Zweite Stufe des DBU geförderten Begleit-Forschungsvorhaben zur Umsetzung von Tragwerken aus gebrauchtem Holz und beton- und stahlarmen Gründungen im Neubau des Museumspavillon TULIUM der TU Berlin. Der Fokus liegt auf der Detaillierung und Umsetzung.

Zur Erreichung des Ziels eines klimaneutralen und ressourceneffizienten Bausektors bis 2050 ist eine schnelle, branchenweite Transformation hin zu einer Kreislaufbauwirtschaft erforderlich. Für die notwendige, massive Reduktion der Inanspruchnahme stofflicher Ressourcen im Planen und Bauen nimmt die Wiederverwendung von Baustoffen eine Schlüsselrolle ein. Dafür braucht es neben technischen Innovationen auch Anpassungen auf prozessualer Ebene: Herkömmliche Prozesse von der Forschung über die Entwicklung bis zur Umsetzung sind an vielen Stellen nicht mehr praktikabel, um die notwendige Geschwindigkeit der Transformation zu erreichen. In den vergangenen Jahren haben sich Reallabore als Inkubatoren für eine nachhaltigkeitsorientierte Forschung, Entwicklung, Anwendung und Bewertung experimenteller Ansätze etabliert.

Das Forschungsvorhaben knüpft an die Stufe 1, die sich mit der Entwicklung kreislaufgerechter Tragsysteme beschäftigt, an und führt diese fort. Dabei werden die Erfahrungen aus der eigenen Forschung zu innovativen Tragkonstruktionen sowie aus dem Planungsprozess des Realisierungsprojekts genutzt. Diese zweite Stufe des Forschungsvorhabens begleitet die Planung und Ausführung des Realprojektes den Leistungsphasen 3-8.

Die zentrale Forschungsfrage ist, ob bzw. zu welchen Bedingungen die entwickelten kreislaufgerechten Konzepte für Tragkonstruktionen aus wiederverwendeten Materialien im Bauvorhaben realisiert werden können und ob eine Übertragbarkeit der Ansätze zur breiten Verankerung im Bausektor möglich ist. Das Reallabor für das Planen und Bauen in den planetaren Grenzen formuliert ein zukunftsweisendes Konzept für einfaches, schadstofffreies Bauen aus wiederverwendeten Materialien, das Abfall fast gänzlich vermeidet.

Das Forschungsvorhaben ist in das Realisierungsprojekt GRW-Projekt „Pavillon und Wissenspfade“ der Technischen Universität Berlin eingebunden mit dem Ziel, die wissenschaftlichen Ergebnisse der ersten und zweiten Stufe in den Planungs- und Bauprozess einfließen zu lassen und eine direkte Umsetzung zu ermöglichen.

Hintergrund:

Der Bausektor ist einer der ressourcenintensivsten in Deutschland. Für Bauaktivitäten werden jährlich knapp 517 Mio. Tonnen mineralische Rohstoffe eingesetzt. Gleichzeitig entstehen 55% des nationalen Abfallaufkommens im Bausektor – 2018 fielen ca. 228 Mio. Tonnen Bau- und Abbruchabfälle an. Zusätzlich hat der globale Abbau von nicht-erneuerbaren, abiotischen Rohstoffen, insbesondere der Industrie- und Baumineralien seit den 1970er Jahren um 376% zugenommen.

Angesichts dieser Zahlen, der Erschöpfung natürlicher Ressourcen, begrenzter Deponieräume und der Dringlichkeit, dem Klimawandel entgegenzuwirken, wird die Notwendigkeit eines grundlegenden Umdenkens in Bezug auf den Umgang mit Rohstoffen und Abfällen in unserer Gesellschaft verdeutlicht. Der Bausektor steht vor der dringenden Aufgabe, sein bisheriges lineares Wirtschaftsmodell zu überwinden und stattdessen auf eine zirkuläre Bauweise zusetzen.

Auch wenn einige Abfallgruppen teilweise weiterverwertet werden, erfolgt dies weitestgehend in Form einer Nutzungskaskade mit abnehmender Wertschöpfung. Darüber hinaus findet die Wiederverwendung von Ressourcen im Bausektor auf Grund der aktuellen Rechtslage nur in begrenzten Stoffgruppen und Gebäudekomponenten statt, wie beispielsweise dem Innenausbau, Fassaden, Mobiliar. Diese machen nur einen geringen Anteil der in der gebauten Umwelt gebundenen Ressourcen aus.

Auf gesamtgesellschaftlicher Ebene besteht die Herausforderung, innovative Ansätze im Bauwesen zu etablieren und breit anzuwenden. Oft scheitert dieses Vorhaben an fehlenden Experimentierfeldern, um abseits der gängigen Standards alternative Wege zu beschreiten. Das Forschungs- und Bauvorhaben TU-Pavillon als Reallabor für das Planen und Bauen in den planetaren Grenzen setzt hier an und ermöglicht einen Wissenstransfer aus der Forschung in die Praxis, der nicht nur fehlende Grundlagen für das Planen und Bauen mit wiederverwendeten Materialien in Planungs- und Bauprozesse generiert, sondern gleichzeitig einen methodischen Rahmen für die eine experimentelle Baupraxis bildet. Die Kooperation und enge Verschneidung der wissenschaftlichen Forschung und dem Realisierungsprojekt „Pavillon und Wissenspfade“ bildet die Grundlage. Ziele des Vorhabens sind kreislaufgerechte Innovationen prototypisch zu entwickeln, die Umsetzung im Bauvorhaben und die Ableitung alternativer Standards für eine breite Anwendung der Ansätze im Bausektor.

Zur Bearbeitung der Forschungsaufgaben ist das Vorhaben in folgende Themenfelder gliedert:

1. Kreislaufgerechte Altholznutzung & Gewinnung

Das Forschungsgebiet verfolgt das Ziel der Weiterentwicklung der Abläufe zur Beurteilung der Wiederverwendbarkeit von Altholz sowie eines standardisierten Verfahrens zur Anwendung im Bauprozess des Museums-Pavillons und Übertrag in die Baupraxis.

Ein Fokus im Rahmen des Forschungsprojekts liegt auf der Wieder- und Weiterverwendung von Altholz, welches zu über 80% in einer abschließenden energetischen Verwertung (Verbrennung) endet und zu ca. 20% als Spanplatten stofflich verwertet wird. Die damit einhergehende stoffliche Zerstörung der wertvollen Ressource und die Freisetzung des gespeicherten CO2 nach der ersten Verwendung – wie in der Praxis üblich – ist inakzeptabel.

Es wird ein Konzept für die großflächige Wiederverwendung von Altholz und Brettschichtholzbindern aus gebrauchtem Holz in tragender und nichttragender Funktion erarbeitet und anhand von mechanischen Prüfverfahren validiert. Ziel ist die Vermeidung des massiven Downcyclings bzw. der Zerstörung valider Baustoffe, wie sie gegenwärtig durchgeführt wird.

Die in der ersten Forschungsstufe und anschließend von den Fachplaner*innen weiterentwickelten Verbindungen im Fachwerkträger werden an 1:1 Ausschnitten in mechanischen Prüfverfahren auf die Gebrauchstauglichkeit hin untersucht.

2. Forschungsgebiet beton- und stahlarme Gründung

Der Pavillon soll auch im Bereich der Gründung mit einem möglichst geringen Umweltfußabdruck realisiert und der Bereich der neu versiegelten Fläche minimiert werden. Dafür entwickelt, erprobt und prüft die projektbegleitende Forschung innovative Ansätze für eine beton- und stahlarme Gründung mit minimaler Flächenversiegelung. So soll das Erdgeschoss aufgeständert über dem Erdreich ausgeführt werden. Weiterhin leiten recyclierte Stahlträger die Lasten aus dem Hochbau in punktuelle Fundamente ein, die mithilfe von Bruchsteinen hergestellt werden, die von einem außen liegenden Korb gehalten werden. Somit wird eine ressourcenarme Gründung entwickelt, die aufgewendete Ressourcen möglichst lange in Nutzungszyklen hält und bei der Baustellen- und Abbruchabfälle signifikant reduziert werden.

3. Forschungsgebiet Kreislaufgerechte Planung und Realisierung, Bewertung

Für die langfristige Transformation des Bausektors hin zu einer Kreislaufbauwirtschaft braucht es Sprunginnovationen auf allen Ebenen, wegweisende Pilotprojekte und vor allem neue Akteurskonstellationen zur beschleunigten Umsetzung von zukunftsweisenden Ansätzen. Durch ein klimaangepasstes Design, die Entwicklung zirkulärer Bausysteme unter Einsatz nachwachsender & wiederverwendeter Materialien sowie ein innovatives Low-Tech-Konzept entsteht ein zirkuläres, klima- und ressourcenpositives Gebäudeprinzip.

Aufbauend auf Stufe 1 wird eine Untersuchung der entwickelten Maßnahmen im Reallabor unter Nachhaltigkeitsaspekten durchgeführt. Die Entwicklung eines Konzepts zur mehrdimensionalen Bewertung und Beurteilung unter Einbezug der Umweltauswirkungen, des Ressourcenverbrauchs, der Zirkularität, des Zeit- und Kostenaufwandes sowie der baupraktischen Umsetzung sind Teil der Forschungsaufgabe in diesem Bereich.