Woningen komen tot leven

Beton is een klimaatkiller

Toen het sprookje over de bonenstaak 300 jaar geleden werd opgeschreven, kwamen de meeste bouwmaterialen nog rechtstreeks uit de natuur: hout voor fundamenten en dragende constructies en riet, gras of hout voor op de daken.

Was een huis uitgediend, dan werd het uit elkaar gehaald en gingen de onderdelen op in een nieuw huis.

Dat is nu een ander verhaal. Gebouwen moeten afgedicht, geïsoleerd, onderhoudsvrij en sterk zijn en daarom zijn riet en hout grotendeels vervangen door beton, kunststof, steenwol en andere uniforme fabrieksmaterialen, die weliswaar voldoen aan de bouwvoorschriften, maar ook hun nadelen hebben.

De grootste boosdoener is beton, dat bestaat uit grind en cement en dat in bijna alle gebouwen wordt toegepast. Bij het maken van cement – kalksteen met klei, dat wordt vergruisd en gebakken op 1400 °C – wordt enorm veel broeikasgas uitgestoten.

Zo’n 1500 miljoen ton kooldioxide per jaar, of circa 8 procent van de totale uitstoot, is afkomstig van de cementproductie, die dus sterk bijdraagt aan de klimaatverandering. Dat is meer dan de uitstoot van alle kolencentrales op aarde bij elkaar.

En wanneer beton eenmaal is gebruikt, kan het eigenlijk alleen als opvulling onder het asfalt van nieuwe wegen dienen – en dan kost het nog bergen tijd en energie om het te vergruizen.

Voor andere veel toegepaste materialen ziet de milieubalans er niet veel beter uit. Bij de productie van 1 ton cement kan 200 tot 400 kilo CO2 worden uitgestoten, maar voor 1 ton staal is dat 2 à 3 ton en voor isolatie van piepschuim (EPS) 3 à 4 ton.

Gebouwen zijn vaak ontworpen om zo’n 100 jaar mee te kunnen, en om goedkoop en snel een huis met zo’n lange levensduur te kunnen bouwen, kiezen architecten en ingenieurs meestal juist voor deze bekende synthetische materialen. Maar nu maken nieuwe en milieuvriendelijkere organische materialen hun entree in de bouwsector.

Hout houdt kooldioxide vast

Het ligt voor de hand om, als een eerste stap, de materialen die door beton verdrongen zijn, in ere te herstellen, zoals hout. De productie van houten bouwmaterialen stoot maar weinig CO2 uit. En bomen die groeien, nemen kooldioxide op dat pas vrijkomt als het hout wegrot of wordt verbrand.

Bij de productie van een verlijmde balk van 1 ton komt bijvoorbeeld 100 kilo CO2 vrij, maar het hout heeft dan al wel 1700 kilo van het schadelijke koolstofdioxide opgenomen. Ter vergelijking: bij de productie van een stalen balk van 1 ton komt 2 à 3 ton CO2 vrij, en die heeft niets opgenomen.

Het verschil tussen het gebruik van een balk van 1 ton verlijmd hout en een overeenkomstige balk van staal is dus zo’n 4 ton broeikasgassen. Verder is hout flexibel, makkelijk om mee te werken en zeer sterk in verhouding tot zijn gewicht, waardoor ingenieurs beton in moderne gebouwen vaak vervangen door hout.

Bijvoorbeeld in de studentenflat Brock Commons Tallwood House in Vancouver, Canada. Het gebouw van 18 verdiepingen bevat staal in de dakconstructie en beton in de fundering en trap- en liftschachten, maar het is voornamelijk van hout gebouwd.

De vloerscheidingen zijn gemaakt van kruislaaghout, dus sterke verlijmde platen. De palen tussen de etages zijn van verlijmd hout, dat lichter en sterker is dan staal, en al met al heeft de keuze voor hout boven beton een CO2-uitstoot bespaard van zo’n 2400 ton.

Bijkomend voordeel: het hout zorgt voor een goede akoestiek en een fijn binnenklimaat, doordat het vocht kan opnemen en afgeven.

Dit was de hoogste houten woonflat ter wereld toen hij in 2017 in gebruik genomen werd, maar later werd het record verbroken door de 85 meter hoge, overwegend houten toren Mjøstårnet in Noorwegen.

Zwammen in de bouw

Met hoogbouw als in Canada en Noorwegen hebben ingenieurs bewezen dat hout beton kan vervangen, maar van Jaaps bonenstaak is nog geen sprake. Het kost nog steeds energie om hout van het bos naar de stad te vervoeren, en de boomstammen moeten nog verwerkt worden tot bruikbaar hout, dus onderzoekers werken aan een volgende stap: ze gaan bouwmateriaal laten groeien.

De meeste huiseigenaren doen juist alles om dit materiaal, zwammen, te vermijden. Geen paddenstoelen, maar hun mycelium: de stam en de wortels van de zwammen, die gewoonlijk in de grond groeien – of in de muur van een onfortuinlijke huiseigenaar.

Mycelium bestaat uit een netwerk van lange draden of hyfen met een diameter van 1/100 millimeter – een tiende van een hoofdhaar – die voedingsstoffen uit de omgeving opnemen.

Bij sommige zwammen kan het mycelium gigantisch worden. In Canada hebben biologen mycelium gevonden met een diameter van ruim 3 kilometer.

Wanneer mycelium als bouwmateriaal wordt gebruikt, begint het proces met een klein stronkje hyfen. De eerste stap is om het te laten groeien. Dit kan bijvoorbeeld door het te voeden met biologisch afval uit de landbouw of voedselproductie, waaruit het mycelium voedingsstoffen opneemt.

Zodra het wortelnetwerk van hyfen tot de gewenste vorm en grootte is uit­gegroeid, wordt het verhit. Zo verdroogt de schimmel en sterft hij, waarna het materiaal moet worden behandeld om niet te vermolmen.

Een blok mycelium is licht – het weegt circa 1/50 van een overeenkomstig betonblok –, extreem sterk en warmte-isolerend, doordat het heel veel lucht bevat per kubieke meter. Daardoor is het zeer geschikt voor zowel dragende constructies als isolatie.

Mycelium wordt al industrieel gebruikt voor verpakkingen, en vervangt bijvoorbeeld karton, schuimrubber en spaanplaat. Het schokabsorberende materiaal kan zodanig worden opgekweekt dat het bijvoorbeeld precies om een wijnfles heen past, en de ontvanger van die fles kan de verpakking gewoon op de composthoop gooien.

Voordat we mycelium op de bouwplaats zien groeien, zijn er nog enkele uitdagingen. Het dode mycelium heeft bijvoorbeeld de neiging vocht op te nemen en zacht te worden, dus scheikundigen werken aan nieuwe oppervlaktebehandelingen. Het is ook onzeker of de eigenschappen van het materiaal door de tijd heen veranderen of dat het zich zo’n 100 jaar lang grotendeels hetzelfde zal blijven gedragen.

Wel weten de onderzoekers zeker dat mycelium als bouwmateriaal veel milieuvriendelijker is dan betonnen huizen en steenwolisolatie, omdat de productie bijna geen CO2 uitstoot en het – net als de wijnflesverpakking –
volledig biologisch afbreekbaar is.

Huizen kweken op Mars

Het duurt misschien nog maar een paar jaar voordat mycelium in de bouw beschikbaar is, want het schimmelmateriaal sluit perfect aan bij de behoefte om groener te bouwen.

DARPA, de onderzoekseenheid van het Amerikaanse leger, werkt aan zelfhelende myceliumstructuren, en de National Science Foundation in de VS beschouwt levende materialen als een van de vier belangrijkste aandachtsgebieden voor de wetenschap van de komende jaren.

Het meest toegekende certificaat voor de toepassing van levende, duurzame en herbruikbare materialen in de bouw is de Living Building Challenge.

Het aantal gebouwen dat meedoet is gestegen van circa 50 in 2010 tot meer dan 500 in 2019, en ook het technologiebedrijf Google ondersteunt het project. Bedrijven die een concurrerend schimmelmateriaal weten te lanceren, wacht een groeiende markt.

De eerste producten die we in nieuwe huizen zullen zien, zijn milieuvriendelijke isolatieplaten ter vervanging van steenwol. En al is de bouw conservatief, bouwstenen van mycelium kunnen over 10-15 jaar net zo wijdverbreid zijn als bakstenen en beton nu.

Ooit wordt biologisch bouwmateriaal misschien wel het meest gangbare op aarde – en daarbuiten. NASA kan het materiaal gebruiken voor bases op de maan of Mars, en dit is precies wat een groep onderzoekers van het Ames Research Center van NASA wil realiseren.

Het plan is dat astronauten een beetje mycelium in hun ruimtevaartuig meenemen. Op een ander hemellichaam kan dit dan worden gevoed met eveneens meegenomen cyanobacteriën, die daar snel kunnen groeien via fotosynthese, dus met alleen licht. Zo kunnen ruimtereizigers ter plekke in korte tijd zowel bakstenen als meubelen maken in plaats van loodzware materialen van de aarde mee te slepen.

Terwijl ingenieurs wereldwijd werken aan ‘dode’ myceliummaterialen, gaat een onderzoeksgroep uit onder meer Nederland, Denemarken en Groot-Brittannië een stap verder. In december 2019 legde de groep uit hoe steden van de toekomst niet alleen uit statische schimmelstenen kunnen bestaan, maar ook uit materialen die blijven groeien, veranderen, zichzelf onderhouden en zich aanpassen aan de vraag van de bewoners.

Mycelium kan allerlei taken uitvoeren, want het kan stijf, flexibel, zacht, hard, elektrisch geleidend of isolerend zijn. Een beschadigd gebouw kan zichzelf herstellen, en voor een aanbouw kan het mycelium geactiveerd worden en verder groeien.

Volgens de onderzoekers kan schimmelmateriaal ook worden gebruikt voor technische installaties zoals zelfherstellende watervoorzieningen. Dan zijn lekkende waterleidingen verleden tijd. Zo’n levende stad van zwammen kan miljoenen tonnen aan CO2 besparen.

Nu alleen nog een reus en een gouden schat, dan wordt het sprookje van Jaap en de bonenstaak helemaal werkelijkheid.