In het vorige nummer van LINEAR AKTUELL ging het artikel "Duurzaam bouwen met Cradle to Cradle" (kort: C2C) over de vraag hoe gebouwen en de gebruikte materialen van tevoren zo kunnen worden ontworpen dat ze volgens het C2C-concept recyclebaar zijn, zodat ze in het beste geval na hun gebruiksfase naadloos kunnen worden teruggebracht in de cyclus van herbruikbaarheid. In overeenstemming met het leidende principe om grondstoffen "op te slaan" voor toekomstig gebruik in de vorm van gebouwen of goederen en deze zo te bouwen dat de deconstructie van deze waardevolle materialen geen problemen oplevert. Op deze manier zouden gebouwen worden geïnterpreteerd als grondstofdepots voor toekomstige generaties. Om deze transformatie naar een circulaire economie mogelijk te maken, is er echter een overgangsfase nodig die de bouwsector voorbereidt op de uitdagingen van een circulaire economie en deze stap voor stap dichterbij brengt.
Urban mining is een principe dat precies deze kloof dicht, legt Dirk Hebel uit, architect en professor in design en duurzaam bouwen aan het KIT (Karlsruhe Institute of Technology). Volgens dit principe moeten bestaande "grondstofmijnen" worden gebruikt, bijvoorbeeld in de vorm van gebouwen. Deze "stedelijke mijnen" kunnen worden uitgeput om secundaire grondstoffen opnieuw te verwerken en te gebruiken voor nieuwe gebouwen. De term secundaire grondstof verwijst naar materialen die worden teruggewonnen uit gerecycled materiaal, zoals staal. Dit in tegenstelling tot primaire grondstoffen, die rechtstreeks van de bron worden gehaald, zoals zand of hout uit de bosbouw.
Om de bouw een stap dichter bij een echte circulaire economie te brengen, moet het ontwerpconcept van gebouwen rekening houden met het einde van de levensduur en moeten materialen op een recyclebare manier worden geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat de waardeketen behouden blijft. Op dit moment blijkt het concept van urban mining een uitdaging te zijn, omdat bestaande gebouwen en goederen niet ontworpen zijn om aan het einde van hun levensduur teruggebracht te worden in de recyclingkringloop. Het momenteel heersende rechtlijnige economische model dat "nemen, maken & verspillen" verkondigt, staat in schril contrast met het idee van recycling. Zo ontstaan onomkeerbare verbindingen door binding of vermenging in de materiaalstroom, die dus niet te scheiden zijn of alleen tegen hoge kosten kunnen worden gerecycled. Op deze basis is de extractie van grondstoffen uit de antropogene ruimte een energie- en tijdrovende onderneming.
Toch is het de moeite waard. De voorzitter van het Federaal Milieuagentschap, Maria Krautzberger, stelt dat de materiële activa in Duitsland ongeveer 50 miljard ton bedragen. En deze waarde stijgt elk jaar met 10 ton per inwoner. Grondstoffen zitten dus al vele jaren vast in gebouwen, infrastructuren, industriële structuren en duurzame consumptiegoederen en vaste activa. Deze vertegenwoordigen potentieel een enorm voordeel voor toekomstige generaties. Vooral voor een land als Duitsland, dat voornamelijk grondstoffen importeert vanwege een gebrek aan hulpbronnen, is het in aanmerking nemen van bestaande materialen een echte goudmijn met het oog op de schaarste van hulpbronnen.
Om duurzame toegang tot deze hulpbronnen te garanderen, is een nauwgezette catalogisering nodig van de materialen die in gebouwen worden gebruikt. Niet elk gebouw is immers even geschikt voor recyclinggerichte deconstructie.
Urban Mining Index - voorbeeld van het Korbach stadhuisproject
Dr. Anja Rosen van de Universiteit van Wuppertal ontwikkelde de Urban Mining Index (UMI) om het recyclingpotentieel van gebouwen te onderzoeken met behulp van kwantitatieve methoden en creëerde zo de basis voor een krachtig planningsinstrument voor het ontwerpen van urban mining. Zo kan de UMI worden gebruikt om na te gaan welke bouwmaterialen in hun staat geschikt zijn voor hergebruik of recycling in een latere levenscyclus en hoe hoog het aandeel circulaire bouwmaterialen is.
Deze methode is al toegepast op een proefproject. Het historische stadhuis in Korbach (afb. 2) wordt momenteel gerenoveerd en er wordt een nieuwe uitbreiding aan toegevoegd, die al in de afrondingsfase is. Het project werd gepland en gerealiseerd door het architectenbureau ARGE agn heimspiel-architekten, in opdracht van de stad Korbach (afb. 1). Anja Rosen ontwikkelde het urban mining concept en analyseerde en evalueerde het project met het UMI tijdens het voorontwerp. De oude uitbreiding, een betonnen gebouw uit de jaren 1970, werd gebruikt als een "grondstofmijn" door de gesloopte minerale bouwmaterialen te verwerken en terug te winnen voor de nieuwbouw met de hulp van regionale bedrijven. Het proces moest nauwkeurig worden gepland en berekend om een deconstructie met een schone scheiding van materialen te garanderen. De sloop werd dus zeer selectief uitgevoerd met de grootst mogelijke aandacht voor een schone scheiding van materialen. Met dit proces kon ongeveer tweederde van de gesloopte bouwmaterialen in verschillende kwaliteitsklassen worden teruggevoerd in de materiaalkringloop - van het opvullen van de oude funderingen tot het gebruik in constructiebeton en de gevel (afb. 3).
"Wij, als architecten en ingenieurs, bouwen vandaag met de hulpbronnen van toekomstige generaties. Om circulair bouwen te bevorderen, moeten we de circulariteitspercentages meten, evalueren en optimaliseren."
Dr. Anja Rosen - Initiatiefnemer van de Urban Mining Index
Onomkeerbare verlijming of vermenging van materialen werd in het project volledig vermeden. De gevel van het gebouw geeft inzicht in het gebruik van de gerecyclede materialen: het zichtbeton werd gemengd met teruggewonnen minerale materialen zoals gerecycled aggregaat en baksteenschilfers.
Tijdens de bouw werd er expliciet op gelet dat de bouwmaterialen op zo'n manier werden gecombineerd dat ze in de toekomst met dezelfde kwaliteit kunnen worden gewonnen en dus een voordeel vormen voor toekomstige generaties. Met zijn kubusvormige en gerecyclede materialen past het nieuwe gebouw op natuurlijke wijze in de stedelijke context en levert het zo een belangrijke bijdrage aan het behoud en de voortzetting van de lokale architectuurcultuur.
NEST - "Samen bouwen aan de toekomst"
In Zwitserland werd in 2016 het NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) geopend op het campusterrein van het Empa Materials Testing and Research Institute in Dübendorf. Sindsdien werken ongeveer 150 partners uit de onderzoeks- en industriesector nauw samen om innovaties op het gebied van duurzaam bouwen te stimuleren. Dankzij de praktische toepassing van nieuwe producten op echte projecten kan de marktintroductie worden versneld.
Bijzonder opmerkelijk is de modulaire structuur van het NEST-gebouw. De verschillende onderzoeksprojecten zijn ondergebracht in zogenaamde doosvormige "units". Na voltooiing van het project kunnen deze binnen de stabiele gebouwstructuur worden verplaatst of worden vervangen door nieuwe onderzoekseenheden. Dit maakt het gebouwconcept bijzonder flexibel en past zich aan het gebruik van de bewoners en onderzoeksgroepen aan. Met het modulaire NEST is een dynamisch herkenningspunt op de campus gecreëerd dat als voorbeeld dient voor de diverse projecten en veelzijdige innovaties van de onderzoeksfaciliteit (afb. 4).
In 2018 werd de onderzoekseenheid "Urban Mining and Recycling" (UMAR) opgenomen in NEST. De eenheid werd ontworpen door Werner Sobek, hoofd van het Instituut voor lichtgewicht ontwerp en constructie aan de Universiteit van Stuttgart, samen met Dirk Hebel en Felix Heisel, onderzoeksmedewerkers voor duurzaam bouwen aan het KIT Karlsruhe. De module werd geprefabriceerd in een werkplaats en vervolgens getransporteerd naar NEST, waar hij binnen één dag werd geplaatst met behulp van twee kranen (Fig. 5). UMAR toont opnieuw op indrukwekkende wijze aan dat recyclebare bouwmaterialen verenigbaar zijn met architecturale esthetiek. Het in de eenheid gebruikte hout werd zodanig geïnstalleerd dat de gestandaardiseerde chemische behandelingsprocessen achterwege konden blijven, zodat niets later hergebruik of natuurlijke compostering in de weg zou staan. Bovendien kregen koperen platen die ooit het dak van een hotel in Oostenrijk sierden een nieuwe bestemming als onderdeel van de gevel van de module. Daarnaast is het interieurontwerp van UMAR volledig opgebouwd rond de onderliggende premisse van de circulaire economie: de gebruikte materialen en de kamerinventaris zijn volledig herbruikbaar, recyclebaar of composteerbaar.
"De gebruikte materialen worden niet verbruikt en vervolgens weggegooid. In plaats daarvan worden ze voor een bepaalde tijd uit hun cyclus gehaald en er later weer in teruggebracht." - Dirk Hebel
De thermische isolatie in een van de slaapkamers van UMAR zou bijvoorbeeld verkregen kunnen worden door mycelia (schimmels). In dit proces worden biologische resten uit de landbouw (zoals resten van een maïsplant of houtsnippers) en de schimmeldraden (wortelstelsels) samen in een oplossing gemengd en vervolgens in een mal gegoten. Na een paar dagen groeien wordt de mat verhit tot een hoge temperatuur en sterft het organisme. Wat overblijft is een volledig functionele mat die in de muur kan worden geïnstalleerd. Afhankelijk van de samenstelling van de ingrediënten worden ook de eigenschappen van de mat veranderd en kan deze worden aangepast aan het bouwdoel (Fig. 6).
De voorgaande voorbeelden tonen aan dat de verwerking van secundaire grondstoffen een duurzaam integraal economisch concept is. Met het oog op de stijgende bevolkingscijfers in steden en de daarmee gepaard gaande grote vraag naar huisvesting, zal urban mining een belangrijke stimulans zijn voor het behoud van materialen die al lokaal beschikbaar zijn en de basis vormen voor een duurzaam beheer van materiaalstromen.
"De voortdurende groei van de wereldbevolking en de slinkende grondstoffen vereisen dringend een mentaliteitsverandering in de bouwsector. In de toekomst zullen we met veel minder materialen moeten bouwen voor veel meer mensen."
- Werner Sobek
Volgens het Federaal Milieuagentschap zijn de technieken en mogelijkheden om materialen te betrekken uit secundaire bronnen nog lang niet uitgeput. Daarom zijn er ook hier mogelijkheden om concepten te ontwikkelen die een kringloopeconomie bevorderen door het gebruik van interdisciplinaire en systematische benaderingen. De kennis die is opgedaan bij de uitvoering van projecten op basis van urban mining design is dus van onschatbare waarde voor een circulaire economie in de bouw. Daarnaast helpt het principe om het begrip van de waarde van alle secundaire materialen te vergroten en zo het bewustzijn van circulaire economie modellen te verhogen.
In het algemeen zal er een paradigmaverschuiving nodig zijn. En niet alleen in de economie, maar ook in onze cultuur. Op de lange termijn kan dit de basis leggen om ontwerpers en bouwplanners voldoende stimulans te geven om ook het einde van productcycli in hun concepten op te nemen.