Recyclable

Frank Heinlein Recyclable by Werner Sobek

avedition

6/7 Foreword

We live in an age marked by an exploding world population and an everdwindling supply of resources. The built environment generates over a third of our emissions and accounts for more than a third of the energy we use. It is also answerable for over half of our resource consumption and more than half of the mass of waste we produce. All of this raises the question: How can we build the cities of the future – and what materials will we use – if we do not wish to exploit and burden our natural envi­ ronment any further? Faced with these complex challenges, the construction industry must show greater commitment and take on more responsibility than ever before.

We urgently need concepts that clearly demonstrate how to create highquality buildings that are also sustainable. As well as taking 100 % of their energy from renewable sources, these structures should be resourceneutral and designed so that they can be dismantled and separated out into their constituent parts when necessary. This means we need to devise buildings that not only provide responsible housing for the present, but that also act as material banks for the future. Ideally, sustainable structures should not just store materials for the years to come, however – as far as possible, they should also be constructed by recycling and repurposing existing resources that have previously been used elsewhere.

Our traditional sources of raw materials may slowly be running out, but our cities can become the new mines of the future. Cities will be consumers and suppliers of resources rolled into one; they will provide the mechanisms for their own propagation.

Unsere Zeit ist geprägt durch eine weltweite Bevölkerungsexplosion bei ständig knapper werdenden Ressourcen. Die gebaute Umwelt ist für mehr als ein Drittel des Energieverbrauchs und der Emissionen verant­ wortlich sowie für mehr als die Hälfte des Ressourcenverbrauchs und des Massenmüllaufkommens. Es stellt sich die Frage, wie und mit welchen Mitteln wir die Städte der Zukunft bauen wollen, ohne dabei unsere natürliche Umwelt weiter auszubeuten und zu belasten. Angesichts dieser vielschichtigen Herausforderungen muss das Bauwesen mehr als je zuvor Engagement zeigen und Verantwortung übernehmen.

Wir benötigen dringend Konzepte, die auf anschauliche Weise vermitteln, wie qualitativ hochwertig und nachhaltig zugleich gebaut werden kann – und zwar so, dass ein Gebäude seine Energie nicht nur zu 100 % aus erneuerbaren Quellen bezieht, sondern auch ressourcenneutral ist und bei Bedarf sortenrein in seine Bestandteile zerlegt werden kann.

Gebäude müssen also gleichermaßen als verantwortungsvolle Behausung für die Gegenwart und als Materiallager für die Zukunft konzipiert werden. Idealerweise sind nachhaltige Gebäude aber nicht nur zukünftige Ma­teriallager – schon bei ihrer Errichtung sollten möglichst weitgehend bereits vorhandene, bis dahin anderweitig genutzte Ressourcen durch Wieder­verwertung oder Wiederverwendung zum Einsatz kommen.

Während unsere traditionellen Rohstoffquellen langsam zur Neige gehen, können unsere Städte die neuen Minen der Zukunft werden. Städte werden Verbraucher und Lieferanten von Ressourcen in einem; sie dienen sich selbst zur eigenen Reproduktion.

About this book Frank Heinlein

Buildings are not yet seen as temporary repositories of resources today. It is extremely rare for the eventual dismantling and recycling of a structure’s materials to be viewed as an integral part of the planning process. And even when planners do consciously prepare for the end of a building’s life, the resources in question remain all too often unused – either due to a lack of recyclable products and bonding techniques employed in their con­ struction, or owing to an absence of infrastructure that can recycle and repurpose the materials effectively once the building has been dismantled.

The urban mine should protect our natural resources and provide an alternative for the future of construction. For this to succeed, we need to put Life Cycle Thinking (LCT) at the centre of everything we do. This mode of thought sounds a new clarion call to all construction professionals, urging them not to extract materials from finite resources and dispose of them after use, but to take them out of the materials cycle for a limited time before feeding them back into the system once more. A building is a materials store that needs to be systematised and catalogued on a permanent, reliable basis – this is the only way that resources can meaningfully be put to use again at the end of a structure’s life.

Zurzeit werden Gebäude noch nicht als temporäre Ressourcen­speicher gesehen. Der Rückbau und die anschließende Wiederverwertung der verbauten Materialien sind nur in den allerseltensten Fällen integraler Bestandteil der Planung. Und selbst da, wo der Rückbau gezielt geplant wird, scheitert eine Weiterverwendung der Ressourcen allzu oft an nicht recyclinggerechten Produkten bzw. Verbindungstechniken – sowie an den fehlenden Strukturen für eine gezielte Wiederverwertung oder Weiterverwendung der Materialien nach dem Rückbau.

Die urbane Mine soll natürliche Ressourcen schützen und eine Alter­ native für das Bauen der Zukunft bieten. Der Kreislaufgedanke spielt hierbei eine zentrale Rolle. Die neue Forderung an alle Bauschaffenden lautet: Benötigte Materialien werden nicht mehr aus einer endlichen Ressource gewonnen und nach Gebrauch entsorgt, sondern nur für eine bestimmte Zeit aus einem Kreislauf entnommen und dann wieder in diesen zurück­ gegeben. Das Gebäude ist ein Materialspeicher, den es zu systematisieren und verlässlich und dauerhaft zu katalogisieren gilt – da er nur so am Ende seines Lebenszyklus einer sinnvollen Weiterverwendung zugeführt werden kann.

The Future of Construction Werner Sobek

A few reflections can give us the first rough ( but entirely adequate) estimates of what the construction industry will have to achieve worldwide in the near future. Around two billion of the 7.7 billion humans alive on our planet today are children and young people (that is, individuals under the age of sixteen). Over the next few years, these children will grow up and will demand their own places to live, their own places to work, and all the infrastructure that goes with it.

If two billion children move away from home over the next 16 years, it follows that we will need to produce a built environment for 125 million people each year. That is equivalent to 1.5 times the entire stock of buildings that currently exist in Germany today. Each German citizen owns approximately 480 tonnes of building materials. If we take this value as a benchmark – and on what grounds should we deny anyone this standard of living?! – we will need to come up with approximately 60 billion tonnes of additional (!) construction materials around the world every single year. These materials will have to be created, transported and used (and disposed of again sooner or later). Sixty billion tonnes of building materials is a hard figure to visualise, so let us illustrate it with a more mem­orable example: this quantity of material (which, if you recall, is only the amount required per annum!) would be enough to build a 30 cm-thick wall around the equator that would stand at a height of over 2,000 metres.

Erste grobe, in ihrer Qualität aber völlig ausreichende Abschätzungen dessen, was die Bauindustrie in den kommenden Jahren weltweit zu leisten hat, ergeben sich aus folgenden Überlegungen: Von den heute auf der Welt lebenden 7,7 Mrd. Menschen sind ca. 2 Mrd. Kinder und Jugendliche, also Menschen, die jünger als 16 Jahre alt sind. In den kommenden Jahren werden diese Kinder erwachsen, werden eigenen Wohnraum ebenso nachfragen wie einen eigenen Arbeitsplatz und die dazugehörige Infrastruktur.

Wenn innerhalb der kommenden 16 Jahre zwei Milliarden Kinder von zu Hause ausziehen, so muss jährlich für 125 Mio. Menschen eine neu gebaute Umwelt geschaffen werden. Dies entspricht dem 1,5 fachen des gesamten Baubestands in Deutschland. Auf jeden deutschen Bundesbürger entfallen anteilig je ca. 480 t Baustoffe. Legt man diesen Wert als Maßstab zugrunde (und mit welcher Begründung sollte man dies nicht tun!?) ergibt sich weltweit also ein zusätzlicher (!) jährlicher Baustoffbedarf von ca. 60 Mrd. t. Diese Baustoffe müssen hergestellt, transportiert und verbaut (und irgendwann auch wieder entsorgt) werden. Überträgt man diese schwer vorstellbare Zahl von 60 Mrd. t Baustoffen in ein memo­rier­ bares Beispiel, so zeigt dieses: Mit der genannten Menge an Baustoffen ließe sich (jährlich, wohlgemerkt!) rund um den Äquator eine 30 cm dicke Wand errichten, die mehr als 2.000 m hoch wäre.

14/15 Foreword

These figures are unbelievably vast. They provide vivid demonstrations of the scale of the challenges that lie before us. But how can the construction industry help to solve these problems? The answer might be summarised in a single, overarching headline: natura mensura. According to this motto, it is not man (homo mensura), nor a god (deus mensura), but nature that is the measure of all things. Taking this concept as a guide allows us to sketch out the following goals: (1) We need to expand the built environment while using less material. (2) All construction materials must be incorporated into a recycling process. (3) We have to stop emitting gaseous waste into the atmosphere with immediate effect.

Saving energy is deliberately not listed as an objective here, and for good reason: humanity does not have an energy problem. It is much more important to put a decisive stop to using power from fossil or nuclear sources.

An examination of the relevant material flows has shown that the rocketing demand for an expanded built environment can only be satisfied if we succeed in drastically reducing the amounts of materials we employ. As well as minimising our resource consumption, we also need to make the materials we do use available for reuse at a later date.

Die genannten Zahlen sind unglaublich hoch. Sie zeigen eindringlich, wie groß die vor uns liegenden Herausforderungen sind. Wie kann das Bauschaffen zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen?

Die Antwort könnte in einer übergeordneten Überschrift bestehen: natura mensura. Nicht der Mensch (homo mensura), nicht ein Gott (deus mensura), sondern die Natur ist das Maß aller Dinge. Unter dieser Leitlinie sind die weiteren Zielsetzungen folgendermaßen skizzierbar: (1) Es geht darum, mit weniger Material mehr gebaute Umwelt zu schaffen. (2) Es geht darum, alle Baustoffe in einen Recyclingprozess einzugliedern. (3) Es geht darum, ab sofort keinen gasförmigen Abfall mehr in die Atmos­phäre zu emittieren.

Das Einsparen von Energie ist hierbei wohlweislich nicht als Zielvor­gabe aufgeführt, denn: Die Menschheit hat kein Energieproblem. Es geht vielmehr um den konsequenten Verzicht auf die Nutzung von Energie aus fossilen oder nuklearen Trägern.

Die Betrachtung der erforderlichen Stoffströme hat gezeigt, dass der explosionsartig zunehmende Bedarf an gebauter Umwelt nur dann befriedigt werden kann, wenn eine drastische Reduktion der eingesetzten Materialmengen gelingt. Neben der Minimierung der verwendeten Ressourcen muss es auch darum gehen, diese Ressourcen für eine spätere Wiederverwendung zugänglich zu machen.

Project Description UMAR is located on the second floor of the NEST building

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Construction

UMAR consists of seven solid spruce modules that share the same basic structure. All of the modules are a maximum of 3.86 m wide, 11.30 m long and 3.53 m tall. The clear ceiling height beneath the suspended ceilings measures 2.50 m. The gross floor area is approximately 160 m², while the net floor area is around 125 m². In total, the modules weigh approximately 26.5 tonnes.

The modules were fully prefabricated and set up by Kaufmann – a company from Reuthe in the Austrian state of Vorarlberg – before being transported to Switzerland. After the modules arrived in Dübendorf, two cranes were used to hoist them into position on the second storey of the NEST building in the space of just a few hours. They were then anchored to the »backbone« of their host structure and connected together using push-in and screw joints, allowing the temporary supports installed for transportation to be removed.

After securing the modules together, the windows were fitted into the glazed facade. The panes of glass span across the joints between the modules, making them invisible from the outside. The pre-installed pipes were coupled together at these junctures, and the power and data cables were linked up using plug connectors. Flooring was then laid in the area of the seams in the interior space. Connecting panels were installed to cover the joints in the walls, while the joints at the top of the modules were masked by the suspended ceiling.

UMAR besteht aus sieben aus Fichtenvollholz gefertigten Modulen mit einheitlicher Grundstruktur. Diese Module sind jeweils maximal 3,86 m breit, 11,30 m lang und 3,53 m hoch. Die lichte Raumhöhe beträgt im Bereich der abgehängten Decken 2,50 m. Die Bruttogrundfläche liegt bei ca. 160 m², die Nettoraumfläche bei ca. 125 m². Insgesamt wiegen die Module ca. 26,5 t.

Die Module wurden von der Firma Kaufmann in Reuthe/Österreich komplett inklusive Installation vorgefertigt und dann in die Schweiz transportiert. In Dübendorf wurden die Module mit Hilfe zweier Kräne innerhalb weniger Stunden an ihre Position im zweiten Obergeschoss des NEST-Gebäudes gehoben. Anschließend wurden sie am Rohbauboden verankert und durch Steck- und Schraubverbindungen miteinander verbunden, so dass die für den Transport eingebauten temporären Stützen entfernt werden konnten.

Nach Koppelung der Module erfolgte das Einglasen der Fensterfront.

Die Glasscheiben überspannen die Modulfugen, so dass Letztere von außen nicht sichtbar sind. Danach wurden die vorinstallierten Rohre an den Fugen gekoppelt, Strom und Datenleitungen mittels Stecker verbunden.

Abschließend wurde im Innenraum der Boden im Bereich der Fugen ergänzt.

Im Wandbereich wurde jeweils ein Passstück eingesetzt, während die Fugen oben durch die abgehängte Decke überdeckt wurden.

Construction Installation of the modules on 21 November 2017

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Construction Bedroom No. 2 – The wall on the right-hand side showcases the fungus-based mycelium panels that make up part of the substructure

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Facade Overall view of the NEST building from the south-east

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120/121 Interviews

The Planning Process Bernd Köhler

Frank Heinlein: What was the biggest challenge you faced when planning the UMAR project?

Bernd Köhler: A conventional project allows you to follow set pro­ cedures. In contrast, UMAR forced us to forge our own plans in the blank spaces presented by the freedoms of the brief. The only things that were defined were the budget, the research topic and the structure’s intended function. All of the decisions about how the Unit would look, what materials we should include, and how we could combine the chosen elements into UMAR’s overall construction were open for discussion. This freedom proved vital, however, as it gave us the leeway to invent special structures and new concepts to meet the ambitious target of creating a 100 % recyclable building with as many different materials as possible.

Frank Heinlein: Lots of companies supported the project with labourintensive new developments. Considering the booming state of the construction market, how were you able to convince these partners to get involved?

Bernd Köhler: The set research topic and the goals associated with it made people curious and awoke the interest of potential partners – they wanted to find out what building a structure made out of jeans, fungus and used materials could look like. Ultimately, successful partnerships were also forged due to the attraction of being part of a collaborative design process.

Not every partnership we hoped for could actually come to fruition, however, due to the strict boundaries of the project’s field of enquiry that had to be upheld. But we achieved some extremely positive results when all the conditions were met. This led to the generation of new methods, new insights, new products and new collaborative relationships.

Frank Heinlein: UMAR contains lots of design and material innovations.

Will it be possible to transfer these straight into follow-up projects?

Bernd Köhler: Making this project a reality is actually only the first step when it comes to implementing innovations on a wider scale. Most of the products we used were freely available on the open market, however.

This was for two reasons. Firstly, the design had to comply with all the relevant technical rules and regulations – people are living in the structure, after all. Secondly, UMAR also had a fixed budget, which brought with it its own limitations. As a result of this, it will generally be possible to deploy the Unit’s products and materials in follow-up projects. Nevertheless, it must be admitted that some of the structural ideas currently still require a significant amount of extra expense compared with conventional (but nonrecyclable) solutions. However, many of the products and systems we used have already proven themselves to be competitive options right now.

Frank Heinlein: UMAR demonstrates that Urban Mining and Recycling is already achievable using the tools and methods that are available today.

What do you think is required to start implementing these concepts on a large scale?

Bernd Köhler: In some cases, it is already possible to establish a circular economy for certain materials and products in the current climate. Even where that is the case, however, there is often an absence of parties who are interested in the process, or a lack of incentives for them to take part. It is much easier to create a continuous recycling chain for valuable substances like copper than it is for relatively low-cost materials. Implementation on a large scale would require a suitable infrastructure that would incorporate

We already have the ability to create buildings that are both sustainable and breathtakingly beautiful today – if only we can summon the will to do so. Designed by Werner Sobek with Dirk E. Hebel and Felix Heisel, the experimental unit »Urban Mining and Recycling« (UMAR) uses the example of serially manufactured housing to demonstrate the first fully comprehensive application of recyclable materials. All of the elements required to construct the unit had to be 100 % reusable, recyclable or compostable. In order to achieve this goal, every single detail, every product and every structure involved in the project was scrutinised with a critical eye.

Schon heute können wir nachhaltig und gleichzeitig atemberaubend schön bauen – wenn wir es nur wollen: Die von Werner Sobek mit Dirk E. Hebel und Felix Heisel entworfene Experimentaleinheit »Urban Mining and Recycling« (UMAR) zeigt am Beispiel des seriellen Woh­nungsbaus die erste umfassende Anwendung von Rezyklaten. Alle zur Herstellung des Gebäudes benötigten Materialien sind vollständig wiederverwendbar, wiederverwertbar oder kompostierbar. Jedes einzelne Detail, jedes Produkt und jede Konstruktion wurde dafür kritisch hinterfragt.

EUR 28,00 (D) US$ 40.00 ISBN 978-3-89986-304-8