Bei der sogenannten Ingenieurbiologie werden Pflanzen und Pflanzenteile zur Stabilisierung von Bauwerken verwendet, sowie als Erosionsschutz, sagt Rosemarie Stangl vom Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau (IBLB) der Universität für Bodenkultur (BOKU) in Wien. In der Landschaftsbautechnik würde man wiederum mit härteren Naturmaterialien wie Holz und Stein zum Beispiel für die Pflasterung von Freiräumen und anderen Aufenthaltsflächen sorgen. „Eine Sparte, die jetzt immer relevanter und brisanter wird, ist aber der Rückbau, um die Siedlungsräume zu begrünen“, sagt sie. In der Forschung würde man dafür ganz spezielle, leistungsfähige „technische Substrate“ entwickeln. Sie könnten überall dort eingesetzt werden, wo zuvor großflächige Flächen asphaltiert und betoniert wurden, ohne dass es unbedingt nötig war (also primär aus Kostengründen).

Die CO2-Hauptlast entsteht bei der Zementherstellung – rund acht Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen kommen aus der Zementproduktion: Der Rohstoff Kalkstein muss auf 1.450 Grad erhitzt werden. Dabei entstehen 40 Prozent der Treibhausgas-Emissionen beim reinen Verbrennungsprozess, 60 Prozent werden durch die chemische Reaktion bei der Kalksteinverbrennung freigesetzt.

Die Zementanlagen – vor allem in Österreich – seien bereits äußert effizient. Da ist laut Merta kaum mehr etwas herauszuholen. Ökologisch gesehen sei also der Hauptansatzpunkt, „wie viel Zement bringt man in den Beton“. Außerdem gehe es unter anderem darum, alternative Bindemittel zu entwickeln, um den klassischen auf Kalkstein basierenden Zement zu reduzieren beziehungsweise teilweise zu substituieren. Die neuen Produkte müssen idealerweise Eigenschaften wie der klassische Zement aufweisen.

Es braucht also Alternativen. So soll etwa Zementklinker, der gebrannte Bestandteil des Zements, der für die Aushärtung unter Beimengung von Wasser zuständig ist, teilweise durch getemperte (kalzinierte) Tone, die weltweit recht breit verfügbar sind, ersetzt und damit die CO2-Bilanz des Betons verbessert werden. Da die Verbrennungstemperatur von getempertem Ton rund bei der Hälfte von Kalkstein liege, werde insgesamt 30 bis 40 Prozent weniger CO2 ausgestoßen.

Beton ist auf dem Weg

„In den vergangenen zwei Jahren hat sich sehr viel in Österreichs Beton- und Zementbranche getan“, freut sich auch Joachim Juhart, Leiter der Arbeitsgruppe mineralische Baustoffe am Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie mit angeschlossener TVFA für Festigkeits- und Materialprüfung der TU Graz. Der Stand der Dinge sei nämlich, dass die europäische Zementindustrie eine Dekarbonisierungs-Roadmap aufgelegt hat – also Pfade zur CO2-Reduktion in der Zement- und Betonherstellung – und die heimische Zementindustrie folgt diesen Wegen.

CO2-reduzierte Zemente seien bereits vergangenes Jahr auf den Markt gekommen, heuer sollten weitere folgen. Neue, mit einer nochmals verbesserten CO2-Bilanz ausgestattete Produkte würden ebenfalls knapp vor der Marktreife stehen. Weiters plädiert Juhart für ein einheitliches Normen- und Regelwerk, das die CO2-Last über alle Baustoffe hinweg vergleichbar macht.

Beim klassischen Holzhaus werde meist vom Fertigteilhaus ausgegangen. Das sei eine relativ effiziente Rahmenbauweise mit Dämmstoffen und Werkstoffplatten, erläutert Johannes Konnerth vom Institut für Holztechnologie und Nachwachsende Rohstoffe der Universität für Bodenkultur (Boku) in Wien: „Vor ungefähr 20 Jahren ist dann das Brettsperrholz (BSP) unter maßgeblicher Mitwirkung von Gerhard Schickhofer, Leiter des Instituts für Holzbau und Holztechnologie der TU Graz, entwickelt worden, das besonders den mehrgeschoßigen Holzbau im urbanen Raum vorangebracht hat. BSP ist ein flächiges Material mit dem man massive Holzwände bauen kann. BSP-Platten in Kombination mit Brettschichtholz (BSH-Trägern) haben in den vergangenen Jahren durch diverse Leuchtturmprojekte gezeigt, dass mit ihnen effizient mehrgeschoßige Gebäude auch im städtischen Umfeld realisierbar sind“, so Konnerth.

Einsatz von Laubhölzern ausweiten

„Die Holztechnologie in Österreich hat sich seit jeher mit Nadelbäumen beschäftigt und erst mit ausreichender Verfügbarkeit das Laubholz miteinbezogen“, erzählt wiederum Thomas Schnabel, Forschungsleiter am Studiengang Holztechnologie & Holzbau an der Fachhochschule Salzburg. Mittlerweile gebe es bereits Laubholzprodukte, die im Bau für hoch beanspruchte Bauteilelemente eingesetzt werden können.

Die Forschungsanstrengungen bezüglich Laubhölzern würden verstärkt, bestätigt auch Konnerth. „Das sind Holzarten, die andere Eigenschaften aufweisen und völlig anders zu behandeln sind. Wenn wir den Holzbau massiv steigern wollen, muss aus den bestehenden Ressourcen mehr herausgeholt werden. Dabei sollten außerdem neue Prozesse entworfen werden“, erklärt der Experte. Künftig werde man wohl traditionelle Fertigkeiten mit innovativen Technologien kombinieren müssen. Diesbezüglich sind die Wissenschafter aber zuversichtlich. „Wir haben in Österreich einen sehr guten Anteil an innovativen Betrieben. Das zeichnet uns aus, daher zählen wir zu den führenden Ländern bei der Holzverarbeitung und im Holzbau“, ist Konnerth überzeugt.

In anderen Projektphasen spielt BIM ebenfalls seine Stärken aus: Das 3D-Modell kann in diverse automatisierte Fertigungsprozesse überführt werden oder man visualisiert die Daten und spaziert durch das Gebäude. „Auch die Kreislaufwirtschaft funktioniert nur, wenn es eine digitale Gebäudedokumentation gibt. Wenn man aus irgendwelchen alten Plänen rausziehen muss, welche Materialien da verbaut sind, wird das nicht klappen. Unmöglich“, ist Robbi überzeugt. BIM sei die Grundlage für die darauf aufbauende Anwendung von vielen weiteren digitalen Use Cases und Technologien.

Hürden in drei Bereichen

Allerdings gebe es noch Hürden in drei Bereichen: Erstens bei Fachpersonal und Kompetenz, zweitens bei der Standardisierung und den Schnittstellen sowie drittens bei den internen Prozessen. Entsprechend geschultes Personal sei derzeit kaum verfügbar. „Die Mehrheit der Architektur- und Ingenieurbüros besteht nur aus ein paar Leuten. Wenn die einen großen Technologiewechsel machen und ihre Mitarbeiter schulen müssen, ist das für viele nicht leistbar“, meint Kevin Bauer, Global Business Development Manager bei Siemens.

Auch in der Ausführungsvorbereitung scheint die Digitalisierung schon vorangeschritten. Angebotseinholung und Auftragsvergabe sind über entsprechende Plattformen möglich. Für die Einschätzung, wie teuer ein neues Gebäude wird, kann man künstliche Intelligenz, die auf die Auswertung vergangener Projekte trainiert worden ist, nutzen. Eine aktuelle Herausforderung ist laut Stöckl, dass man einen ausreichend großen Datensatz hat. Kein Problem ist hingegen die Virtualisierung von Räumen. Der potenzielle Käufer eines Gebäudes oder einer Wohnung kann sich mit einer 3D-Brille durch die Räumlichkeiten bewegen und sich überlegen, welche Bodenausstattung er wählt.

Beim Schritt von digitalisierten Planungsprozessen in die operativen Einheiten gibt es insgesamt die größten Schwierigkeiten. „Genau da hängt es. Auf der Baustelle ist man noch im Experimentierstatus. Das sind selbst bei ganz großen Unternehmen eher Pilotprojekte“, so ein Branchenkenner. Viele Ansätze würden durch die Unmenge an Schnittstellen und Insellösungen im Keim erstickt. Ideen zur Digitalisierung der Prozesse sind jedenfalls keine Mangelware. Ein Beispiel sind KI und Bilderkennung über eine Kamera am Kran. „So könnte man nicht nur feststellen, ob eine Wand schon errichtet worden ist, sondern auch, ob eine Arbeitskraft einen Helm aufgesetzt hat oder sich in einem Gefahrenbereich, zum Beispiel dem toten Winkel eines Lkws, befindet“, sagt Stöckl.

Automatisierung noch nicht massentauglich

Gerade bei der Automatisierung von Bauabläufen gibt es laut den Experten großes Interesse der Branche. Von Massentauglichkeit könnte aber noch lange nicht gesprochen werden. Am weitesten verbreitet sei die Bestandserfassung mit Laserscannern auf der Baustelle. „Egal, ob mit Drohnen in größeren komplexeren Bausituationen oder durch einen Roboter-Hund, der herumläuft, das funktioniert sehr gut“, meint Robbi.

Bei der Fertigung sei man aber noch „meilenweit weg von Standardisierung“. Zwar gebe es Bohrroboter, die geometrische Informationen aus dem digitalen Modell als Basis nutzen, teilautomatisiert oder ganz automatisiert durch die Gegend fahren und Löcher bohren. Lohnen würde sich das aber erst ab 10.000 Bohrlöchern, etwa in Tunneln oder bei wirklich großen Objekten mit einer hohen Anzahl standardisierter Bohr-Situationen. In mittleren und kleineren Projekten sei nach wie vor der händische Weg der schnellste.

„Wir sind jetzt in einer Pilotphase, in der viele Sachen ausprobiert werden“, stellt auch Bauer fest. Vor allem die Kombination von BIM, Cloud Technologie und dem Internet der Dinge (IoT) mache spannende Projekte möglich, wie einen Bagger ans Internet anzubinden. „Der 2D- oder 3D-Plan liegt in der Cloud und der Bagger kann das ohne Gefahr und auf allen Baustellen automatisch abgraben. Wenn klar wird, dass das geht, wird sich das schnell durchsetzen.“

Smartness vom Gebäudetypus abhängig

Wie smart und digital Bauprojekte und Betrieb sind, hänge vor allem vom Gebäudetypus ab, so Bauer. Als Vorreiter sieht der Siemens-Manager beispielsweise internationale Pharmakonzerne. „In der Wohnungswirtschaft gibt es vonseiten der Entwickler hingegen kein großes Interesse, innovativ zu bauen und die Betriebskosten niedrig zu halten, weil ohnehin der Mieter zahlt und der Betrieb nicht kritisch ist. Ganz anders sieht das etwa bei Produktionsunternehmen aus: Die haben extrem hohe Betriebskosten, laufen teilweise 24 Stunden am Tag, sind extrem kritisch – eine Stunde Stillstand kann in die Millionen gehen – und da sind die Gebäudebesitzer auch die Gebäudebetreiber.“

Im Prinzip gehe es bei der Digitalisierung immer um drei Sachen: Betriebs- beziehungsweise Wartungskosten verringern, Energieeffizienz und die Verbesserung der Primärprozesse. Was die Energieeffizienz betrifft, fehle Gebäuden oft noch die notwendige Reaktivität. „Heute werden Gebäude im Vorhinein programmiert: Am 13. März wird es 22 Grad haben und da werden sich so und so viele Leute im Gebäude aufhalten. Der nächste Schritt wäre, dass sich das Gebäude an die Situation anpasst, weil es nicht jedes Jahr am 13. März 22 Grad hat und vielleicht viele im Homeoffice sind. Damit das funktioniert, muss ich das Gebäude einerseits mit Sensoren intelligent machen und andererseits mit der Cloud verbinden“, so Bauer.

„Wie der Bauarbeiter in 20 Jahren aussieht, kann ich nicht sagen, aber vielleicht wird er von einem Exo-Skelett unterstützt, vielleicht laufen Arbeitskräfte mit Augmented Reality-Brillen herum. Voraussichtlich werden Drohnen vermehrt eingesetzt und Bilderkennung ist sicherlich auch ein wichtiger Punkt. Künstliche Intelligenz unterstützt beim Entwurf von neuen Gebäuden und der Dokumentation“, erwartet Stöckl. „Künftig werden Mensch und Maschine sehr eng zusammenarbeiten, etwa beim Heben, Tragen, Fenster einrichten oder Türen einsetzen. Spritzen, Schweißen und Bohren übernehmen zum Teil die Roboter“, prognostiziert Robbi.

Ein weiteres Ziel müsse die funktionale Dichte sein, so Österreicher. „Die Raumplanung muss man so denken, dass es kurze Wege für die Mobilität und die Infrastruktur gibt. Es braucht die Stadt der kurzen Wege, damit man problemlos ohne Auto zum Einkaufen oder zur Arbeit kommt.“ Denn ein großes Problem sei die Zersiedelung – also Gebäude, die in großem Abstand zueinander stehen. Nicht nur, dass es hier keine Quartierseffekte gibt, auch andere Komponenten wie Energieinfrastruktur oder Straßen werden dafür in viel größerem Umfang gebraucht.

Die Bedeutung des Standorts betont auch Wallner-Novak. „Wir können ein noch so energetisch optimiertes Haus bauen, wenn wir mit dem Auto pendeln, zerstören wir das, was wir aufgebaut haben“, erklärt er. Ein weiteres Problem sei das starke Nutzflächenwachstum, also die Anzahl der Quadratmeter pro Person. „Das wird sich einpendeln, vielleicht sogar reduzieren müssen.“ Ein Haus mit 150 Quadratmetern Fläche, das nach dem Auszug der Kinder nur noch von zwei Leuten bewohnt wird, sei energetisch kein Gewinnbringer.

„Shared Housing“ und Gebäude in Lebenszyklen

Ein Konzept, das helfen könnte, kommt aus der „Shared Economy“. In einem Quartier ließen sich viele Räumlichkeiten gemeinsam nutzen, verdeutlicht Österreicher: Fitnessraum, Partykeller, eine gemeinsame Grünfläche. „Co-living“ oder „Shared Housing“ nennt sich dies im Englischen. Hier kommt ein Merkmal hinzu, welches der Expertin besonders wichtig ist: „Wir haben lange nur auf die Effizienz geschaut, die selbstverständlich wichtig ist. Aber es geht beim Wohnen auch um Suffizienz.“ Und an dieser Stelle sei es nun einmal fraglich, ob zwei Leute 150 Quadratmeter brauchen, oder ob weniger nicht ausreichend wäre.

Recycling kennt man eher aus der Abfallwirtschaft, doch für das Bauen der Zukunft ist dieses Konzept nicht weniger wichtig. „Wir müssen das Gebäude in Lebenszyklen denken“, erläutert Österreicher. Was gebaut wird, sollte möglichst zerlegbar sein, damit die Komponenten mit wenig Energie wieder verwendet werden können. Unterstützt wird dies durch „Building Information Modeling“ (BIM), einer digitalen Datenbank der Komponenten. „Letztlich kann man es sich vorstellen wie bei einem Holzkasten: Den können Sie schrauben oder kleben.“ Nur geschraubt lässt er sich einfacher wiederverwenden. Dies ist im Bau ebenfalls möglich.

Österreicher bekräftigt, dass es vor allem eins brauche: sanieren, sanieren, sanieren. Die Sanierungsquote in Österreich liege nämlich nur bei einem Prozent. Und die Langsamkeit dabei ließe sich einfach erklären: „Es fehlen rechtliche Rahmenbedingungen, sowie der ökonomische und politische Wille. Zum Beispiel muss man eine andere Herangehensweise finden, als nur einzelne Komponenten zu fördern.“ Die Wichtigkeit von Sanierung betonen auch die beiden Bauingenieure. „Man spart zwischen 50 und 80 Prozent an Ressourcen, wenn man umfassend saniert, anstatt abzureißen und neu zu bauen“, stellt Wallner-Novak klar.

Egal ob Klimaschutz, Raumplanung, Materialien oder Digitalisierung: Bauwirtschaft und -forschung werden massive Anstrengungen unternehmen müssen, um rasch Lösungen für die Gebäude der Zukunft zu entwickeln und umzusetzen. Letztendlich beeinflusst das unser aller Leben und Arbeiten.