Die Idee des LAB – ­Lausitz Art of Building

Notwendigkeit und Chance für Hochtechnologieforschung im Bauen

Manfred Curbach, Birgit BeckmannLAB – Lausitz Art of Building ist eines von sechs Projekten, in dem ein Konzept für eines von zwei Großforschungszentren erarbeitet wird. Im vorliegenden Beitrag werden Intention und Anliegen erläutert. Aus­gehend von der Relevanz der Forschung und den Herausforderungen für die Gesellschaft werden die immensen Chancen aufgezeigt, die aus Hochtechnologieforschung im Bauen für die Gesellschaft entstehen.

1 Wofür steht das LAB?

LAB, das ist ein Akronym für Lausitz Art of Building. Denn es ist eine Kunst, eine Ingenieurbaukunst, so zu bauen, dass Werte geschaffen werden und dass – global gedacht – der Mensch und seine Würde im Zentrum stehen. LAB, das ist auch eine umgangssprachliche Abkürzung für ein Laboratorium, einen Ort also, an dem geforscht, gemessen, untersucht und experimentiert wird. Ein Labor ist ein Ort der Erkenntnissuche und damit Sinnbild der Forschung schlechthin. Dass hierin etymologisch „arbeiten“ enthalten ist, ist kein Zufall. Und all das soll das LAB vereinen. Es soll ein Arbeiten ermöglichen, das in Laboren so exzellente Forschungsergebnisse erzielt, dass eine substanziell neue Ingenieurbaukunst entsteht. Von der Lausitz aus sollen Impulse für ein weltweit neues, umweltgerechteres und menschenwürdigeres Bauen entstehen.

2 Bedeutung der Forschung im Bauen und gesellschaftlicher Zusammenhang

Die Zukunft der Menschheit entscheidet sich auch im Bauwesen. Die gebaute Umwelt betrifft jeden – unabhängig von Tätigkeit, Lebensort, Lebensphase. Denn eines der elementaren Grundbedürfnisse des Menschen ist eine bauliche Schutzhülle zur Gewährleistung von Wärme, Witterungsschutz und Sicherheit. Als globale Gesellschaft stehen wir vor der Herausforderung, dass die Menschheit wächst und wir diese baulichen Schutzhüllen für immer mehr Menschen auf der Erde brauchen. Gleichzeitig benötigt das Bauen Unmengen an Ressourcen und Energie und trägt immens zu klimatischen Veränderungen bei. Klimatische Veränderungen wiederum haben schon heute Auswirkungen auf das Leben der Menschen und die menschliche Gesellschaft. Dies lässt nur einen Schluss zu: Um das Leben der Menschen auf der Erde lebenswert zu erhalten, müssen massive Forschungsanstrengungen unternommen werden, um den baulich bedingten Raubbau an unserem Planeten zu beenden und das gesamte Bauen sowie auch die Nutzung der gebauten Umwelt in eine klima- und ressourcenneutrale, langlebige, variable, ästhetische und Werte schaffende Bauweise zu transformieren. Und all dies muss schnell geschehen. Es müssen daher Forschungsaktivitäten in einer wesentlich höheren Intensität unternommen werden.

Die lokale Gesellschaft betrachtet, ist die Geschichte voll von Beispielen, in denen gesellschaftliche Veränderungen das Leben der Menschen änderten, in denen Menschen in großer Zahl abwanderten, weil Arbeits- und Lebensgrundlage wegfielen, oder in denen Menschen in großer Zahl zuwanderten, weil eine neue Arbeits- und Lebensgrundlage entstand. Am Beispiel des Silberbergbaus bzw. Erzbergbaus kann man sehr viele Parallelen zwischen verschiedenen Gegenden in Deutschland sehen: Wenn in einer Gegend die Erzvorräte nicht mehr erträglich waren, wanderten viele Menschen ab und machten sich bei der Suche nach Erz, Lebensgrundlage und Glück auf, dies in anderen Gegenden zu finden. Und sie kamen zurück oder neu hinzu, wenn es durch neue Technologien möglich wurde, Erz z. B. in größeren Tiefen – oder bergmännisch: Teufen – abzubauen, und damit eine Lebensgrundlage wieder oder neu geschaffen wurde. Auch in anderen Bereichen abseits des Bergbaus sind Technologiesprünge der Ursprung für Impulse auf eine Gesellschaft. Eine Forschung, die neue Erkenntnisse erzielt und Technologiesprünge ermöglicht, dient damit ganz direkt der Gesellschaft und den Menschen, die in ihr leben. Umgekehrt beflügelt auch die Gesellschaft die Forschung. Mit all den Erfahrungen, die die Menschen vor Ort in dem dort prägenden Fachgebiet haben, auch und gerade zur praktischen Umsetzbarkeit und Machbarkeit von technischen Prinzipien, können sie Wissenszuwachs in einem anderen Fachgebiet beflügeln. Vor 300 Jahren waren Erfahrungen im Bergbau- und v. a. Hüttenwesen der Katalysator, als in Sachsen ein neuer keramischer Werkstoff geschaffen wurde. Erfahrung in Verfahrenstechnik ermöglicht neue Materialforschung. Neue Materialien wiederum ermöglichen neue Konstruktionen. Neue Konstruktionen ermöglichen neue Verfahren. Wenn in Gebieten des Kohlebergbaus jetzt der Kohlebergbau zu Ende geht – warum nicht die einmalige Chance nutzen und das reiche Erfahrungswissen Teil einer immensen Forschungsinitiative sein lassen, entstehen doch Innovationen nicht selten gerade im interdisziplinären Zusammenspiel verschiedener Fachgebiete. Mit einer Verzahnung der Forschung und der Gesellschaft vor Ort kann enorme Strukturstärke wachsen.

3 Der Blick zurück

Bild 1 Die Erde von der Sonde Voyager 1 aus 6,4 Mrd. km ­Entfernung aufgenommen [1]
Quelle: NASA/Ergänzung des Pfeils durch Manfred Curbach

Dieses Bild (Bild 1) unserer Erde wurde aus etwa 6,4 Mrd. km Entfernung von der Sonde Voyager 1 im Jahre 1994 aufgenommen, nachdem sie das Sonnensystem verlassen hatte. Die Idee dazu hatte der Astronom und Astrophysiker Carl Sagan, der in einer Vorlesung am 13. Oktober 1994 an der Cornell University feststellte:

„Unser Planet ist eine einsame Flocke in der großen umhüllenden kosmischen Dunkelheit. In unserer Dunkelheit – in all dieser Weite – gibt es keinen Hinweis, dass Hilfe von anderswo kommen wird, um uns vor uns selbst zu retten. Meiner Meinung nach gibt es vielleicht keine bessere Demonstration der Dummheit der menschlichen Einbildungen als dieses ferne Bild von unserer kleinen Welt. Mir unterstreicht sie unsere Verantwortung, freundschaftlicher und mitleidsvoller miteinander umzugehen und diesen blassblauen Punkt, das einzige Zuhause, das wir je gekannt haben, zu bewahren und zu pflegen.“

4 Der Zustand heute

Wir verbrauchen und übernutzen die Ressourcen unserer Erde und verändern sie massiv. Die Folgen sind Klimawandel, Ressourcenknappheit, Naturkatastrophen, Hunger, Flucht und Armut. Das Bauwesen ist an diesen Entwicklungen massiv beteiligt.

Das Baugewerbe hatte 2018 in Deutschland einen Anteil von 5,3 % an der nominalen Bruttowertschöpfung (179,6 Mrd. Euro BIP von 3388,2 Mrd. Euro BIP) [2], verursacht aber rd. 25 % des CO2-Ausstoßes und verbraucht ca. 40 % der erzeugten Energie [3].

Allein diese Diskrepanz müsste zu enormen produktiven Aktivitäten führen. Doch wie sieht die Realität bei Effizienz und Forschung aus? In Branchen wie dem produzierenden Gewerbe (ohne Bau) ist die Produktivität von 1995 bis 2016 um rd. 70 % gestiegen, im Baugewerbe hingegen nur um ca. 5 % [4]. Bei den FuE-Aufwendungen der Wirtschaft entfallen 2017 von insgesamt 436.571 Personen (in Vollzeitäquivalenten) nur 1147 Personen auf das Bauwesen, d. h. 0,26 % [5]. Der Bund gab 2018 für Forschung und Entwicklung insgesamt 17.250 Mio. Euro aus. Davon entfielen auf den Bereich Raumordnung und Stadtentwicklung; Bauforschung 118,1 Mio. Euro, d. h. 0,69 % [6]. Betrachtet man allein das BMBF, so wurden 2018 insgesamt 10.486,7 Mio. Euro investiert. Auf den Bereich Raumordnung und Stadtentwicklung; Bauforschung entfällt ein Anteil von nur 27,5 Mio. Euro, d. h. 0,26 %. Die jahresbezogene Bewilligungssumme der Deutschen Forschungsgemeinschaft betrug 2019 insgesamt rd. 3285,3 Mio. Euro. Das Fachgebiet Bauwesen und Architektur erhielt Bewilligungen in Höhe von 51,5 Mio Euro, d. h. 1,57 % [7].

Das Ergebnis dieser kleinen Zusammenstellung verdeutlicht, dass in einer der wichtigsten Branchen in Deutschland, die überproportional zum Klimawandel beiträgt, die Effizienz stagniert und gleichzeitig die Forschung eine stark unterdurchschnittliche Förderung erfährt.

Angesichts dieser weiter steigenden Weltbevölkerung [8] werden wir nicht weniger, sondern mehr bauen. Konträr dazu müssen wir den Ressourcenverbrauch und den CO2-Ausstoß radikal einschränken. Es liegt auf der Hand, dass in Zukunft vollkommen anders gebaut werden muss, nicht nur marginal, sondern grundlegend.

Eine deutliche Intensivierung der Forschung im Baubereich gehört wegen der enormen Hebelwirkung daher national, aber auch international zu einer der wichtigsten Aufgaben mit extrem großer, gesamtgesellschaftlicher Bedeutung für die Zukunft. Es besteht akuter Handlungsbedarf.

5 Der Blick nach vorn

Im Mittelpunkt der zukünftigen Arbeit im Bauwesen müssen die Bedürfnisse der Menschen und der Gesellschaft an die gebaute Umwelt stehen:

  • nachhaltig, klimaneutral
  • ressourcenschonend, recycelbar auf allen Ebenen (Bauwerke, Bauteile, Material)
  • langlebig
  • leicht reparabel
  • variabel verwendbar, veränderbar in der Nutzung
  • ästhetisch
  • wertvoll (im Sinne von Werte schaffend)
  • sicher
  • menschenwürdig (global gedacht)
  • dem Menschen zugewandt, das menschliche Maß beachtend
  • das Leben in allen Altersklassen berücksichtigend

6 Mission

Die Bauwerke der Zukunft werden weder mit den Materialien noch den Methoden entworfen und gebaut, wie wir sie heute kennen. Um dies zu erreichen, brauchen wir Erkenntnisgewinn in großem Umfang – hin zu einer völlig anderen Denkweise beim Bauen als heute.

Angesichts der zunehmenden Verwendung regenerativer Energien sowie deren Speicherung können wir davon ausgehen, dass das Energieproblem mit der Zeit abnimmt, während durch die Limitierung der Materie das Problem der Ressourcenverwendung zunimmt. Da das Bauwesen einer der größten Verbraucher ist, müssen wir darauf vorbereitet sein und eine ressourceneffiziente Materialevolution in Gang setzen.

In dieser Hinsicht besteht ein wichtiges Ziel darin, dass jedes Bauwerk eine möglichst lange Nutzungsdauer aufweist, einhergehend entweder mit einer langen Lebensdauer und verschiedenen Nutzungen oder auch mit mehreren Leben, bei denen beliebig große oder kleine Teile weiterverwendet werden. Diese Wiederverwendung und -verwertung wird auf den Skalen Bauwerk, Bauteil und Material behandelt.

Dies gilt sinngemäß auch für alle Bauwerke des Infrastrukturbaus wie z. B. Brücken, Tunnel, Straßen und Wasserbauwerke, bei denen die Nutzungsparameter z. B. durch digitale Systeme optimal bestimmt werden, um für Nutzer und Umwelt lokal und großräumig optimale Bedingungen zu schaffen (Vermeidung CO2-erzeugender Staus, variable Nutzung von Fahrspuren etc.).

Es ist eine Kunst, so zu bauen.

Und das ist nicht nur gestalterisch gemeint, sondern v. a. auch kon­struktiv. Es geht also nicht um Baukunst, sondern um Ingenieurbaukunst. Die bisherigen Nachweise zu Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit sind durch den Nachweis der Klimaverträglichkeit zu ergänzen.

Unter diesem neuen Aspekt sind alle Phasen des Bauens und Nutzens zu analysieren, anzupassen oder neu zu entwickeln: von der Idee über den Entwurf, die Planung, die Berechnung, die Konstruktion, die Materialgewinnung, die Herstellung, den Transport, die Errichtung vor Ort, den Betrieb, den Erhalt, die Datenhaltung, die Ertüchtigung bis hin zur Wieder- und Weiterverwendung und -verwertung.

Die hierzu benötigten Fachgebiete gehen weit über die traditionell im Bauwesen angesiedelten Fächer hinaus: Fachleute sind neben Architektur und Bauingenieurwesen aus folgenden Disziplinen erforderlich: Verfahrenstechnik, Materialwissenschaften, Biologie, Chemie, Informatik, Maschinenbau, Elektrotechnik, Mikroelektronik, Robotik, Logistik, Nachhaltigkeitsforschung, Geschichte, Datenanalyse, Soziologie, Rechts- und Politikwissenschaften.

Die Kerngebiete der Innovationen und damit die Arbeitsgebiete des LAB liegen dabei in den folgenden Gebieten und v. a. in deren Verknüpfung:

  • dem Menschen zugewandt, das menschliche Maß beachtend
  • das Leben in allen Altersklassen berücksichtigend
  • Material und Materialverbünde
  • Konstruktion und Dekonstruktion
  • Herstellung inkl. robotischer Produktion
  • Digitalisierung, KI
  • Transport
  • Erhalt und Ertüchtigung
  • Energie, Gebäudetechnik und allgemeiner Ausbau

Dies führt in ihrer Kombination u. a. zu folgenden Fragestellungen und Forschungsthemen:

  • Neue Entwurfsstrategien: von der Stadtplanung bis zum Gebäude
  • Neue Hochleistungswerkstoffe für das Bauen von morgen
  • Adaptive und modulare Tragwerkskonzepte
  • Integrierte Gebäudetechnik mit neuen Energiekonzepten
  • Erweiterte Bewertung der Nachhaltigkeit im Sinne eines Sustainable Equilibrium

Zu den wichtigsten Missionen gehört die Erforschung vollkommen neuer Materialien, die den o. g. Kriterien wie z. B. der Nachhaltigkeit entsprechen und die für die Bauaufgaben der Zukunft geeignet sind. Da wir heute noch nicht wissen, welche Vielfalt es an Materialien in Zukunft geben wird, werden die unterschiedlichsten Wege beschritten. Die im LAB entstehenden neuen, heute noch völlig unbekannten Materialien und Materialkomposite werden auch außerhalb des Bauwesens zu wegweisenden Innovationen führen.

Parallel dazu sind in enger Korrelation zur Materialforschung die Konstruktionsformen zu entwickeln, die sowohl die Herstellung, eine mehrfache Verwendbarkeit als auch die Rezyklierung beinhalten. Da sowohl mehrere Materialien- als auch Konstruktionsstränge durchlaufen werden, entsteht ein komplexes Inventions- und Innovationsnetzwerk. Letztlich korreliert dies mit einer Digitalisierung aller Prozesse im Bauwesen. Ein weiterer sehr wichtiger Schritt ist die Transformation der Produktion auf der Baustelle durch robotisch unterstützte Tätigkeiten, die eine digital basierte Planung und ökologieorientierte Baulogistik erfordern.

Die umfassenden statischen, dynamischen, technischen und bauphysikalischen Anforderungen zu Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, Dauerhaftigkeit und Klimaverträglichkeit werden zu Multifunktionskonstruktionen führen, die als Ganzes auf ihre Eigenschaften in sehr großen und dafür geeigneten Laboreinrichtungen hin untersucht und geprüft werden.

Die Mission des LAB – Lausitz Art of Building ist die Umsetzung des größten bisher dagewesenen Paradigmenwechsels im Bauwesen: das gesamte Bauen und die Nutzung der gebauten Umwelt in eine klima- und ressourcenneutrale, langlebige, variable, ästhetische und Werte schaffende Bauweise zu transformieren.

7 Gesellschaft

Der Klimawandel zeigt sich durch stetig zunehmende Wetterextreme wie z. B. Starkregen und gefährdet das Leben von Millionen von Menschen. Obwohl wir genau wissen, was wir tun müssen, werden die erforderlichen Maßnahmen nicht mit der notwendigen Konsequenz umgesetzt, da auch diese Veränderungen zu gesellschaftlichen Spannungen führen.

Ein deutliches Beispiel ist in Deutschland der Ausstieg aus der Kohle. In der Vergangenheit vereinbart bis zum Jahr 2038, kann es sein, dass dieser Ausstieg schneller stattfinden wird. Eine der dramatischsten Folgen für die betroffenen Regionen ist unmittelbar der Verlust der Arbeitsplätze, mittelbar – und gesellschaftlich dramatischer – die Perspektivlosigkeit und Hoffnungslosigkeit der Menschen. Für die Menschen in der Lausitz ist dies der zweite komplette Umbruch in nur einer Generation.

Eine reale Chance, den erforderlichen Strukturwandel in der Lausitz zum Vorteil der Menschen zu gestalten, besteht in der Ansiedlung des zuvor beschriebenen Großforschungszentrums, in dem angesichts eines jährlichen Etats von bis zu 170 Mill. Euro rd. 1500 Menschen arbeiten werden. Ein großer Teil der Arbeitsplätze ist unmittelbar für die Menschen in der Lausitz geeignet.

Darüber hinaus sind die im LAB behandelten Themen für die Unternehmen der Bauindustrie und der benachbarten Industriezweige derart interessant und wichtig, dass um das LAB herum infolge von Ausgründungen und Schaffung neuer Niederlassungen bestehender Unternehmen eine große Zahl weiterer Arbeitsplätze entstehen wird. In diesen Unternehmen werden die Entwicklungen des LAB unmittelbar in die Praxis überführt. Durch die Notwendigkeit, die neu entstehenden Materialien, Konstruktionen, Herstellverfahren etc. auch bauaufsichtlich zu begleiten und zu genehmigen, werden weitere Arbeitsplätze in den zuständigen und vor Ort angesiedelten Behörden entstehen.

So kann aus einem Braunkohlegebiet das weltweite Zentrum des Neuen Bauens werden. Die Lausitz liegt damit nicht mehr am Rande Deutschlands, sondern im Mittelpunkt Europas und der Welt.

8 Wettbewerb

Die Idee des LAB – Lausitz Art of Building ist eines von sechs Projekten, die nach einem harten Wettbewerb von einer Perspektivkommission im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und auf Basis des vom Bundestag beschlossenen Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen [9] aus fast 100 Ideen ausgewählt wurde. Diese sechs Projekte haben bis zum 30. April 2022 Zeit, ein komplettes Konzept für die jeweiligen Großforschungszentren auszuarbeiten. Aus diesen sechs Projekten werden im Sommer 2022 zwei Projekte ausgewählt, wovon eines in der Braunkohleregion im mitteldeutschen Revier angesiedelt und eines für die Oberlausitz gewählt wird.

Wie der Name schon sagt, soll das LAB in der Oberlausitz für den gewünschten, erhofften und dringend notwendigen Strukturwandel sorgen. Mit dem LAB besteht für die Bauindustrie die vielleicht einmalige Chance, sowohl ihren großen Beitrag zur Schaffung der Klimaneutralität bis 2045 zu leisten als auch den gesellschaftlich drängenden Strukturwandel in der Oberlausitz zu unterstützen. Also eine echte Win-win-Situation.


Literatur

  1. NASA [eds.] Pale Blue Dot’ Revisited [online]. Washington D. C.: NASA. https://www.nasa.gov/feature/jpl/pale-blue-dot-revisited [Zugriff am: 24. Apr. 2021]
  2. Statistisches Bundesamt (2019) Bruttoinlandsprodukt 2018 für Deutschland. Wiesbaden.
  3. Hong, J.; Shen, G. Q.; Feng, Y.; Lau, W. S.-T.; Mao, C. (2015) Greenhouse gas emissions during the construction phase of a building: A case study in China. J Clean Prod. 103, pp. 249–259.
  4. Statistisches Bundesamt (2020) Inlandsproduktberechnung – Lange Reihen ab 1970, Fachserie 18 Reihe 1.5 – 2020 [online]. Wiesbaden: Destatis. https://www.destatis.de/DE/Themen/Wirtschaft/Volkswirtschaftliche-Gesamtrechnungen-Inlandsprodukt/Publikationen/Downloads-Inlandsprodukt/inlandsprodukt-lange-reihen-pdf-2180150.html
  5. Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e. V., SV Wissenschaftsstatistik GmbH [Hrsg.] (2019) Forschung und Entwicklung in der Wirtschaft 2017. Essen.
  6. Bundesministerium für Bildung und Forschung [Hrsg.] (2020) Bildung und Forschung in Zahlen 2020 (Soll-Zahlen Stand 2020). Berlin.
  7. Deutsche Forschungsgemeinschaft (2020) Jahresbericht 2019.
  8. Vereinte Nationen [eds.] Infografiken [online]. New York: UN. https://www.dsw.org/infografiken [Zugriff am: 3. Apr. 2021]
  9. dejure.org Rechtsinformationssysteme GmbH [Hrsg.] Strukturstärkungsgesetz Kohleregionen vom 08.08.2020 (BGBl.1S.1795) [online]. Mannheim: dejure.org Rechtsinformationssysteme GmbH. https://dejure.org/BGBl/2020/BGBl._I_S._1795 [Zugriff am: 4. Feb. 2022]

Autorin und Autor

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach,
Manfred.Curbach@tu-dresden.de

Dr.-Ing. Birgit Beckmann, Birgit.Beckmann@tu-dresden.de

Technische Universität Dresden
Institut für Massivbau
www.tu-dresden.de/bu/bauingenieurwesen/imb