Ein Inkubator für den Gebäudesektor

2016 wurde mit NEST ein neues Kapitel auf dem Empa Campus in Dübendorf aufgeschlagen. Das ambitionierte Ziel: Die Innovationsplattform, die als Demonstrator für die gebaute Umwelt dient, soll Forschung, Industrie und öffentlicher Hand dabei helfen, schneller nachhaltigere Lösungen für den Gebäudepark zu entwickeln. Die Bilanz fällt nach zehn Jahren durchweg positiv aus: zehn innovative Bauprojekte, ein Netzwerk aus rund 150 Partnern und mehrere Innovationen, die den Markteintritt geschafft haben.   Text: Christoph Stapfer

Wie bauen wir künftig Büros oder Wohnungen – unter Berücksichtigung schwindender Ressourcen und der Notwendigkeit, Emissionen zu vermeiden? Und mindestens genauso wichtig: Wie gelingt es, interessante neue Lösungen marktfähig zu machen? Vor diesem Hintergrund wurde 2016 das modulare Forschungs- und Innovationsgebäude NEST eröffnet, kurz für «Next Evolution in Sustainable Building Technologies».

Das gemeinsame Projekt der Forschungsinstitute Empa und Eawag fiel in eine Zeit, in der klar wurde, dass es neue Lösungen im Bereich des Hochbaus braucht, die auf das «Netto-Null»-Ziel 2050 einzahlen und zu einer Beschleunigung der Innovationszyklen im Baubereich führen. Gleichzeitig konnte NEST auf einige Vorgängerprojekte aufbauen, die bereits erste Schritte in Richtung neuartiger Bauweisen getan hatten.

«Schon mit der Monte Rosa-Hütte und dem autarken Wohncontainer ‹SELF› konnten wir viele Leute von der Bedeutung und vom Erfolg solcher nachhaltigen Konzepte im Gebäudebereich überzeugen», sagt Peter Richner, ehemaliger Vizedirektor der Empa und Initiant von NEST. «Entsprechend hatten wir bereits viel Goodwill bei Bund, Kanton und Gemeinden, wo wir mit dem ambitionierten Ziel von NEST auf offene Ohren gestossen sind.» Denn nur dank kräftiger Beteiligung des Kantons Zürich und der Gemeinde Dübendorf, sowie des ETH-Bereichs und verschiedener Wirtschaftspartner war ein solch kostenintensives Projekt überhaupt denkbar.

Eine «Antwortmaschine» für neue Technologien und Systeme
Und was hat sich seit der Eröffnung getan? In den vergangenen zehn Jahren wurden zehn modulare Gebäude – sogenannte Units – realisiert, die sich jeweils spezifischen Herausforderungen und Technologien widmen. Begriffe wie «digitale Vorfertigung», «kreislauffähiges Bauen» oder «prädiktive Steuerung» waren vor zehn Jahren noch absolute Nischenthemen im Gebäudebereich. Auch dank den visionären NEST-Units fliessen diese Themen heute vermehrt in die Planung und Umsetzung neuer Bauvorhaben mit ein. Das Potenzial für nachhaltige Konzepte und Produkte im Baubereich ist jedoch noch lange nicht ausgeschöpft. 2023 haben der Kanton Zürich und zahlreiche Wirtschaftspartner mit der Charta «Kreislauforientiertes Bauen» eine Absichtserklärung unterzeichnet, die in Sachen Beschaffung, Planung, Ausführung und Rückbau künftig die Weichen in Richtung eines nachhaltigen Umgangs mit Ressourcen stellen soll.

Insgesamt sind über zehn Start-Ups aus Forschungs- bzw. Umsetzungsprojekten im NEST hervorgegangen, die mit vielversprechenden Innovationen in den Bereichen Tragwerksstrukturen, Energie- und Abwassermanagement die nachhaltige Transformation der Baubranche vorantreiben. Und Peter Richner ergänzt: «Die Stärke von NEST liegt eben darin, dass Akteure aus verschiedenen Sektoren in einem realen Setting aktuelle Herausforderungen untersuchen, Lösungen validieren und künftige Strategien ableiten können. Man kann NEST deshalb auch als eine Art ‹Antwortmaschine› für Fragen im Bereich der gebauten Umwelt bezeichnen.»

Im Bereich digitaler Technologien etwa, hat der nationale Forschungsschwerpunkt in digitaler Fabrikation «NFS DFAB», angesiedelt an der ETH Zürich, in den vergangenen zwölf Jahren zahlreiche neue Planungs- und Fertigungstools weiterentwickelt. Gleichzeitig hat das Programm eine ganze Generation an Experten und Spin-offs hervorgebracht, die sich der Transformation des Bausektors angenommen haben. Wesentlich beteiligt an dieser Entwicklung waren die NEST-Units «DFAB-House» und «HiLo», die jeweils einen eigenen Entwurf innovativer Wohn- und Bürogebäude darstellen. Dabei fallen nebst eigenwillig anmutenden – weil statisch optimierten – Geometrien auch die hybride Holz-Beton-Bauweise sowie die automatisierte Gebäudesteuerung auf.

Die beiden NEST-Units waren für das Forschungsprogramm Leuchtturmprojekte, da sie eine äusserst realitätsnahe Umsetzung und Validierung verschiedener Technologien und Methoden ermöglicht haben. Oder wie Russell Loveridge, Projektleiter «NFS DFAB» es auf den Punkt bringt: «Damit sich die Bauindustrie ernsthaft mit neuen Ideen und Konzepten beschäftigt, braucht sie einen realen Nachweis, dass das, was wir in unserer Forschung entwickeln, auch tatsächlich funktioniert. Dafür war NEST in unserer Arbeit ein essenzieller Faktor, der Forschung und Industrie näher zusammengebracht und viele Kooperationen erst ermöglicht hat.» Das Besondere an NEST sei, dass die Units eigentlich keine Grenzen setzten, sondern sehr viel Freiraum für Forschung und Entwicklung liessen: «Wenn etwas nicht so funktioniert hat, wie wir uns das in der Planung vorgestellt hatten, dann war das nie ein Rückschlag, sondern immer eine Möglichkeit für uns, unsere Methoden zu verfeinern und Prozesse anzupassen», so Loveridge.

Von der Idee bis zur Innovation
Der logische nächste Schritt, der 2024 mit der Unit «STEP2» geradezu wörtlich angegangen worden ist, besteht darin, innovative Konzepte von eigentlichen Prototypen im NEST zu marktreifen Produkten zu überführen. Dazu braucht es nebst überzeugendem Design und nachweislichen Emissionseinsparungen vor allem eins: einen Business Case. Das weiss auch Enrico Marchesi, Innovationsmanager NEST, der unter anderem für die Entwicklung der «STEP2»-Unit verantwortlich zeichnete: «Eine Innovation ist erst dann eine Innovation, wenn sie verkauft werden kann. Ansonsten ist es lediglich eine Erfindung, die nicht zur Anwendung kommt und deshalb auch keinen Nutzen stiftet.»

Genau an diesem Anspruch messen er und Geschäftsleiter Reto Largo schliesslich NEST. Deshalb stand bei der Entwicklung von «STEP2» die Marktfähigkeit im Vordergrund – anders als bei früheren Projekten sollten die verbauten Komponenten zum Zeitpunkt der Eröffnung unmittelbar bestellbar sein. So gelungen ist dies etwa bei der innovativen Geschossdecke, die Ressourceneinsparungen mit zusätzlichem Komfort verbindet: Dank digitaler Planung und Vorfertigung konnten die CO₂-Emissionen um rund 40 Prozent gesenkt werden, verglichen mit einer herkömmlichen Beton-Flachdecke. Gleichzeitig verfügt das Deckensystem über eine integrierte Akustikdämmung und kann als thermische Speichermasse genutzt werden.

Mit dem Deckensystem der Vaulted AG, einem Spin-off der Philippe Block-Gruppe der ETH Zürich, hat es zudem eine zweite Tragwerklösung vom Prototypen im NEST bis zum fertigen Produkt geschafft, die grosse Mengen Material und CO₂-Emissionen einspart. Die Beispiele zeigen, dass die Identifikation grosser Einsparungspotenziale, verbunden mit einer innovativen Lösung, über kurz oder lang zu neuen Produkten führen, die ein reales Interesse bei Planern und Bauherren wecken.

Immer einen Schritt voraus
Die enge Zusammenarbeit mit Partnern aus der Bauwirtschaft steht für Reto Largo auch bei künftigen Projekten ganz klar im Zentrum: «Mit der nächsten Unit ‹Beyond.Zero› gehen wir bewusst ein neuartiges Thema an: die Entwicklung von CO2-negativen Baumaterialien und Dämmstoffen, die auf dem Einsatz von Pflanzenkohle basieren. Davon versprechen wir uns künftig Gebäude, die Kohlenstoff einlagern können.» In die Materialentwicklung sind verschiedene externe Partner eingebunden, die dafür sorgen sollen, dass Skalierung und Markteinführung schnellstmöglich voranschreiten können. Auf lange Sicht soll die natürliche Pflanzenkohle durch künstlich hergestellte Kohle aus atmosphärischem CO₂ ersetzt werden. Dass dies keine Utopie ist, haben mehrere Forschungsprojekte an der Empa bereits nachweisen können.

Grosse Hoffnung in «Beyond.Zero» setzt auch Matthias Sulzer, Departementsleiter Ingenieurswissenschaften an der Empa. Er ist überzeugt: «Das Potenzial, das sich durch solche CO₂-Senken im Gebäudepark bietet, ist enorm. Wenn es uns gelingt, nicht nur den Nachweis zu erbringen, dass man so bauen kann, sondern diese Produkte über unsere Industriepartner auch zu skalieren, dann machen wir einen grossen Schritt in Richtung unserer Klimaziele.» Auch für ihn bleibt deshalb die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie unabdingbar. Er sieht jedoch noch einen weiteren Eckpfeiler hinsichtlich der künftigen Weiterentwicklung von NEST: «Wir sehen heute eine stärkere Verankerung von Forschung und Entwicklung in Unternehmen des Bausektors. Damit wir weiterhin bestmöglich zum Innovationsprozess beitragen können, ist es zentral, mit NEST nicht nur einen Demonstrator, sondern ein lebendiges Netzwerk – im Sinne einer Community – für interdisziplinäre Zusammenarbeit zu bieten.»

In einem sind sich nach zehn Jahren NEST alle einig: Auch in den nächsten 50 Jahren werden wir nicht grundsätzlich anders bauen als heutzutage. Was sich aber ändern wird und muss, sind Planung, Produkte, Prozesse und Preisniveaus. Durch digitale Werkzeuge kann heute viel effizienter gearbeitet werden als vor 20 Jahren, weshalb auch hochwertigere Lösungen nicht unbedingt teurer bleiben müssen. Für Reto Largo ist deshalb klar: «Die Frage ist nicht, ob sich nachhaltige Innovationen als neue Standardprodukte etablieren können, sondern wann – vorausgesetzt, wir bringen Forschung, Industrie und Kunden weiterhin konsequent zusammen. Dafür steht uns mit NEST eine einzigartige Spielwiese zur Verfügung, die es erlaubt, Gebäude neu zu denken, Dinge auszuprobieren und mutig zu sein im Entwicklungsprozess.»

Weitere Informationen:
NEST Virtuelle Tour