, which find applications such as insulating foams, textiles, packaging, etc. During growth, the fungus degrades and digests the substrate to create a web-like stiff network called mycelium. The development of the mycelium is influenced by several factors, including the substrate composition. As food waste accounts for nearly 44% of total municipal solid waste, incorporating food in the substrate composition could be a means to increase the nutrients absorbed by the fungus. In this paper, we study the effects of the addition of food supplements on the growth of two fungal species, Ganoderma lucidum and Pleurotus ostreatus. The substrates, the food supplements, and the mycelia are characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and optical microscopy. Our results show that addition of barley as a supplement significantly boosts the growth of G. lucidum and P. ostreatus. Using a common food as a nutritious enrichment for the development of mycelium is a simple and straightforward strategy to create waste-based mycelium-bound biocomposites for a large range of applications, on-site, therefore promoting a circular economy