Indsendt af
Det Kongelige Danske Kunstakademis Skoler for Arkitektur, Design og Konservering
Resumé
Materialer betragtes som en af de mest udbytterige kilder for innovation i det 21. århundrede. Særligt fiberbaserede kompositmaterialer har hjulpet industrier som bil-, maritim- eller luftfartsindustrien med at opnå et højere niveau i produktivitet og bæredygtighed af deres produkter. Lignende effekt er forventet i byggeindustrien, som opererer i en lignende skala.
Danmark har et unikt udgangspunkt, da der er et veletableret forskningsfundament og en industri i feltet omkring fiberbaserede materialer, biokompositter og deres anvendelse på bygningsskalaniveau.
Dog er disse tilgange fortsat med at være insulære indtil i dag og et fælles initiativ, der skaber de nødvendige forbindelser for udviklingen af anvendelsesprocesser og for at skabe gennembruddet for allerede eksisterende ideer, er nødvendigt.
Udfordring og muligheder
Hvor anvendelsen af fiberbaserede kompositmaterialer har nået industrielt produktionsniveau i andre discipliner, kræver deres anvendelse på bygningsskala udviklingen af et bredere teknologisk grundlag for at realisere potentialet i fiberbaserede kompositmaterialer i det bebyggede miljø. Her er potentialet primært at bidrage med innovative svar på presserende problemstillinger for bæredygtighed.
Fiberbaserede materialer, som befinder sig mellem naturligt tømmer, designede biokompositter og syntetiske materialer, tillader mindre forbrug af råvarer, men kræver måder hvorved man kan bygge lettere og med en mere integrerende byggepraksis. I modsætning til traditionelle byggematerialer, som er baserede på egenskaber fra fundne råvarer (stål, sten, tømmer, ler), kan egenskaberne for fiberbaserede kompositmaterialer designes specifikt til deres anvendelsesområder.
Hvor fiberkompositter oprindeligt var baseret på råmaterialer udvundet af olie tillader nutidens produktionsmetoder biologiske materialer som basis, hvilket giver disse et enestående kulstoffodspor. Fra andre discipliner ses det, at fiberkompositters fulde potentiale frigives i koblingen med digitale teknologier.
Dette danner grundlag for produktionen og forarbejdningen af fiberkompositter til elementer fremstillet individuelt til de varierende krav i og mellem bygninger.
Indenfor fiberbaserede kompositter er det mass customization gennem robotteknologi, der bærer potentialet for fabrikation af individuelle specialdesignede elementer til en produktionsomkostning tilsvarende standardelementer. Ydermere giver udviklingen i computerbaseret databehandling mulighed for præcist at kontrollere fibre i syntetiske kompositter og biokompositter.
Derved muliggøres det at fremstille bygningselementer med individuelt tilpassede egenskaber, som for eksempel styrke kun fokuseret i den nødvendige retning, hvilket gør dem ressourceoptimerede, lette og transportable.
Målsætning
Forskningsforslaget søger at udvikle design- og fabrikationsprocesser for bygningsindustrien, som muliggør aktiveringen af potentialet ved fiberbaserede kompositter. Dette vil tillade industrien at skalere produktionen af fiberbaserede kompositelementer op til bygningsniveau. Her er en grundigt udviklet produktions- og designproces nødvendig for at fabrikere individualiserede elementer med konsistent kvalitet.
Disse lette kompositelementer kan hjælpe med udviklingen af specificerede løsninger indenfor områder omkring energi-renovation, facader og konstruktioner. Her kan materialets bedre ydeevne blive en integreret del af designprocessen.
Andre discipliner leverer fremgangsmåder, som kan blive overført til bygningsskala og herigennem tilvejebringe performativt orienterede fremgangsmetodikker, som sammenkæder design, simulation og udførelse.
Det forventes at forslaget kan gennemføres dels gennem forskning og dels gennem udviklingsfaciliteter i danske virksomheder.
Innovationsbehov
Innovationer skal finde sted inden for materialeproduktion med fokus på bæredygtige bio-baserede fibre, robotbaserede fremstillingsteknologier, og deres implementering i produktionskæden, samt performativt baserede designprocesser gennem integration af simulering.
Udviklingen kan finde sted i eksisterende forskningsinstitutioner og industriforskningscentre med en bred deltagelse af SMV-er, der kan bidrage med konkrete problemstillinger og specialviden.
Forskningen vil udmærke sig bedst gennem en projektbaseret forskningstilgang, hvor udviklingen af eksisterende grundteknologier samt den senere anvendelsesfase udføres i samarbejde mellem forskningsinstitutioner og industri.
Den foreslåede integrerede tilgang peger på at overvinde de eksisterende barrierer mellem aktørerne i bygningsindustrien. Derudover vil nye typer af kontraktlige relationer for industriens samarbejder blive testet gennem dette tiltag.
Forskningsforslaget vil skabe eksempler på bedste praksis via teknologi-demonstratorer, der vil ligge til grund for formidlingsstrategier og for evaluering.
Derudover vil disse demonstratorer skabe den nødvendige øgede teknologiformidling og udviklingen af ny viden i de integrerede tilgange, som arbejdet med kompositbaserede byggeelementer kræver. Denne viden vil hjælpe SMV-er i deres generelle kamp mellem behovet for højere bæredygtighed, færre omkostninger og bedre kontrol af design og fremstillingsprocesser.
De danske forudsætninger
Danmark har internationalt anerkendte partnere i industrien og forskningen indenfor fiberkompositter. Viden og teknologi besiddes blandt andet i vindmølleindustrien og dennes forskning, men også på et bredt felt af andre forskningsinstitutioner, som fx udøver grundforskning i anvendelsen af biologiske fibre.
Et stærkt lokalt grundlag eksisterer også i forbindelse med digital produktion - her især inden for robotteknologi og elementbaserede bygningsteknologier.
Arkitekter og ingeniører har i øvrigt gjort omfattende erfaringer med materialet, der har ført til internationalt anerkendte bygningsværker. Men for at opnå potentialet af fiberkompositter i byggebranchen skal disse bestræbelser forbindes og skaleres.
Effekter og potentialer
Idet forslaget tager udgangspunkt i et eksisterende industrielt grundlag i Danmark forventes det, at projektet kan have en direkte positiv indvirkning, da det giver mulighed for udvikling af anvendelsesprocesser og kan bringe gennembrud for allerede afventende idéer.
Især forbindelsen af potentialerne i en ny lovende gruppe af materialekompositter og deres fabrikation gennem en ligeså ressourceeffektiv robotproduktion vil give dansk industri en stærk hjemmebane for spirende markeder i industrielle lande. Her er individualiserede lette højværdiprodukter et behov fra en mere bæredygtig byggesektor.