Als Architekt und Ingenieur kann man sich mit Entwürfen und Konstruktionen auseinandersetzen, die lediglich auf der visuellen Ebene visionär sind. Doch beantwortet man damit die Frage nach der Zukunft unserer gebauten Umwelt? Projiziert man nicht vielmehr Althergebrachtes auf vermeintlich visionäre Zukunftsbilder, ohne die eigentlichen Grundfragen unserer Zeit zu stellen? Warum kommt es Planern und Gestaltern bei dem Versuch, die gebaute Welt von morgen zu erahnen, nur selten in den Sinn, an ein Elendsquartier zu denken? Weil wir diese Perspektive nicht aushalten würden? Aber was ist dann die Perspektive?
Die Frage nach dem Bauen in der Zukunft ist die Frage nach der Zukunft selbst. Natürlich ist ein Vorausdenken immer mit dem Risiko des Irrens, des Scheiterns verbunden – aber ohne Risiko verharrt man immer auf gleichem Terrain. Wie es der Philosoph Hegel treffend zusammenfasste, ist die Angst vor dem Irrtum bereits der Irrtum selbst. Essenziell für das Skizzieren der gebauten Welt von morgen ist eine nüchterne Bestandsaufnahme globaler Trends von heute. Es geht darum herauszufinden, welche technischen und gesellschaftlichen Konstituenten dieser Zukunft sich heute bereits abzeichnen. Will man daraus Rückschlüsse auf die Aufgaben von Bauingenieuren ziehen, muss man zudem herausfinden, wer diese Zukunft konzipiert, ob sie überhaupt jemand konzipiert. Denn nur wenn diese Zukunft bewusst gestaltet wird, können wir nach unserer eigenen Rolle dabei Ausschau halten.
Baustoffressourcen
Wenn wir die Frage nach dem Bauen in der Zukunft nicht unter gestalterischen, sondern unter bauorganisatorischen Gesichtspunkten beleuchten, dann bekommen wir Einblicke in die bestimmenden technischen Konstituenten. Dabei ist eine beispielhafte Tatsache über die Welt von heute bezeichnend: Jeder deutsche Bürger besitzt heute im Schnitt 490 t Baustoffe. Diese Summe verteilt sich etwa hälftig in ca. 250 t an Infrastrukturbauwerken und ca. 240 t Anteile an Hochbauten. Hieraus leiten sich zwei essenzielle Fragen ab:
Die erste Frage bezieht sich auf die Gegenwart. Wie viel Material, wie viel Baustoff müssen wir bereitstellen, um allen jetzt lebenden Menschen den Baustandard der heutigen Industrieländer zu ermöglichen – denn aus welcher moralischen Position heraus wollten wir ihnen diesen Standard verweigern? Nehmen wir die gesicherten Zahlen von 2010, stellen wir fest, dass der durchschnittliche Materialbesitz pro Kopf der Weltbevölkerung 11 % dessen beträgt, was ein Bürger der Industrieländer besitzt – eine allseits bekannte Asymmetrie. Um also allen Erdenbürgern unserenen baulichen Standard bereitzustellen, müsste die Summe von 2 Billionen (!) t an Baustoffen bereitgestellt werden. Diese Summe entspricht dem 2,6-fachen dessen, was wir heute auf der Erde an gebauter Umwelt in toto vorfinden.
Die zweite Frage ist die nach dem zukünftigen Bedarf. Pro Sekunde werden ca. 4,4 Menschen geboren; gleichzeitig sterben ca. 1,8 Menschen, sodass die weltweite Bevölkerungszunahme ca. 2,6 Menschen beträgt – pro Sekunde. Dies bedeutet (bundesdeutschen Baustandard vorausgesetzt), dass pro Sekunde ca. 1300 t an Baustoffen extrahiert, verarbeitet und bereitgestellt werden müssten.
Der weltweite Bevölkerungszuwachs, als ein bestimmender gesellschaftlicher Faktor unserer Zukunft, lässt sich nur schwerlich schnell und deutlich verringern. Ein einfaches Beispiel verdeutlicht dies: Im Jahr 1950 lag die Geburtenrate in Indien bei 5,8 Kindern pro Frau, heute liegt sie bei 2,2. Dies ist ein großer gesellschaftspolitischer Erfolg. Von den heute in Indien lebenden 1,2 Milliarden Menschen sind jedoch 59 % jünger als 25 Jahre und die indische Bevölkerung wird auch trotz vorbildlicher Familienpolitik bis zum Jahr 2050, also innerhalb knapp einer Generation, um ca. 550 Millionen Menschen wachsen. Da die Verhältnisse in anderen Ländern wie Nigeria, den Philippinen oder Brasilien ähnlich sind, wird eine signifikante Reduktion des Bevölkerungszuwachses zumindest in der kommenden Generation nicht möglich sein.
Diese Erkenntnis muss mit einer technischen Voraussetzung zukünftigen Bauens in Korrelation gebracht werden, nämlich der Verfügbarkeit der Baustoffe. Würden wir jedem zukünftigen Bewohner Indiens einen bundesdeutschen Baustandard zuschreiben, wäre allein für eine Generation die Bereitstellung einer Baustoffmenge von ca. 300 Milliarden t an Holz, Beton und Steinen aller Art erforderlich. Weltweit betrachtet müssten wir die gesamte heute gebaute Welt innerhalb der kommenden 33 Jahre noch drei Mal bauen. Mit den aktuell verwendeten Methoden und Materialien geht dies sicher nicht, ohne unseren Planeten in den völligen ökologischen Kollaps zu zwingen.
Das Fazit ist klar: Wir verfügen nicht über die benötigten Baustoffmengen, um für die nächste Generation weltweit so zu bauen, wie wir selbst es bisher getan haben.
Energieressourcen
Der zweite wesentliche bestimmende Faktor für das Bauen einer Welt von morgen heißt Energie. Was die Versorgung der Menschen mit Energie betrifft, stellen wir heute eine Melange aus Nichtinformation, Falschinformation und Desinteresse an Information fest – obwohl die Verhältnisse sehr einfach darstellbar sind. Erstens: Wir haben kein Energieproblem. Die Sonne strahlt ungefähr 10 000-mal so viel Energie auf die Erde ein, wie die Menschheit zur Erfüllung ihrer Bedürfnisse benötigt. Zweitens: Das sogenannte Energieproblem besteht darin, dass die gesellschaftlichen Entscheidungsträger einschließlich der Wissenschaftler es über Jahrzehnte hin versäumt haben, unsere Energieversorgung von einer fossilen auf eine solare Basis umzustellen. Und nun stellen wir fest, dass wir für einen zügigen Umstieg weder die Werkzeuge noch die Methoden besitzen.
Wenn wir für die nächste Generation an Erdenbürgern so bauen, wie wir dies für uns selbst in den Industrieländern getan haben, verursacht diese Vervierfachung der aktuell bestehenden gebauten Umwelt bis 2050 zudem eine gigantische Steigerung der CO2-Emissionen, selbst für den unwahrscheinlichen Fall eines vollständigen Erreichens der Dekarbonisierung der Energieversorgung. Das im Pariser Klimaschutzabkommen von 2015 vereinbarte Ziel, die Erderwärmung auf 2 Grad zu begrenzen, wäre dann sicher nicht erreichbar.
Worüber wir uns klar werden müssen ist, dass wir auch die zweite technische Voraussetzung für das Bauen einer Welt von morgen, nämlich eine umweltkompatible Energieversorgung, mit den heute angewandten Ansätzen nicht in den Griff bekommen werden. So sitzen wir hier auf unserer Erde, die mit ca. 100 000 km pro Stunde durch das Weltall rast und stellen fest, dass sich ihre lebenserhaltende Luftschicht, die gerade mal ein paar km über die Oberfläche hinausreicht, immer mehr erwärmt, dass wir also nicht so weiterbauen können wie bisher, dass wir nicht genügend Baustoffe für die weiterhin rapide wachsende Weltbevölkerung haben und dass wir trotz unseres Überflusses an solarer Energie immer noch fossile Brennstoffe nutzen.
Zielsetzung
Für das Schaffen einer diesen Voraussetzungen angemessenen gebauten Umwelt habe ich die technische Zielrichtung in zwei Forderungen zusammengefasst:
Erstens: Für mehr Menschen mit weniger Material bauen! Notwendig ist eine dramatische Reduktion des Materialverbrauchs bei gleichzeitigem Wechsel der zumeist verwendeten Baustoffe. Diese Hinwendung zum Leichtbau muss mit der Einführung des Recyclingprinzips in das Bauschaffen einhergehen.
Zweitens: Notwendig ist der schnellstmögliche Ausstieg aus der Nutzung fossil basierter Energie. Beides zusammen ist technische Voraussetzung eines Wohnens von morgen.
Für weitere Überlegungen darüber, was zukünftig auf Bauingenieure zukommt und worin ihre spezielle Rolle im Bauwesen bestehen wird, ist es wichtig, dass man sich in einer breiten Schicht von Bauschaffenden auf eine gemeinsame Analyse der Gegenwart einigt. Der erste Schritt ist also das Anerkennen der Forderungen, dass es mit den heutigen Baumethoden bald ein Ende haben muss. Dass wir in Zukunft mehr Wohnraum mit weniger Baumaterial schaffen müssen. Es ist bereits viel gewonnen, wenn man sich in kollegialer Weise gemeinsam auf dieses Fundament stellt, auf dem man dann gemeinsam aufbauen kann. Der zweite Schritt ist das aktiv und bewusst die Zukunft gestaltende Handeln.
Ultraleichtbau
Als Ordinarius des Instituts für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren folge ich dem Leitgedanken, dass das Entwerfen im Leichtbau immer die Suche nach dem Leichtestmöglichen sein muss. Es ist das Herantasten an die Grenzen des physikalisch und technisch Machbaren und damit auch das Überschreiten bisheriger Grenzen zur terra incognita. Ausgehend vom klassischen Leichtbau entwickelte ich beim Streben nach dem Minimum den Ultraleichtbau, mit dessen Hilfe man die Grenzen des Leichtestmöglichen weit hinausschieben kann. Ultraleichtbau steht für das Entwerfen von Tragwerken, die durch ihr im Verhältnis zu den äußeren Einwirkungen verschwindend geringes Eigengewicht keinem Formbestimmenden Lastfall mehr unterliegen. Dieser »Verlust des Formbestimmenden Lastfalls« bedeutet, dass die Struktur selbst während ihrer Lebenszeit auf Belastungen reagieren können muss, um den auftretenden Beanspruchungen zu genügen. Dies wird durch die Manipulation von Spannungs- und /oder Verformungsfeldern in der Struktur möglich. Mit solch aktivem Eingreifen in die Spannungs- und/oder Verformungsfelder einer Struktur verlässt man den Bereich des traditionellen Leichtbaus. Das »Bauen mit Material« wird teils durch ein »Bauen mit Energie« ersetzt.
Die Adaption des Tragwerks erfolgt im Ultraleichtbau durch ein System aus Aktoren, Sensoren und Reglern. Dies ermöglicht im Strukturbereich Materialeinsparungen von bis zu 60 %. Da das Bauschaffen heute für ca. 60 % des Ressourcenverbrauchs und ca. 50 % des Massenmüllaufkommens steht, bietet das Konzept der Adaption bisher ungeahnte Möglichkeiten der Materialeinsparung. Mit der Stuttgart SmartShell, dem ersten adaptiven Schalentragwerk der Welt (Abb. X), konnte bereits das Potential des Prinzips Ultraleichtbau belegt werden. Die nur 4 cm dicke, mehr als 10 m weit spannende Schale aus Holz wäre viel zu dünn, um Extrembelastungen aus Schnee oder Wind aufzunehmen – würde sie nicht im Bedarfsfall durch ein aktive, gezielte Verschiebung von drei ihrer vier Auflagerpunkte immer wieder so verformt werden, dass Spannungen und Verformungen redu-ziert und Schwingungen gedämpft werden. Als Aktoren fungieren dabei hydraulisch verfahrbare Auflager, die durch Veränderungen ihrer Position auf äußere Einflüsse reagieren.
Ultraleichtbau bietet ungeahnte Potentiale in der Ressourcenschonung und zugleich in der Steigerung des Nutzerkomforts, wenn man diesen als eine Art Königsdisziplin des Bauingenieurwesens auf das gesamte Bauschaffen ausweitet. Es ergibt sich eine anpassungsfähige Architektur, deren Gesamtreagibilität weg führt vom Gebäude als fertigem Produkt und stattdessen den Weg dafür ebnet, die gebaute Umwelt als architektonisches Environment zu begreifen. Adaptivität ist dabei kein Selbstzweck, sondern der Schlüssel zur Lösung der Probleme, die vor uns liegen.
Forschung für das Bauen der Zukunft
Der Sonderforschungsbereich 1244 – Adaptive Hüllen und Strukturen für die Welt von morgen, dem ich als Sprecher bis 2020 vorstehe, hat sich zum Ziel gemacht, die Grundlagen, das Potential und die Auswirkungen der für den Ultraleichtbau erforderlichen Adaptivität zu erforschen. Es ist meine feste Überzeugung, dass dieser Sonderforschungsbereich die Zukunft des Bauschaffens aufzeigt. Vierzehn Institute der Universität Stuttgart arbeiten interdisziplinär daran, sowohl einzelne Baukomponenten zu entwickeln als auch deren Einbindung in ein Gesamtsystem zu ermöglichen. Nur durch diesen integralen Ansatz kann das Bauwesen sich den Herausforderungen unserer und der kommenden Zeiten stellen.
Bereits in der Arbeit des SFB 1244 zeichnet sich ab, was für die gesamte Gesellschaft gilt: Die dringend notwendige Formulierung von – vielleicht auch vielgestaltigen – gesamtgesellschaftlichen Zielen, weitreichenden Perspektiven, Methoden und Werkzeugen übersteigt die Leistungsfähigkeiten der wenigen, die sich mit den geschilderten Problemen befassen. Nein, es bedarf einer ganz großen gemeinsamen Anstrengung. Es bedarf einer »Potenz im Antizipatorischen«, wir brauchen die »Utopie als Nahrung«.
