Nachhaltige Stadtentwicklung: Herausforderungen und Lösungsansätze
Die zunehmende Urbanisierung erfordert innovative Ansätze für die Gestaltung städtischer Lebensräume. Dies betrifft sowohl die Integration von Grünflächen als auch die Entwicklung ressourcenschonender Verfahren in der Baubranche. Fraunhofer UMSICHT stellte auf der Messe BAU 2019 drei Projekte vor, die darauf abzielen, den urbanen Raum lebenswerter, effizienter und nachhaltiger zu gestalten.
Prognosen der Vereinten Nationen zufolge werden in etwa 30 Jahren fast 70 Prozent der Weltbevölkerung in Städten leben. Diese Entwicklung unterstreicht die Bedeutung der Integration grüner Flächen in das Stadtbild. Durch die Verbindung von Natur und Technik sowie die Entwicklung smarter Materialien können urbane Begrünungssysteme positive Effekte auf Menschen, Stadt- und Gebäudeklima haben. Gleichzeitig führt der wachsende Wohnungsbau zu einem hohen Verbrauch mineralischer Rohstoffe, allein in Deutschland jährlich rund 600 Millionen Tonnen. Um natürliche Rohstoffe zu schonen und ein nachhaltiges Wachstum der Baubranche zu fördern, sind neue Recyclingkonzepte und alternative Rohstoffquellen erforderlich.
Substratsystem für vertikales Mooswachstum
Das Projekt „VerticalGreenMoss“ befasst sich mit der Entwicklung eines Substratsystems für den flächendeckenden, kontrollierten und zeitoptimierten Moosbewuchs an vertikalen Flächen. Obwohl Moose in natürlichen Ökosystemen häufig vertikal wachsen, ist eine langfristig erfolgreiche technische Kultivierung bisher nicht gelungen. Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „GO-Bio“ widmet sich „VerticalGreenMoss“ dieser Herausforderung.
Im Projekt werden relevante Parameter für vertikales Mooswachstum in der Natur ermittelt und Daten natürlicher Substrate und Standorte analysiert. Abformungen natürlicher Oberflächen und die Untersuchung ihrer Topologie bilden die Grundlage für die Strukturierung technisch hergestellter Substrate. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden geeignete Substratoberflächen entwickelt, mittels 3D-Druck umgesetzt und mit Moosfragmenten oder Sporen angeimpft. Zur Optimierung können die Oberflächen mit Wirksubstanzen ergänzt werden. Experimentelle Untersuchungen zur Mooskultivierung liefern Daten zum Besiedlungserfolg und zur Aufwuchsgeschwindigkeit.
Nachhaltiges Konzept für urbane Lebensmittelproduktion
Angesichts der zunehmenden Verdichtung urbaner Ballungszentren und der damit einhergehenden Reduzierung unbebauter Flächen entwickelt Fraunhofer UMSICHT unter der Dachmarke „inFARMING®“ Konzepte zur Integration der Agrarwirtschaft in Gebäude. Dies ermöglicht die Produktion von Nahrungsmitteln und Wirkstoffen in einem regionalen und ganzheitlichen Kontext. Das Gebäude oder Quartier dient dabei als Ressource, die Energie, Wasser und Nährstoffe für die agrarwirtschaftliche Nutzung bereitstellt.
Im institutseigenen Photonik-Labor werden innovative Materialien und Kultivierungssysteme, spezifische Lichtszenarien und neu entwickelte Kreislaufverfahren für Nährstoffe, Wasser und Energie erforscht und getestet. Diese sorgen für eine effektive Verknüpfung von Produktionssystemen und Gebäudeinfrastrukturen. Als Referenzprojekt wird der „ALTMARKTgarten“ in Oberhausen nach seiner Fertigstellung Anfang 2019 das „inFARMING®“-Konzept in einem gebäudeintegrierten Dachgewächshaus umsetzen. Dieses neue Bürogebäude, das in Zusammenarbeit mit der Stadt Oberhausen entsteht, ist in dieser Form in Deutschland einzigartig durch die Möglichkeit der Produktion nachhaltiger und regionaler Lebensmittel auf dem Dach. Mit den entwickelten Technologien von Fraunhofer UMSICHT können dort Wasserströme oder Abwärme aus dem Gebäude zur Versorgung der Pflanzen genutzt, Transportwege minimiert, Abfälle reduziert und Stoffkreisläufe effizient geschlossen werden.
Das Projekt „Altmarktgarten – Systemlösungen für Grün in der Stadt, Gestaltung und Bau eines gebäudeintegrierten Dachgewächshauses zur nachhaltigen Pflanzenproduktion und als Nukleus für städtebauliche Kultur- und Innovationsprozesse“ wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit im Rahmen des Bundesprogrammes „Nationale Projekte des Städtebaus“ gefördert.
Aus Bauschutt werden homogene Bauprodukte
Der städtische Wohnungsbau trägt maßgeblich zum Bauboom in Deutschland bei. Dabei werden überwiegend Primärrohstoffe wie Sand oder Kies eingesetzt, da lediglich fünf Prozent des anfallenden Bauschutts als hochwertiges Produkt für den Hochbau wiederverwertet werden. Der Großteil des Bauschutts findet Verwendung im Straßen- und Wegebau oder landet, je nach Schadstoffbelastung, auf Deponien. Damit ist er einer erneuten Wertschöpfung in zirkulären Geschäftsmodellen entzogen.
Das Fraunhofer-interne Projekt „BauCycle“ entwickelt eine ganzheitliche Recyclingstrategie für feinkörnigen Bauschutt. Ziel ist es, heterogenen Bauschutt wieder in homogene Bauprodukte überführen zu können. Dies soll den Einsatz von Primärrohstoffen reduzieren, ein nachhaltigeres Bauen ermöglichen und der Verknappung von Deponieraum sowie dem zunehmenden Flächenverbrauch entgegenwirken. Ein Forschungskonsortium aus vier Instituten arbeitet parallel an der Umsetzung einer dynamischen Marktplattform, die das Angebot von Recyclingfirmen mit dem Bedarf von Unternehmen verbindet, die Recyclingmaterial verarbeiten können.
Ziel ist es, die in Quantität und Qualität schwankenden und an unterschiedlichen Orten generierten Sekundärrohstoffe aus Abbruchmaßnahmen mit etablierten Produktionsprozessen der Baustoffindustrie zu verknüpfen. „BauCycle“ schafft damit neue Wertstoffe für den Bausektor und kombiniert die Geschäftsfelder Produktentwicklung, Sortiertechnologie und Vermarktung. Seit 2016 arbeiten Fraunhofer UMSICHT, Fraunhofer IBP, Fraunhofer IML und Fraunhofer IOSB gemeinsam an dieser Verwertungsstrategie, die in Teilen auch in anderen Branchen, wie dem Glasrecycling oder der Bergbauindustrie, Anwendung finden kann.