Bouwen aan de toekomst: geavanceerde technologie verandert de blauwdruk van de bouw

De bouwsector maakt steeds vaker gebruik van geavanceerde technologie als 3D-printen om de productiviteit te verbeteren en de ecologische voetafdruk van de sector te verkleinen.

  • Is 3D-printtechnologie echt een game-changer?
  • Het printen van een stad: 3D-geprinte huizen en productiesteden
  • Beton wordt straks wellicht vervangen door duurzame 3D-printerinkt
  • De ultraduurzame, 3D-geprinte woonruimten van morgen zijn vrij van micro-organismen
  • 3D-geprinte woningen vertegenwoordigen onze veilige onderkomens van de toekomst

De bouwsector staat er al jaren om bekend niet erg open te staan voor verandering en het omarmen van nieuwe technologieën. Maar nu er dankzij de allernieuwste technologieën steeds duurzamere en kosten- en tijdbesparende bouwprocessen mogelijk zijn, begint dit te veranderen. De toekomst van de bouw zal dan ook veel digitaler zijn en veel meer op technologie gebaseerd. Slimme algoritmen zullen steeds vaker onderdeel worden van ontwerpprocessen, blockchain zorgt voor veilige datatransfers en additive manufacturing of 3D-printtechnologie maakt de on-site productie van op maat gemaakte bouwmaterialen mogelijk. Dit leidt weer tot een enorme vermindering van de CO2-uitstoot. De toekomst van de bouwsector rust op de fundamenten van de nieuwste technologieën die langzaam maar zeker volwassen worden.

Helaas heeft de COVID-19-pandemie aan veel sectoren enorme schade toegebracht en bedrijven proberen wanhopig het hoofd boven water te houden. Ook voor de bouw heeft de crisis gevolgen, waardoor de sector terughoudend is om nieuwe technologieën op grotere schaal te implementeren. De verwachting is dan ook dat de waarde van de wereldwijde 3D-printmarkt voor bouwconstructies tussen 2019 en 2020 zal dalen van $0,004 miljard naar $0,002 miljard, met een samengesteld negatief jaarlijks groeipercentage (CAGR) van -35,76 procent. Niet alles ziet er echter somber uit. Nieuwe technologie als 3D-printen en modulaire constructie heeft enorm veel voordelen en het is zeker niet zo dat de constructiesector geen waarde hecht aan intelligente oplossingen, vooral in moeilijke tijden als deze.

Is 3D-printtechnologie echt een game-changer?

Niet iedereen is echter even enthousiast over 3D-geprinte gebouwen, ondanks dat deze revolutionaire bouwmethode traditionele constructieprocessen op veel vlakken overtreft. Het leidt bijvoorbeeld tot enorme tijdsbesparingen, is veel kostenefficiënter en produceert minder afvalmateriaal. “Hoe geavanceerd de techniek ook is, grote veranderingen in de bouwsector zullen echter niet van de een op andere dag plaatsvinden”, meent bijvoorbeeld Thijs Asselbergs, architect en hoogleraar bouwkunde aan de TU Delft. “Driedimensionaal printen is revolutionair, maar we kunnen de bouw niet in één klap omtoveren tot een sector die met 3D-printers werkt. Er zijn veel grote problemen die moeten worden opgelost, dus ik verwacht niet dat deze manier van on-site 3D-printen direct een enorme vlucht zal nemen”. Professor Asselbergs wijst er bovendien op dat sommigen van mening zijn dat betonprinten verantwoordelijk is voor 5 procent van de wereldwijde koolstofuitstoot die bijdraagt aan de ontwikkeling van broeikasgassen. Als het om circulariteit gaat is beton een lastig materiaal. In de woningbouw zie je bijvoorbeeld steeds meer houtskeletbouw, maar hout komt niet uit een printer. We moeten volledige CO2-neutraliteit zien te bereiken”. Om nul koolstofemissies te bereiken, moeten we materialen gebruiken die milieuvriendelijker zijn. Wetenschappers en experts werken al aan de ontwikkeling van nieuwe materialen die kunnen bijdragen aan een bredere toepassing van additive manufacturing – maar dan moet de ‘inkt’ ook milieuvriendelijk zijn.

Het printen van een stad: 3D-geprinte huizen en productiesteden

Aangezien bijna 70 procent van de wereldbevolking zich naar verwachting over een paar decennia in stedelijke gebieden zal vestigen, zijn sterk gecentraliseerde megasteden niet langer een haalbare optie. Ten eerste heeft de pandemie aangetoond dat lamgelegde toeleveringsketens ertoe leiden dat mensen die niet in de buurt van medische of winkelcentra wonen geen toegang hebben tot essentiële goederen en diensten. Sommigen vinden echter dat decentralisatie van het stedelijk gebied de oplossing zou kunnen zijn. Moritz Maria Karl, stedenbouwkundige en tevens onderzoeker en docent aan de Technische Universiteit van Berlijn, is van mening dat het huidige ontwerp van gecentraliseerde steden niet goed bestand is tegen crises als COVID-19. “We moeten de gecentraliseerde stad opsplitsen in kleinere (stedelijke) systemen. Dit is een veel veerkrachtigere manier om steden te ontwerpen”. Hoewel deze en soortgelijke ideeën inderdaad revolutionair zijn in de zin dat ze korte metten maken met het idee de stad van de toekomst één groot gecentraliseerd stedelijk gebied moet zijn, maken nieuwe omstandigheden een andere benadering mogelijk, waarin geavanceerde technologieën een belangrijke rol kunnen spelen.

Met additive manufacturing, kun je bijvoorbeeld zelfs met een beperkt personeelsbestand en beperkte middelen toch huizen bouwen. Geavanceerde technologie met creatieve ideeën combineren kan zelfs tijdens een crisis leiden tot ingenieuze en efficiënte oplossingen voor uitdagingen op het gebied van huisvesting. Zo heeft Silicon Valley-startup Mighty Buildings een 3D-printer ontwikkeld die gebruikmaakt van “een speciale gel die onmiddellijk uithardt tot een vast materiaal wanneer deze met licht wordt gezapt”. Met gebruik van deze gel kan binnen een dag een ​​studio-appartement van 32,5 m² geprint worden. De  duurzame en energiezuinige huizen die met deze methode gebouwd worden kunnen zorgen voor snelle huisvestingsoplossingen en bijvoorbeeld helpen bij de bestrijding van dakloosheid. En dit is slechts één voorbeeld van hoe 3D-printen de samenleving kan helpen. Velen zijn het er bovendien over eens dat zogenaamde productiesteden, waar een aanzienlijk aantal en een grote verscheidenheid aan producten lokaal wordt vervaardigd, ecologisch en economisch haalbare alternatieven zijn voor traditionele stedelijke omgevingen. Dankzij additive manufacturing zijn productiesteden een haalbare optie voor de toekomst. Barcelona is bijvoorbeeld een van de meest bekende fabricage-ecosystemen ter wereld. De nieuwste toevoeging aan de toekomstgerichte visie van de stad is de HP 3D-printfaciliteit die duurzaamheid naar een hoger plan tilt. In productiesteden zal men ook gebruikmaken van fotovoltaïsche panelen, waardoor het energieverbruik met 26 procent wordt verminderd. Bovendien is het de bedoeling dat er regenwateropvangsystemen komen, waardoor het gebruik van drinkwater voor irrigatiedoeleinden overbodig wordt en het interne waterverbruik maar liefst met 49,61 procent kan afnemen. Dit is slechts een kijkje in de toekomst van wat er op het gebied van constructie haalbaar is – dankzij proactieve en toekomstgerichte bedrijven en mensen met een visie.

Beton wordt straks wellicht vervangen door duurzame 3D-printerinkt

Wetenschappers van de Londense betonfabrikant Novacem zijn erin geslaagd een duurzaam betonalternatief te ontwikkelen op basis van magnesiumsulfaat. Volgens het bedrijf kan “elke ton cement tot 0,6 ton CO2 opnemen” in vergelijking met traditioneel cement dat ongeveer 0,4 ton CO2 uitstoot. Een ander potentieel alternatief voor beton is aarde. Een team van wetenschappers van Texas A&M University heeft bijvoorbeeld duurzame 3D-printtechnologie ontwikkeld waarbij lokale grond als constructiemateriaal gebruikt wordt. “Onze gedachte was om de klok terug te draaien en een manier te vinden om materiaal uit onze eigen achtertuinen aan te passen en te gebruiken als een mogelijke vervanging voor beton”, vertelt Aayushi Bajpayee, een afgestudeerde student die bij het project betrokken was. Ze bouwden een ‘toolkit’ die de opname van water en materiaaluitzetting voorkomt door microscopisch kleine lagen op het bodemoppervlak aan te brengen. Volgens de onderzoekers is dit op maat gemaakte materiaal sterker dan ongemodificeerde klei en kan het twee keer zoveel gewicht dragen. “We werken aan de uitdagingen rond het aanleggen van wegen in alle weersomstandigheden in het subarctisch gebied. De technologie zal wellicht ook ooit buiten de aarde gebruikt kunnen kunnen worden om nederzettingen te creëren op de maan of zelfs op Mars, benadrukt Sarbajit Banerjee, hoofdonderzoeker van het project. Hoewel het concept met enige scepsis wordt onthaald, zijn duurzame bouwmaterialen cruciaal, vooral als we willen dat geavanceerde technologieën mainstream worden, omdat ze ons kunnen helpen alle sectoren koolstofneutraal te maken.

De ultraduurzame, micro-organismenvrije 3D-geprinte woonuimten van morgen

Hoewel 3D-printen van grotere gebouwen ongetwijfeld een grotere uitdaging is dan het printen van kleinere gebouwen, kunnen we niet ontkennen dat we met additive manufacturing – in vergelijking met andere methoden – veel sneller en goedkoper kunnen bouwen. Toen de eerste 3D-geprinte modelwoning met twee verdiepingen in Antwerpen werd gebouwd, met tot wel 60 procent kosten- en materiaalbesparingen, werd het duidelijk dat de toekomst van de bouw in deze geavanceerde technologie ligt. In de context van de huidige gezondheidscrisis lijkt het bijna onmogelijk dat we in de toekomst misschien in huizen wonen die gebouwd zijn met het doel een ​​bijna steriele omgeving te creëren. Haus.me, een Amerikaans bedrijf dat slimme 3D-geprinte huizen bouwt, is erin geslaagd een duurzame studiowoning van 37 m² te ontwerpen en te bouwen – klein van formaat maar groots op het vlak van de intelligente oplossingen die erin geïntegreerd zijn. De woning is voorzien van geavanceerde HEPA-luchtkwaliteitscontrole en een systeem dat maar liefst 99,9 procent van de bacteriën en virussen kan elimineren. Het duurzame en superintelligente huis van de toekomst heeft een strak ontwerp en een ultra-futuristisch interieur. “We streven ernaar de manier waarop mensen denken over het kopen van een nieuw huis te herdefiniëren en woningbezit makkelijker te maken”, lezen we op website van het bedrijf. Het lijkt er dan ook op dat het modelhuis een eerbetoon is aan de toekomst van architectuur en design, waarbij tegemoet gekomen wordt aan de behoeften van milieubewuste en toekomstgerichte klanten.

Ook in de hospitality-sector streeft men naar meer duurzaamheid. Het nieuwe hotelmerk Habitas gaat gebruikmaken van innovatieve 3D-printtechnologie. Oliver Ripley, CEO van Habitas, legt de missie achter het project uit: “Meer dan ooit moet de wereld nu plekken creëren waar mensen weer contact kunnen maken met elkaar en met de natuur”.

3D-geprinte faciliteiten zijn de veilige havens die we in de toekomst nodig zullen hebben

De bouwsector heeft met diverse uitdagingen te maken en staat onder enorme druk om bouwtijden te verkorten en de impact op het milieu te minimaliseren. Dit heeft ertoe geleid dat veel bouwbedrijven innovatieve technologieën als additive manufacturing hebben geïmplementeerd. 3D-printtechnologie – in combinatie met andere intelligente oplossingen – kan ons helpen slimmere huizen te bouwen die minder belastend zijn voor het milieu en ervoor zorgen dat onze leefruimten gezond zijn en vrij van micro-organismen – wat in deze tijden steeds belangrijker wordt. Mensen met een visie, die toegang hebben tot de technologie die deze visies kunnen omzetten in realiteit, hebben in de toekomst van de bouw een enorme streep voor. Steeds meer duurzame en betaalbare woningen zulle

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Trendwatcher, futurist en internationaal topspreker Richard Van Hooijdonk neemt je mee naar een inspirerende toekomst die leven, werken en ondernemen drastisch gaat veranderen.

Alle Lezingen