Voorbeelden van onderzoek naar alternatieve bouwmaterialen

Ondanks alle aandacht voor duurzaamheid en maatschappelijk welzijn blijft een groot deel van de bouwpraktijk gericht op kortetermijnrendement. Dit artikel belicht zeven projecten waarin architecten en ontwerpers onderzoeken hoe ze het tij kunnen keren. Met subsidie uit de Regeling Architectuur verkennen zij experimentele materiaaltoepassingen en nieuwe bouwprocessen als exit voor de smalle route waarop de bouw zich momenteel bevindt.

De Regeling Architectuur is voor projecten die bijdragen aan de kwaliteit, ontwikkeling of verdieping van het vakgebied architectuur in brede zin. In de afgelopen jaren ondersteunde het Stimuleringsfonds Creatieve Industrie onder meer projecten waarin alternatieve materialen en bouwtechnieken worden verkend. Hoewel relatief kleinschalig, helpen deze initiatieven om architecten en ontwerpers beter uit te rusten voor de uitdagingen van de toekomst. Maar dan moet er in het veld wel meer aandacht komen voor de opgedane kennis en inzichten, schrijft Teun van den Ende.

Riet uit China

Meer dan 80 procent van het riet voor rieten daken in Nederland komt uit China. Terwijl er alternatieven bestaan die bouwers in Nederland kunnen telen, verwerken en toepassen. Het is slechts één maar wel een veelzeggend voorbeeld van de wijze waarop de huidige bouwpraktijk functioneert. De logica in het selecteren van materialen en bouwmethodes op basis van lokale kennis, laat staan circulaire principes, is ver te zoeken.

De bouwpraktijk leunt sterk op wereldwijde transportketens en verregaand geïndustrialiseerde processen. Als gevolg hiervan is de bouwpraktijk complex, vervuilend en sterk gestandaardiseerd. Ontwerp en productie zijn van elkaar losgeraakt. Hoe anders was dat anderhalve eeuw geleden. Het werken met streekeigen materialen en bouwmethodes en het sluiten van 'korte' ketens en hergebruik – oftewel, een circulaire manier van bouwen - was toen de grondslag die de bouwpraktijk definieerde.

Een weergave van ontwerppraktijken die draaien om de transitie van onze leefomgeving. Abstracte en figuratieve elementen, zoals een tekentafel en bouwblokken, vloeien samen in een geheel
Illustratie: Aafke Bouman

Om te begrijpen hoe het zover heeft kunnen komen, moeten we terug in de tijd. Voorafgaand aan de standaardisatie en industrialisatie van de bouw, beschikten architecten over kennis van materialen die regionaal voorradig waren zoals (natuur)steen, klei, hout, kalk en metaal. Rond het einde van de negentiende eeuw veranderde dat. Toen gingen vooraanstaande bouwmeesters als Pierre Cuypers (1827 - 1921) en H.P. Berlage (1856 - 1934), die verzekerd waren van een constante stroom aan (betaalde) opdrachten, hun bouwmethode steeds verder economisch optimaliseren: bestaande technieken en methodes werden opgeschaald om de productie te versnellen of te vergemakkelijken. Omdat de bouwmeester niet langer in staat was het bouwproces van begin tot eind te overzien, ontstond de behoefte om dat proces te normaliseren en materialen te laten certificeren. Dit leidde bijvoorbeeld tot de oprichting van Het Nederlands Normalisatie-instituut in 1916, door de Nederlandse Maatschappij voor Nijverheid en Handel en het Koninklijk Instituut van Ingenieurs.

Inmiddels is de vrijheid van de architect in de toepassing van het bouwambacht aan vele normen en regels onderhevig. Niet alleen wordt deze afhankelijkheid steeds groter, ook hechten opdrachtgevers steeds meer waarde aan de voorschriften van de bouwindustrie en de overheid. De bewegingsvrijheid van de architect blijft daardoor slinken, en tegelijkertijd prijzen materialen of bouwmethodes, die mogelijk interessant zijn vanuit circulair- of milieuoogpunt, zich uit de markt. De bouwpraktijk is bovendien zo conjunctuurgevoelig geworden, dat langetermijninvesteringen in onderzoek en ontwikkeling van alternatieve materialen en bouwmethodes veel te riskant zijn geworden.

Experimentele materiaaltoepassingen

Om de bouwpraktijk te vernieuwen zijn aanjagers en experimentele denkers nodig. Architecten kunnen zelf in die rollen stappen, maar de kans van slagen is vaak groter wanneer zij samenwerking opzoeken. Betrokken opdrachtgevers met een gedeelde visie zijn van groot belang om onderzoek te stimuleren. Voor sommige publieke opdrachtgevers, zoals musea, is onderzoek en experiment onderdeel van hun visie en beleid. Een voorbeeld is het Schoenenkwartier in Waalwijk, waar behalve de historie van het maken van schoenen ook hedendaagse makers en maakprocessen worden belicht. In de entreezone van het Schoenenkwartier getuigt een betegelde wand, ontworpen door Laura van Santen van architectenbureau la-di-da, van dit streven. Zij werkte samen met keramisch atelier Cor Unum om handgemaakte tegels te ontwikkelen. De toepassing in het museum is een concrete uitkomst van het onderzoeksproject (Tegel-)zetje in de rug. Het museum is er trots op en communiceert de bijzondere totstandkoming van de wand graag aan haar bezoekers.

Het project past in een reeks onderzoeken van la-di-da naar bouwmaterialen. Die starten elk vanuit een nieuwsgierigheid naar de herkomst en eigenschappen van materialen waarvan de toepasbaarheid in de huidige bouw nog niet is bewezen, maar wel kansrijk lijkt. Het selecteren, oogsten of delven van materialen is een essentieel onderdeel van het bouwen. Door stil te staan bij de verwerking en herbruikbaarheid van materialen, komt de gehele levenscyclus in beeld en hoeven materialen na gebruik niet als afval afgedankt te worden. Het onderzoek levert op die manier kennis op over circulair bouwen.

Op de wind gedroogde steen van kleileem afkomstig van het Oudemirdumer Klif
Op de wind gedroogde steen van kleileem van het Oudemirdumer Klif door CHRITH architecten en Studio Stephan Schagen

Een andere manier om de milieueffecten van de bouw zo beperkt mogelijk te houden is door materialen te selecteren die nabij een bouwplaats voorradig zijn. CHRITH architecten en Studio Stephan Schagen willen met hun project Kijken in de grond de discussie hierover aanwakkeren. Ze deden grondboringen in zestien natuurgebieden van de vereniging Natuurmonumenten en verzamelden de aangetroffen bodemsoorten in een bibliotheek. Vervolgens werd van elke soort de toepasbaarheid als bouwmateriaal getoetst door van de aarde - klei, zand, mergel, et cetera - ‘op de wind gedroogde’ stenen te persen. Met hun werkwijze willen de architecten de onderlinge samenhang tussen grondgebruik, landschap en bouwmaterialen onderzoeken en vergroten.

Als laboranten storten ontwerpers zich op het bestuderen en begrijpen van alternatieve bouwmaterialen.

Terwijl Kijken in de Grond heel Nederland bestrijkt, vertrekt een ander onderzoek vanuit een meer regionale vraagstelling. Het richt zich op de toepassing(en) van Miscanthus, ook wel bekend als olifantsgras, in het noorden van Nederland. De initiatiefnemer van dit onderzoek, DAAD Architecten, ontdekte dat daar veel boerderijen zijn met asbestdaken die moeten worden gesaneerd. In Groningen is bovendien door aardbevingsschade een grote vervangingsopgave. Zou Miscanthus geschikt zijn als bouwmateriaal bij (delen van) die opgaven, bijvoorbeeld door het materiaal in te zetten bij het vervangen van rieten daken?

Die vraag maakte verschillende opdrachtgevers nieuwsgierig naar de eigenschappen van Miscanthus. Een eerste proeve krijgt vorm op een boerenerf in het dorp Rottum. In het onderzoekstraject zijn ook andere Groningse particulieren betrokken: een coöperatief van agrariërs in het Westerkwartier heeft zich opgeworpen de eigenschappen en mogelijkheden van Miscanthus te testen. De lessen uit dit proces stellen zij beschikbaar om het proces van teelt tot toepassing te verbeteren.

Bouwtekening van een boerderij waarbij het originele rieten dak is vervangen door Miscanthus
Boerderij in Rottum met een dak van Miscanthus door DAAD Architecten

Beperkende factoren en kansen

Als laboranten hebben de ontwerpers van bovengenoemde projecten zich gestort op het bestuderen en begrijpen van alternatieve bouwmaterialen. Zowel het Schoenenmuseum Waalwijk, Natuurmonumenten als de agrarische opdrachtgevers uit Groningen boden met tijd en/of geld gelegenheid voor experiment. Dit type opdrachtgever is echter zeldzaam. In het algemeen vindt dergelijk onderzoek plaats binnen kennisinstellingen, zoals hogescholen en universiteiten. Naast deze theoretische kennisontwikkeling zijn er in Nederland ook plekken waar praktisch vakmanschap wordt gekoppeld aan onderzoek. Werkplaatsen zoals het Hembrugterrein in Zaandam, de Keramische Werkplaats Cor Unum in Den Bosch, het RDM Innovation Dock in Rotterdam en BlueCityLab Rotterdam slaan een brug tussen beide creatieve processen.

Ontwerpers weten niet altijd de vruchten te plukken van eerder uitgevoerd onderzoek.

Ontwerpers creëren de meest kansrijke condities voor onderzoek door samen te werken met deze kennisinstellingen en werkplaatsen, die in de eerste plaats kennis ontwikkelen. Voor de doorontwikkeling van experimentele materiaaltoepassingen en productieprocessen bestaan er echter hardnekkige beperkende factoren. Dat is deels toe te schrijven aan risicomijdend gedrag in de bouwketen. Aanbestedingen leveren beperkingen op omdat ze ontwerp- en bouwprocessen dichttimmeren en voorzien van strikte juridische kaders. Ook milieu- en veiligheidseisen zorgen voor drempels, overigens niet zonder reden. Op het gebied van productontwikkeling leidt dit er vaak toe dat certificering van nieuwe materialen en toepassing in de bouw ingewikkeld is, zo niet onmogelijk.

Voor de ontwikkeling van nieuwe producten en methodieken is dan ook een lange adem nodig. In een gangbare praktijk van ontwerpbureaus staat onderzoek vaak niet op nummer één. Er is geen sterk ontwikkelde wetenschappelijke traditie in de ontwerpwereld die ontwerpers in staat stelt op elkaars inzichten verder voort te bouwen, zoals in vakgebieden als geneeskunde of natuurkunde. Het gebrek hieraan speelt de ontwerpsector parten op het moment dat zich initiatieven voordoen: door gebrek aan tijd en geld komen kansrijke ideeën niet altijd tot wasdom.

Een weergave van ontwerppraktijken die draaien om de transitie van onze leefomgeving. Abstracte en figuratieve elementen, zoals een tekentafel en bouwblokken, vloeien samen in een geheel
Illustratie: Aafke Bouman

Onderling zijn ontwerpers niet altijd op de hoogte van elkaars werk en weten ze niet de vruchten te plukken van eerder uitgevoerd onderzoek. Deze ‘verstopte’ kennis houdt sommige ontwerpers nadrukkelijk bezig. De bibliotheek van bodemsoorten die is voortgekomen uit het onderzoek Kijken in de grond krijgt bijvoorbeeld mogelijk een plek in de Materials Hub van de Technische Universiteit Zürich (ETH Zürich). Een andere effectieve manier om verspreiding van onderzoeksresultaten ligt in het gebruik van digitale media. Zo besteedde archeoloog en schrijver Maikel Kuijpers, partner in het onderzoek, aandacht aan Kijken in de grond in een artikel voor de Correspondent (zie het artikel 'Wie slim is, bouwt met aarde' van Maikel Kuijpers, gepubliceerd op 2 januari 2024).

Een traditie die binnen de architectuur wel sterk is ontwikkeld, zijn publieksevenementen en prijzen. Ze dienen als etalage van de ontwerpsector, helpen het bewustzijn en onderlinge uitwisseling te bewerkstelligen en trekken publiek en (media-)aandacht. Daar vinden publicaties en ander materiaal over ontwerpend onderzoek de weg naar tentoonstellingen en publieksprogramma’s. Deze momenten vormen gelegenheid voor het vinden van mogelijke samenwerkingspartners en financiers van (vervolg)onderzoek.

Architect als gangmaker

Met een zichtbare en kennisintensieve positie in onderzoek speelt de architect een rol van gangmaker in de weg naar vernieuwing van het bouwambacht. Echter, werken met vernieuwende materialen en technieken kan tijdrovend zijn en daardoor kostbaar, wat de financiële haalbaarheid onder druk zet. Door maakprocessen te automatiseren is dure arbeid te omzeilen. Daarnaast bieden digitale vormen van ontwerp en fabricage ook andere voordelen, zoals een grotere vormvrijheid. Digitalisering opent deuren om alternatieven te ontwikkelen voor bestaande (bouw)processen en de daaraan verbonden commerciële belangen. Dit leidt tot heroverweging van materialen en methodes, waarbij andere waarden dan financiële waarden, zoals duurzaamheid, welzijn voor mens en dier en rechtvaardigheid, kunnen prevaleren. Vier voorbeelden van onderzoek die hieronder voorbijkomen, illustreren de breedte van dit speelveld.

Het eerste voorbeeld laat zien dat ontwerpers met behulp van digitale middelen mogelijkheden kunnen creëren om samen te werken met architecten. In het project Tooling for dynamic architecture van RNDR studio for interactive media design wordt in samenwerking met architectuurstudio RAP onderzoek gedaan naar de integratie van (bewegend) licht of beeld in architectuur. Dit levert een responsieve leefomgeving op die de betrokkenheid van gebruikers of passanten bij hun omgeving kan vergroten. Zeker wanneer het in de openbare ruimte staat, wekt lichttechnologie op een heel directe manier de interesse van voorbijgangers.

3D-visuals van complexe constructies gebaseerd op de ontwerpmethodiek waarmee Antoni Gaudi de structuur van de Sagrada Familia uitdacht
3D-visuals door Summum Engineering, beeld: Erron Estrado en Eric Barendse

Het volgende voorbeeld toont aan dat 21ste-eeuwse ambachten als programmeren en parametrisch modelleren ook het ‘oude’ bouwambacht als inspiratiebron kan hebben. In het onderzoek Branch Out! van Summum Engineering vormt de bouwgeschiedenis zelfs de belangrijkste inspiratiebron. De ontwerpmethodiek waarmee Antoni Gaudí de structuur van de Sagrada Familia uitdacht, is met behulp van software omgezet van een tweedimensionale naar een driedimensionale wijze van ontwerpen. Het onderzoek verrijkt bestaande vakkennis door complexe rekenkundige oefeningen met de computer te laten uitvoeren. Het modelleren van constructies in de computer staat zo in dienst van het verdiepen en beter toepasbaar maken van het bouwambacht.

Dan het project Coraltecture van Shaper & Maker (Nadia Fani), dat zich met niets minder dan met het voortbestaan van de planeet bezighoudt. Door gesteente te produceren waar onderwaterleven zich aan kan hechten, is het mogelijk koraal zich te laten herstellen op plekken waar het verdwenen is. Het onderzoek positioneert zich buiten het traditionele ontwerpveld, door de levende natuur als opdrachtgever te nemen. Toch verschilt de onderzoeksmethode niet veel van de andere onderzoeken die technologie inzetten om processen van afbraak en vervuiling om te keren.

Met het simuleren van natuurlijke processen ontstaat vanzelfsprekend ook meer kennis van de natuur. Op een vergelijkbaar fundamenteel niveau is het vierde en laatste onderzoek SHELL_ter van Studio Sway gericht op het duiden van materiaaleigenschappen, in dit geval van eierschalen. Het onderzoek maakt onderdeel uit van een langer lopende studie naar natuurlijke, (deels) poreuze, biologisch afbreekbare en, in ultieme zin, regeneratieve materialen. Het onderzoek is nog niet afgerond maar heeft door de betrokkenheid van een aantal wetenschappers wel een stevige basis gecreëerd voor een vervolg.

De risicomijdende houding van opdrachtgevers beperkt innovatie.

Vernieuwing van binnenuit

Elk van de zeven bovengenoemde projecten is een verkenning van een zijpad dat wegvoert van de smalle route waarop de bouw zich momenteel bevindt. Als voorbeeldprojecten helpen ze architecten en ontwerpers beter uit te rusten voor de uitdagingen van de toekomst. Veel bureaus in de ontwerpsector zijn echter klein en hebben daardoor een beperkt bereik met hun onderzoek. Ook vindt onderzoek plaats in tamelijk geïsoleerde onderzoeksgroepen, die afhankelijk zijn van beperkte of tijdelijke financiering. Langjarig onderzoek dat uitmondt in publicaties bij grote uitgevers en in populaire media, is voor weinig ontwerpers haalbaar. Omdat in de ontwerpwereld de omvang en het bereik van onderzoek beperkt is, is de reeds bestaande kennis en actuele kennisontwikkeling voor de meeste ontwerpers moeilijk te overzien.

Des te belangrijker is het dat onderzoeksresultaten weerklank vinden bij opdrachtgevers in de bouw. Zoals hierboven al opgemerkt zijn er opdrachtgevers, zoals musea, die materiaal- en procesinnovaties omarmen om hun gebouwen, of de publieke ruimte, zeggingskracht te geven. Maar buiten deze publieke opdrachtgevers is de toepassing van nieuwe technieken of materialen moeizaam. De meeste opdrachtgevers kiezen voor een zo efficiënt mogelijk bouwproces en dus aan beheersing van kosten en tijd. Deze risicomijdende houding beperkt innovatie.

Het is dan ook van groot belang dat ontwerpers zich met veel nieuwsgierigheid blijven ontwikkelen en onderzoek kunnen doen naar innovatieve bouwmethodes om de toepassing van kansrijke materialen te verkennen. Al dan niet ondersteund met digitale middelen, zijn ze in staat de bouwpraktijk van binnenuit te vernieuwen. Hiermee verbreden ontwerpers hun rol en voorzien ze hun werk van maatschappelijke relevantie - bijvoorbeeld door aandacht te vragen voor vervuiling door onnodig hoge CO2-uitstoot. De huidige bouwwijze die nog sterk leunt op beton en staal grijpt namelijk diep in op de gezondheid van mensen, dieren en planten, en put de ondergrond uit. Er zijn, simpelweg, alternatieven nodig.

Teun van den Ende is onafhankelijk schrijver en onderzoeker. Hij verdiept zich in het (online) debat over de transformatie van stad en landschap.