Gespräch

Jede Waschmaschine ist intelligenter als unsere Brücken und Gebäude

Mike Schlaich über neue Ansätze für energetisches Bauen

Professor Mike Schlaich fordert ein ganzheitliches und übergreifendes Denken in Entwurf, Konzeption und Konstruktion als Antwort auf die energetischen Herausforderungen der Zukunft. Und arbeitet mit ganzer Energie an denkenden Brücken, Solarkraftwerken und wärmedämmendem Beton. Wir besuchten ihn zum Interview in seinem Institut.

Herr Professor Schlaich, wenn Sie das Wort „Energie“ hören – an was denken Sie spontan?
Zuerst denke ich: „Mit Energie an etwas herangehen!“ Und an dieses Institut: an die  Aufbruchstimmung, die ich hier spüre. Hier kommt wieder richtig etwas in Schwung! Und ich denke an den Infraleicht-Beton, mit dem wir uns beschäftigen.

Sie haben seit vier Jahren den Lehrstuhl für Entwerfen und Konstruieren im Bereich Massivbau am Institut für Bauingenieurwesen der Technischen Universität Berlin inne. Was hat sich hier seit Ihrem Antritt getan?
Wir haben aus der Not, vom Diplom-Studiengang zu den Bachelor/Master-Abschlüssen wechseln zu müssen, eine Tugend gemacht und das klassische Ingenieursstudium anders strukturiert. Dabei kann man von keiner Revolution sprechen – aber von wesentlichen Veränderungen: Wir haben das werkstoffübergreifende Entwerfen und Konstruieren eingeführt.

Gab es früher jeweils spezifische Lehrstühle für Massivbau, Stahlbau, Holzbau, so haben wir heute drei Professuren für den Bereich Entwerfen und Konstruieren. Wir lehren jetzt nicht mehr Massivbrücken beim Massivbau-, Stahlbrücken beim Stahlbau-Professor, sondern Brückenbau 1, 2 und 3. Das ist für die Studierenden viel verständlicher, weil praxisnäher. Der Grund für diese maßgebliche Veränderung liegt darin, dass die klassische Ingenieursausbildung, in deren Rahmen hauptsächlich das Berechnen und Dimensionieren gelehrt wird, heute längst nicht mehr ausreicht. Denn der Bauingenieur, der traditionell einen Balkon bemessen, Bewehrungen integrieren und Statiken berechnen kann – der wird unter Umständen wirklich zum „Statiker“. Für uns ist das Wort eher ein „Schimpfwort“, weil das längst nicht genug ist. Das Entwerfen und Konstruieren beinhaltet natürlich das Dimensionieren und Berechnen, aber eben auch das Konzipieren! Anders gesagt: Der Ingenieur muss einen Bauherrn auch beraten können. Das Entwerfen und Konzipieren entsteht aus einem technischen Kontext heraus, der sich jedes Mal anders darstellt. Hier flexibel und eben auch beratend tätig zu sein, das lernen die Bauingenieure in Deutschland wie auch weltweit viel zu wenig.

Wenn Sie über Entwerfen und Konzipieren sprechen, welche Rolle spielen dabei schärfere energetische Anforderungen? Denken Sie, dass diese Entwicklungen einen grundsätzlichen Einfluss ausüben werden?
Selbstverständlich! Als Ingenieure versuchen wir, Generalisten zu sein. Und als Ingenieure sind wir zuständig für die gesamte gebaute Infrastruktur. Das können Straßen, Brücken, Türme oder Hallen sein. Lediglich an einem Ende dieses breiten Spektrums sind es die Einfamilienhäuser und Bürogebäude, die wärmegedämmt sein müssen. Will sagen: Unser Aufgabenspektrum ist größer. Und es ist ein  Unterschied, ob ich in Afrika eine Straße baue oder mit einem Architekten an einem Tisch sitze,  wenn es um den Bau eines Gebäudes geht. Und eben weil dieses Spektrum so groß ist, sagen wir in der Lehre: „Leute, ihr müsst überall einen Beitrag zur Baukultur leisten!“ Schlechte Baukultur ist uns allen bekannt genug. Daher die Forderung: Auch eine Straße in Afrika oder eine Lagerhalle an ganz anderem Ort sollte mit einem gewissen entwerferischen, mit einem baukulturellen Anspruch angegangen werden.

Der nächste relevante Aspekt ist die Teamarbeit: Wir planen heute eben nicht nur als Bauingenieure, sondern im Team – mit dem Architekten und dem Bauphysiker. Teamarbeit heißt Aufgaben ganzheitlich anzugehen im Sinne der Qualität. Zum Beispiel geht es darum, wie das Tragwerk eines Gebäudes so verbessert werden kann, dass auch die Bauphysik optimiert wird. Schauen sie sich die neuen Gebäude von Foster an, in denen Strömungen und Konvektionen über das Tragwerk gesteuert werden – durch Lichtschächte, durch Freiflächen und Rohre. Wie kann man Lüftströme so steuern, dass sie ein Gebäude im Winter besser wärmen und im Sommer besser kühlen? Das sind ganz relevante Fragen. Ich persönlich ziehe die Teamarbeit vor. Dieser gemeinsame Arbeitsansatz hat auch etwas mit Energie zu tun: Jeder, der Arbeit – und damit eben eigene Energie – in die Teamarbeit investiert, geht auf diese Weise viel effizienter damit um.

Um den Bestand zu sanieren werden Bauteile ausgetauscht oder ganze Gebäude gedämmt. Inwieweit können ganzheitliche Überlegungen bei bauteilbezogenen Planungen überhaupt eine Rolle spielen?
Wenn ich den vielfach schönen Bestand anschaue, den wir in unseren Städten haben, dann fällt mir die Vorstellung schwer, dass all diese Gebäude mit neuen Fassaden versehen werden sollen, um deren energetische Eigenschaften zu verbessern. Die Gebäude, die sie am besten auf bauphysikalischem Wege energetisch verbessern können, sind tatsächlich die Plattenbauten. Anders ist es bei einer solchen alten Halle, in der wir gerade sitzen. Hier heißt die Entscheidung ganz einfach: Abriss – oder sich damit abfinden, dass dieses Gebäude eine Energieschleuder ist. Niemand schafft es, die hier eingesetzten Glasflächen wirklich wärmedämmend und wirtschaftlich zu gestalten. Und so gibt es zahlreiche Stellen, an denen wir ganzheitlich und energetisch sinnvoll arbeiten können. Aber es gibt auch solche, wo dies keinen Sinn macht. Ich denke, dass es aber auf der anderen Seite auch gilt,  arüber nachzudenken, wie wir die Energiegewinnung optimieren können, ohne mehr CO2 auszustoßen. Auch hier können die Ingenieure einen wichtigen Beitrag leisten.

Bei der energetischen Optimierung von Bestandsgebäuden, aber auch im Neubau werden verstärkt Schichten unterschiedlichster Werkstoffe verwendet – was zu einer zunehmenden Komplexität führt und die Frage nach der Recyclingfähigkeit aufwirft. Mit der Entwicklung des Infraleicht-Betons zeigen Sie einen ganz anderen Weg auf: Sie haben ein Material entwickelt, das in sich homogen ist und dennoch modernen Anforderungen entspricht.
Ich gehe davon aus, dass der Infraleicht-Beton in erster Linie beim Bau von Einfamilienhäusern Anwendung finden wird, weil seine Festigkeit besonders für Wände geeignet ist. Bei Hochhäusern oder gar Brücken sieht es anders aus. Hier reicht einerseits die Festigkeit des Infraleicht-Betons nicht aus, andererseits wird beim Hochhausbau die Technik immer wichtiger, die in den Bau zu integrieren ist. Hier werden also integrierende Elemente allein aus wirtschaftlichen Gründen immer eine wesentliche Rolle spielen. 

Beim Einfamilienhaus kann es sinnvoll sein, das Gebäude sozusagen „am Stück zu gießen“ – und dann sagen zu können: fertig – das war's. Wobei natürlich auch der Infraleicht-Beton alternativ bestückt werden kann, beispielsweise mit Glasfaserbewehrung. An diesem Thema arbeiten wir gerade. Wenn man mit Sichtbeton arbeitet, ist man ja praktisch gezwungen, die Installationen bereits in die Wände einzubauen. In unserem Privathaus wird auch die Lüftung im Beton geführt. Auf die komplexe Kombination mit organischen Dämmstoffen wird hier verzichtet – was die Recyclingfähigkeit sicherlich verbessert.

Aber ich bin auch der Meinung, dass eine höhere Komplexität nichts Negatives ist! Ich denke, dass wir uns der Zukunft stellen müssen. Denken sie an unsere Autos, die immer komplexer werden: Wir bauen sie immer leichter, um Energie zu sparen – und sind daher angewiesen auf besondere Technologien, die verhindern, dass wir ob des mangelnden Gewichts nicht aus der Kurve ahren. Warum versuchen wir nicht zumindest darüber nachzudenken, wie weit wir das auf unsere Bauwerke übertragen können? Das finde ich beeindruckend. Und gleichzeitig ist es bedauerlich, dass wir so etwas im Bauwesen nicht haben! Jede Waschmaschine ist intelligenter als die Brücken, die wir bauen – und tatsächlich ist das ein weiterer Forschungsansatz, den wir hier in unserem Institut  erfolgen. Warum sollten wir die Mikrosystem-Technologie, die wir für die Steuerung des Airbags im Auto nutzen, nicht auch in unseren Bauwerken einsetzen? So wie wir das bei unserem Brücken-Projekt machen, bei dem wir mit Sensoren und künstliche Muskeln arbeiten, um Schwingungen auszugleichen. Genau so sollte man aus Nachhaltigkeits- und aus Energieüberlegungen auch im Bauwesen denken und sagen: Weil das Bauwerk jetzt wackelt, mache ich es nicht wieder schwerer, sondern ich versuche intelligent zu dämpfen.

Das ist auch eine Gratwanderung! Wie weit rechtfertigt sich der zusätzliche technische Aufwand, den wir betreiben müssen, um Ressourcen zu sparen?
Ich glaube an den Fortschritt! Unsere Flugzeuge und Autos benötigen nur deshalb immer weniger Treibstoff, weil sie u. a. über ganz neue Hightech-Einspritzpumpen verfügen. Sie können zwar heute einen Motor nicht mehr selbständig reparieren – aber dafür sparen sie Energie. Wir sind also bereit, das Manko des Selbst-Reparieren-Könnens in Kauf zu nehmen und setzen dafür neue Technologien ein – damit wir weniger und langfristig vielleicht gar kein Benzin mehr benötigen. Warum sollten wir das nicht auf das Bauwesen übertragen und Hightech-Fassaden entwickeln? Ein Mobiltelefon, auch ein Auto, hat eine überschaubare Lebensdauer – und wird anschließend von neuen Produkten abgelöst. Das alte Produkt wird recycelt und an anderer Stelle dem Stoffkreislauf zugeführt. Dieser Kreislauf spielt eine immer wichtigere Rolle. Ein klassisches Gebäude unterscheidet sich natürlich von einem solchen Produkt, da es nicht schon nach  20 Jahren wieder auseinandergeschraubt werden sollte. Das ist das wirkliche Problem. Und hier können sie ruhig schreiben, dass ich mich jetzt am Kopf gekratzt habe... An dieser Stelle stehen wir – und versuchen herauszufinden, wie wir die Innovationen aus anderen Industrien auf unser Metier übertragen können.

Jeder baut sich gerne sein Haus für ein Leben. Und beim Bau einer Brücke schreibt der Bauherr in der Regel eine Lebensdauer von 100 Jahren vor. Wir bauen also immer wieder Prototypen, die für eine  ange Zeit gebaut werden. Früher gab es diese Chefschreibtische mit eingelassenen Bildschirmen zum aufklappen. Übertragen sie das auf den Nachhaltigkeitsaspekt von Gebäuden: Wollen sie alle drei Jahre den Schreibtisch – also im übertragenen Sinne das Gebäude – wegwerfen, nur weil sich die  ildschirmtechnologie geändert hat? Niemand tut sich wirklich einen Gefallen, so mit dem Hochbau  um zugehen – also ein Gebäude, das für 100 Jahre geplant ist, so sehr von einer Technologie abhängig zu machen, die alle zehn Jahre ausgetauscht wird. Ziel sollte sein, nicht den Schreibtisch wegwerfen zu müssen, wenn sich die Technologie ändert, sondern einzelne Module auszutauschen, die in  Zusammenhang mit Komfortkriterien, nicht aber mit Tragfähigkeitskriterien stehen. Wir müssen also zunächst sicherstellen, dass das Tragwerk hält. Und erst in einem zweiten Schritt schauen wir uns die Gebrauchstauglichkeit an: Wo sind die Schwingungen, wo die Verformungen? Und diese können wir mit neuen Technologien ausgleichen.

Sie forschen auch auf dem Gebiet der Energieerzeugung. Ihr Büro entwickelte unter anderem ein  Aufwindkraftwerk.
Wenn Sie sich die vielen Gebiete auf der Erde anschauen, die über viel Sonneneinstrahlung verfügen und in denen gleichzeitig ungenutzte Wüstenlandschaften vorherrschen, liegt es nahe, darüber nachzudenken, wie wir diese Regionen solartechnisch nutzen und damit alle energetischen Probleme der Welt lösen könnten.  Einfach ist dies natürlich nicht – aber es ist vielversprechender als die in Deutschland angewandte Photovoltaik. Hier werden für viel Geld und auf Kosten der Steuerzahler Anlagen auf Dächern installiert, die wenig effizient sind. In den Wüstengebieten der Erde, wo viel Sonneneinstrahlung vorherrscht, zentral Energie zu erzeugen – das könnte zumindest eine Möglichkeit sein. Hier böte sich die Technologie des Aufwindkraftwerks an.

Wie schätzen Sie die Entwicklung alternativer Energieerzeuger ein?
Es gibt zahlreiche interessante Entwicklungen! Neben den Windrädern, die eine positive Entwicklung verzeichnen, gibt es die so genannten Rinnenkraftwerke: Lange Rinnen, durch die ein ölgefülltes Rohr geführt wird, auf das sich die Strahlen der Sonne konzentrieren. Dieses heiße Öl wird in eine Turbine geführt und erzeugt Gas oder Dampf. Gerade in Spanien wurden 20-, 30- und 40-Megawatt-Kraftwerke gebaut, in Kalifornien Kraftwerke mit hunderten, weltweit mit zig Megawatt. Auch diese Rinnenkraftwerke sind zukunftsweisende zentrale Energieproduzenten. Aber es gibt auch Anlagen mit einem einzelnen, runden Spiegel, dessen Strahlung auf einen Punkt fokussiert – und die, ähnlich wie die Photovoltaik, dezentrale Energie produzieren können. Die Photovoltaik bietet eher dezentrale Möglichkeiten wie die Energieversorgung für Taschenrechner. Oder für denjenigen, der oben auf einem Berg in unerreichbarem Gelände eine Alternative für einen Dieselgenerator einsetzen möchte. Überall dort, wo man ein Stromkabel hinführen kann, ist eine zentrale Versorgung meiner Meinung nach sinnvoller. Schließlich gibt es das große Aufwindkraftwerk, an dem wir in unserem Büro schon lange arbeiten. Das Aufwindkraftwerk ist ein Teil einer ganzen Kette von solarthermischen, Wind- und Marine-Kraftwerken, mit denen wir uns in unserem Büro beschäftigen.

In welchem Stadium befindet sich die Entwicklung der Aufwindkraftwerke?
Die Entwicklung ist weit vorangeschritten. Einen kleinen Prototypen hatten wir bereits in den achtziger Jahren in Spanien getestet. Inzwischen sind 20 Jahre Forschung und Entwicklung in das Projekt eingeflossen, es wurden Dissertationen geschrieben, Windkanalversuche durchgeführt, Machbarkeits- und Finanzierungsstudien erstellt. Die große Herausforderung bei diesem Projekt ist die Anfangsfinanzierung, die sich erst dann rentiert, wenn der Ölpreis bei 80 US-Dollar pro Barrel liegt. Die Idee ist, mit dieser Technologie in die heißen Wüstenländer zu gehen und langfristig einen Ersatz für das Erdöl zu etablieren. Die Anlage könnte sofort gebaut werden. Die Technologie selbst ist  vergleichsweise einfach: Sie haben ein Glasdach, eine Art Gewächshaus. Die Luft unter dem Gewächshaus wird durch die Sonne erwärmt. Sie haben in der Mitte einen Kamin. Die Sogwirkung des Kamins hilft, die sich erwärmende Luft nach oben zu ziehen. Sie erzeugen letztendlich Wind. Jetzt  müssen sie nur noch ein Windrad oder eine Turbine installieren, um Strom zu erzeugen. Natürlich benötigen sie für eine solche Anlage viel Fläche – und Sonne! Eine Installation ab einer Breite südlich von Madrid wäre ausreichend. Die erforderlichen Materialien bestehen letztlich nur aus Sand –
nämlich Glas und Beton. 

Werden wir uns in 20 Jahren um die Themen Versorgung, Einsparung und Dämmung keine Gedanken mehr machen, weil wir auf dezentrale, gebäudebezogene Energieerzeugung zurückgreifen können?
Hier muss ich vorsichtig antworten. Mir gefallen die Rolling Stones aber ich habe schon Interviews mit Mick Jagger gelesen, in denen er sich zu Themen der Politik äußert ... Ich bin Bauingenieur, und mein Wissen über den Einsatz der Geothermie hält sich in Grenzen. Ich kann sagen, dass bei mir zu Hause die Geothermieanlage reibungslos funktioniert und ich mein Haus mit 1000 Euro im Jahr beheizen kann. Was ich sagen möchte: Ich gehe an dieses Thema eigentlich auch ganz naiv heran – und stelle mit großem Erstaunen fest, dass es heute Technologien gibt, die dem normalen Häuslebauer das Leben leicht machen. Die Dreifachverglasung meines Hauses hat mich 10 Prozent mehr gekostet als eine Doppelverglasung. Geothermieanlagen werden heute ab Katalog verkauft. Wir sprechen also von einer schon längst etablierten Technologie!

Bleibt für Sie als Professor auch noch Zeit und Gelegenheit für die Forschung?
Ja, selbstverständlich. Ein Forschungsbereich ist der Infraleicht-Beton. Das materielle Spektrum des Werkstoffs Betons weist eine große Bandbreite auf, von hochfest bis ganz leicht und weich – und nicht zuletzt wärmedämmend. Gerade diesen Aspekt haben wir uns auf die Fahnen geschrieben. Wir beschäftigen uns seit geraumer Zeit mit dem energiesparenden Beton, der sowohl nachhaltig als auch ökologisch optimiert ist, der es aber auch erlaubt, monolithische Sichtbetonbauten zu realisieren, ohne weitere organische Dämmstoffe einzubauen zu müssen. Dieser Beton ist derzeit noch teuer. Ob er wirklich zu 100 Prozent lifecyclegerecht ist, wird sich zeigen. Aber wir sind zuversichtlich. Ein Aspekt unserer Forschung besteht in der Herstellung und Verarbeitung der Ton- oder Glaskügelchen, die diesem Beton beigemischt werden.

Das Schöne an der Universität ist ja, dass wir sagen können: Wir wollen einmal sehen, was man aus diesem Werkstoff Beton herausholen kann, wie weit man ihn wärmedämmend monolithisch verbauen kann.

Steht die Entwicklung des wärmedämmenden Betons erst am Anfang?
Ich denke, dass wir am Anfang stehen. Schon in den achtziger Jahren hat die Firma Züblin mit Schaumbeton gearbeitet. In der Schweiz gibt es das berühmte und schöne Haus von Patrick Gartmann, gebaut mit einem Infraleicht-Beton. Ähnliche Entwicklungen gibt es auch bei uns in Deutschland. Wir verfügen also durchaus über Erfahrungen, auf die wir zurückgreifen können. Mit dem von uns an der TU entwickelten Beton haben wir die Wärmeeigenschaften dieses Werkstoffs noch einmal deutlich verbessern können.

Was war für Sie die Motivation, Ihr Privathaus in Berlin aus Beton zu bauen?
Zunächst einmal: Ich habe es gern, wenn etwas lange steht. Und trotz allem, was ich eben zum Thema Bauen im Bestand gesagt habe, bin ich der Meinung, dass ein Gebäude nicht nach 15 Jahren abgerissen werden muss. Wir haben eben festgestellt, dass die Technologie im Bauwesen nicht ganz so schnell fortschreitet wie z.B. im Bereich der Mobiltelefonie. Mir persönlich ist es schon lieb, ein Haus zu bauen, in dem auch noch meine Kinder leben können. Ein dauerhaftes, robustes Haus. Und da ist der Werkstoff Beton für mich die Nummer eins. Das war die Ausgangssituation – ganz unabhängig davon, dass meine Frau Architektin ist und ich nun einmal von Beruf Massivbauprofessor bin. Da wir beide nicht alle drei Jahre die Fassade neu malen wollen, von der darüber hinaus in der Regel nach 15 Jahren der Styropor abbröckelt, kamen wir auf die Idee, monolithisch mit Sichtbeton zu bauen. Das hat sich bewährt. Natürlich hatten wir dabei das Problem, dass Beton die Wärme nicht gut dämmt. Wir hatten aber den Vorteil dieses Synergieeffektes, dass wir uns hier am Institut mit dem Thema Beton und Wärmedämmung befassen. Und der geplante Hausbau war wiederum Anlass, auch meine  oktoranden zu motivieren, sich forciert mit diesem Thema zu befassen. So wurde hier am Institut der wärmedämmende Beton entwickelt, den wir für den Bau unseres Hauses eingesetzt haben.

Ich muss aber auch sagen: Am Werkstoff Infraleicht-Beton wird noch geforscht – und es muss noch einiges investiert werden, um energetische wie auch Fragen z. B. nach dem Energieverbrauch für die  erstellung der Blähton- oder Blähglaskügelchen zu klären. Oder, anders formuliert, zu klären, wo wir Abfallstoffe beispielsweise aus Kraftwerken finden, die es ermöglichen, die Kosten für die  lähtonkügelchen zu reduzieren. Eine weitere Frage, der es im Rahmen der Forschung nachzugehen gilt, ist die der Optimierung der Zuschlagsstoffe sowie die nach dem konstruktiv-statischen  erkstoffverhalten. In diesem Zusammenhang z. B. die Fragestellung, wie Decken aus Normalbeton auf Wände aus Infraleicht-Beton aufgelagert werden können. Hier gibt es noch einigen Forschungsbedarf, und gerne würden wir noch zwei weitere Dissertationen zu diesen Fragestellungen ermöglichen.

Ein großer Vorteil dieses Forschungsprojektes besteht sicherlich darin, dass wir hier sagen können: Wir haben wirklich schon probiert, mit diesem Material ein Haus zu bauen. Und dieses Haus steht und funktioniert.

Herzlichen Dank für das Gespräch.

Linktipps:
TU Berlin Institut für Bauingineurwesen - Entwerfen und Konstruieren
Objektbericht zum Wohnhaus von Mike Schlaich