“Nieuwe” bouwmaterialen en technieken

Enige tijd geleden werd mij gevraagd om een lezing te verzorgen over nieuwe bouwmaterialen en technieken. Het was een uitdagend onderwerp, want wie ben ik als restauratie-architect om te denken dat ik daar iets over te vertellen heb. En toch bleek de geschiedenis een richting te geven voor de toekomst. Ik ga er in dit blog graag nader op in. Het vormt een wat ander blog dan andere, en ik heb zomaar het idee dat het de aanleiding vormt tot een nieuwe miniserie…

De oorsprong van onze huidige bouwtechniek en materiaalgebruik.

De oorsprong van onze huidige bouwtechniek zou je kunnen leggen in 1779. In dat jaar werd in Groot-Brittannië, op de grens van Engeland en Wales een bijzonder object gebouwd: de Iron Bridge. Zie voor meer info dit eerdere blog-artikel. Met de realisatie van deze brug begon het industriële tijdperk, en begon de grootschalige toepassing van staal in onze bouw.

De combinatie van glas en staal leidde tot weer een belangrijke vernieuwing, bijvoorbeeld nog te herkennen in de kassen van Kew Gardens, zie dit eerdere artikel. Hoewel er mij geen directe lijn bekend is, lijkt het er sterk op dat dit palmenhuis in Kew de inspiratie heeft gevormd voor het wereldberoemde Chrystal Palace van de wereldtentoonstelling in 1851 in Londen.

Toen eind 19e eeuw ook nog eens het portlandcement werd uitgevonden en vervolgens de eerste experimenten met gewapend beton werden uitgevoerd, b.v. door Auguste Perret in Parijs, lagen de bouwstenen klaar voor wat onze huidige moderne architectuur heeft vorm gegeven, en wat er nog steeds de uitgangspunten van zijn.

Problemen met de huidige bouwmaterialen.

Hoewel de fraaiste constructies in deze nieuwe materialen worden gerealiseerd, ik heb over vele al eerder verteld, zien we nu de problemen die deze materialen ook met zich mee brengen. Zoals een idioot grote CO2-uitstoot. Voor het produceren van staal, glas en cement zijn grote hoeveelheden energie nodig. Immers, zand smelt pas bij een temperatuur van ca 1500º C tot glas. Een hoogoven produceert pas staal bij ca 1200º C en cement wordt gewonnen uit kalk bij een vergelijkbare temperatuur. Bij het laatste proces komt door een chemisch proces nog eens een extra hoeveelheid CO2 vrij!

Dat maakt dat de uitstoot van CO2 bij glas 0,8 ton per geproduceerde ton materiaal is. Bij beton is dat 1 ton per ton geproduceerd, en bij staal kan dat oplopen tot zelfs 3 ton! Dat zijn enorme uitstoten, die met elkaar verantwoordelijk zijn voor ca 10 tot 15% van onze huidige mondiale uitstoot! Moet je voorstellen wat de gevolgen zijn als we het gebruik van die materialen met b.v. 50% kunnen verminderen! Zeker als je beseft welke enorme mondiale bouwopgave er nog ligt te wachten: voor ca 2 miljard bewoners goede woonvoorzieningen! Onvoorstelbaar wat we daar kunnen besparen.

Nieuwe bouwmaterialen en technieken

Kan dat dan, is de voor de hand liggende vraag, en zo ja hoe dan? Een antwoord op die vraag is natuurlijk nooit een simpel ja of nee. Maar er zijn mogelijkheden… Bijvoorbeeld door het staal (of het beton) te vervangen door het even oude als nog steeds volwaardige bouwmateriaal: hout. Al letterlijk millennia lang een uitstekend materiaal om in te bouwen, tegenwoordig met allerlei computertechnieken opnieuw volwaardig toe te passen.

Berekeningen hebben aangetoond dat het vervangen van een staalconstructie door hout voor een gemiddeld kantoorgebouw kan leiden tot opname van CO2, in plaats van uitstoot. En dat effect kan zelfs zeer fors zijn, afhankelijk van hoe ver men hierin gaat. Een totale ommekeer!

Probeer je eens voor te stellen dat we weer grootschalig in hout zouden gaan bouwen. Het is niet eens heel moeilijk, want in Scandinavië zijn ze er nooit wezenlijk mee opgehouden, en ook in de VS worden nog steeds heel veel huizen van hout opgetrokken. Maar kantoorgebouwen dan, andere gebouwen, kan dat ook?

Hout als “nieuw” bouwmateriaal?

Kijken we naar het verleden, dan zien we dat er gigantische constructies konden worden opgericht met hout, destijds in de Middeleeuwen en zelfs ouder al! Denk eens aan de vakwerkhuizen die in elke Middeleeuwse stad stonden. Soms 6 verdiepingen hoog! Dat is een vrijwel vergelijkbare hoogte als de huidige appartementencomplexen in Parijs…

Er staan nota bene nog enkele vakwerkhuizen in Parijs! En let wel, er werden echt niet alleen maar huizen mee gebouwd, ook kerken en andere gebouwen…

Die vakwerktechniek is complex, met louter houten verbindingen, in zogenaamde pen-en-gat-verbindingen. We kunnen er wel inspiratie uithalen voor onze huidige gebouwen. Want misschien gaat het niet om “nieuwe” bouwmaterialen en technieken, maar om een slim moderner gebruik ervan! Wat als we nu eens hout als hoofd-draagmateriaal gebruiken en staal, enkel voor de koppelingen? Dan combineer je de voordelen van beide materialen met elkaar! Aldus kun je minstens 95% van je constructie in hout uitvoeren, en een enorme CO2-uitstootbesparing realiseren…

Hout? Brandgevaarlijk?

Inderdaad, dat is zo. Maar het gekke, minder bekende feit is dat staal minstens zo gevaarlijk is, wellicht gevaarlijker zelfs. Als staal warm wordt begint het relatief snel zijn draagvermogen en stabiliteit te verliezen. Dat proces begint al bij de relatief lage temperatuur van ca 400º C. Een beetje brand ontwikkelt in korte tijd temperaturen van 800 – 1000ºC. Door deze temperatuurstijging kan staal in zeer korte tijd zijn stijfheid verliezen. Dat wordt het vloeien van staal genoemd (niet te verwarren met smelten). Binnen enkele secondes kan een gebouw daardoor zijn stabiliteit verliezen en instorten. Het vervelendste: dit moment kan niet worden ingeschat. Het komt plotseling, onvoorspelbaar.

Hout daarentegen brandt. Geen twijfel mogelijk. Maar tijdens het branden verliest het langzaam en vooral rechtlijnig zijn sterkte. Zolang de kern van het hout niet is bereikt, is er een bepaalde draagkracht. Dat betekent dat als een houten gebouw in brand staat, de brandweer nog kan inschatten hoelang het duurt eer een gebouw bezwijkt. Daardoor kunnen reddingsacties beter worden ingeschat. Terwijl bij staal alles OK kan lijken en het een seconde later volledig kan bezwijken. Een aanmerkelijk voordeel!

Hout? Op grote schaal toepassen?

Moeten we dan accuut overschakelen op louter hout? Helaas, dat is niet mogelijk. Om de simpele reden dat zoveel constructiehout niet beschikbaar is. Een voorbeeld: voor de herbouw van de kap van de Notre Dame heeft men een zeer substantieel deel van de eiken voorraad van Frankrijk op gebruikt. Voor 1 gebouw!

Maar stel je eens voor dat we een omwenteling inzetten…. Daarvoor hebben we forse arealen bos nodig. Die moeten geplant worden en 50 jaar of langer groeien. Maar die oppervlakken nieuw bos nemen op hun beurt ook weer CO2 op, voor lange tijd. Gaan we die bossen bovendien duurzaam beheren, kappen en herplanten dus, dan creëren we enorme nieuwe groene longen voor de aarde. Het zou zomaar tot een substantiële daling in de CO2 uitstoot kunnen leiden! Bovendien koelt bos ook nog eens de omliggende omgeving!

Overschakelen?

Om grootschalig (weer) met hout te gaan bouwen zal er eerst een omschakeling moeten komen in ons bouwdenken. We moeten hout weer gaan zien als een volwaardig bouw- en vooral constructiemateriaal, niet als makkelijk afwerkmateriaal en fraaie decoratie. Maar dat het kan bewijzen de eerste nieuwe houten gebouwen al. Ik heb er onlangs in Parijs enkele ontdekt.

Daarom zeg ik: terug naar hout! Denk aan hoe men het in de Middeleeuwen en ver daarvoor al deed! Daar moeten wij toch van kunnen leren en het verbeteren??? Op naar “nieuwe bouwmaterialen en technieken!