Architectuur, engineering en constructie geïnspireerd door de natuur

  • Biomimicry – een hele nieuwe wereld van superkrachten
  • Deze noodopvangplaatsen nemen zelf de juiste vorm aan
  • Termieten als inspiratie voor groene aircosystemen
  • Klimaatneutrale cement geïnspireerd door koraalriffen
  • Drijvende Jellyfish Lodges reinigen vervuilde rivieren en verbouwen gezond voedsel
  • We worden steeds beter in het nabootsen van de ingewikkelde processen van de natuur

Moeder Natuur gonst al sinds het begin der tijden van de activiteit en is continu bezig met het ontwikkelen, verbeteren en perfectioneren van haar processen en systemen. We zijn erdoor omringd en kunnen er veel van leren. Lang voordat de term biomimicry werd geïntroduceerd, lieten architecten en bouwers zich al door de natuur inspireren. Na een vrij lange periode van technologische functionaliteit en post-moderne architectuur, hebben esthetiek en duurzaamheid nu weer een sterkere focus in de architectuur. Geïnspireerd door de beproefde processen van de natuur nemen ontwerpers steeds meer duurzame oplossingen voor energie- en klimaatuitdagingen op in hun designs.

“Zij die zich laten inspireren door een ander model dan de Natuur,
meesteres boven alle meesters, zijn tevergeefs aan het werk.”
– Leonardo Da Vinci

Biomimicry – een hele nieuwe wereld van superkrachten

In biomimicry of biomimetics komen biologie, techniek en duurzaamheid samen. De processen, systemen en oplossingen van Moeder Natuur zijn door de tijd getest, energiezuinig en circulair en inspireren tot innovatie en nieuwe technologie. Biomimicry biedt ons een hele nieuwe wereld van ‘super powers’. Alle dieren, planten, bacteriën en schimmels laten ons duurzame, beproefde voorbeelden zien die we niet alleen kunnen gebruiken in de architectuur en bouw, maar ook in productieprocessen, transportsystemen en de duurzame ontwikkeling van steden.

Termietennest aan de linkerkant en een gebouw in de vorm van het nest aan de rechterkant
In biomimicry of biomimetics komen biologie, techniek en duurzaamheid samen.

Deze noodopvangplaatsen nemen zelf de juiste vorm aan

Als gevolg van de wereldwijde vluchtelingencrisis worden noodopvangplaatsen steeds belangrijker. Haresh Lalvani, ontwerper en medeoprichter van het Pratt Institute Centre for Experimental Structures, is bezig met het creëren van een systeem op basis van biomimicry. Door dit systeem kunnen noodopvangplaatsen zelf de juiste vorm aannemen, net zoals bomen en planten zichzelf vormgeven. Hij is aan het experimenteren met materialen met genoom-gecodeerde instructies. Objecten die van deze materialen gemaakt worden kunnen zich met deze codering, na toepassing van zwaartekracht of bijvoorbeeld wind, zelf vormgeven. Daardoor kunnen deze structuren snel en effectief ingezet worden bij rampen als aardbevingen, overstromingen of in oorlogsgebieden.

Het is geen gemakkelijke taak om ‘inherent tijdelijke constructies’ te creëren. Hiervoor moet je out-of-the-box kunnen denken en futuristische technologie toepassen. Lalvani heeft samen met metaalfabrikant Milgo/Bufkin stugge 3D-structuren gemaakt van vlakke platen, geperforeerd met variabele openingen in specifieke patronen. Deze structuren kunnen als het ware ‘groeien’, op basis van de gecodeerde instructies in het materiaal, net als bomen groeien op basis van de genetische informatie in hun cellen. Door toepassing van zwaartekracht kunnen deze variabele openingen zowel uitrekken als krimpen, waardoor de structuur verschillende vormen kan aannemen. De van dun plaatmateriaal gemaakte noodopvangplaatsen springen binnen een minuut in de juiste vorm, zonder dat er gereedschap aan te pas komt. Daarna kun je over het frame een tentdoek spannen. Doordat ze niet veel wegen, zijn deze ‘flatpack’ constructies ook makkelijk te vervoeren.

Termieten als inspiratie voor groene aircosystemen

Het Eastgate Centre in Harare, het grootste winkel- en kantorencomplex in Zimbabwe, is een intrigerend voorbeeld van een gebouw dat door de natuur geïnspireerd is. Hoewel het complex geen conventionele verwarmings- of koelsystemen heeft, wordt de temperatuur het hele jaar door perfect geregeld. Het gebouw verbruikt veel minder energie dan vergelijkbare gebouwen met conventionele airconditioningsystemen. Voor dit centrum lieten architect Mick Pearce en Arup ingenieurs zich inspireren door de zelfkoelende terpen van Afrikaanse termieten. In de termietenheuvels kweken de insecten hun eigen voedsel, een schimmel. De schimmel gedijt bij een constante temperatuur van 30 graden Celsius. De termieten kunnen de temperatuur perfect regelen, zelfs wanneer het ’s nachts rond het vriespunt is en overdag 50 graden in de brandende zon. Ze doen dit door ventilatieopeningen voortdurend te openen en weer te sluiten. De termieten creëren een stelsel van regelbare convectiestromen waarbij lucht onderin de heuvel wordt aangezogen en vervolgens via verschillende tunnels in de modder naar boven stroomt. Om de temperatuur te regelen worden voortdurend oude ventilatieopeningen afgesloten en weer nieuwe gegraven.

Het ventilatiesysteem van het Eastgate centrum werkt op vrijwel dezelfde manier. Afhankelijk van wat warmer is, de lucht of het beton van het gebouw, vloeit de buitenlucht die via ventilatoren op de begane grond naar binnen gezogen wordt door het gebouw, waar het door de massa van het gebouw gekoeld of verwarmd wordt. De lucht stroomt vervolgens door de vloeren en de kantoren, waarna het door middel van speciale schoorstenen het gebouw weer verlaat. Het complex gebruikt minder dan tien procent van de energie van een vergelijkbaar gebouw met conventionele airconditioningsystemen. Niet alleen is het gebouw zeer efficiënt en milieuvriendelijk, de energiebesparingen leiden ook tot twintig procent lagere huurprijzen vergeleken met de conventionele gebouwen in de omgeving. Een win-win situatie dus.

Klimaatneutraal cement geïnspireerd door koraalriffen

Na het bestuderen hoe zeeorganismen als koraalriffen worden gevormd – ze nemen mineralen en CO2 op en scheiden calciumcarbonaat af waarmee ze hun harde buitenste structuren vormen – ontwikkelde wetenschapper en biomineralisatie-expert Brent Constanz van de Stanford University nieuwe methoden om koolstofneutraal cement te produceren. Constanz slaagde erin om CO2 op te vangen, dit op te lossen in zeewater en zo carbonaat te creëren. De bestanddelen van dit harde materiaal zijn uitermate geschikt om duurzame materialen mee te creëren voor de bouw. Uiteindelijk zou het materiaal cement kunnen vervangen en de impact van de bouwsector op het milieu verminderen. De manier waarop CO2 in zeewater oplost en calciumcarbonaat vormt, is een perfect voorbeeld van hoe biomimicry ons kan helpen onze ecologische voetafdruk te verkleinen. Om deze technologie te kunnen vermarkten, werd de Constanz de Calera Corporation opgericht. In hun fabriek in Californië wordt CO2-gas uit de omringende industrie opgevangen en omgezet in calciumcarbonaat. Het fijne witte poeder kan worden gebruikt om traditioneel cement te vervangen. Elke ton calciumcarbonaat die wordt geproduceerd voorkomt de uitstoot van één ton CO2 door traditionele cementfabrieken.

Drijvende Jellyfish Lodges reinigen vervuilde rivieren en verbouwen gezond voedsel

Zou het niet fantastisch zijn als we drijvende accommodatie hadden die lucht- en watervervuiling kon aanpakken en waarin we tegelijkertijd voedsel konden verbouwen? Architect Janine Hung uit de Filippijnen vond dat ook, en besloot de Jellyfish Lodge te creëren, een drijvend conceptgebouw op zonne-energie dat vervuild water en lucht filtert en tegelijkertijd gezond voedsel produceert in een aquaponic tuin aan boord. De Jellyfish Lodges – Hung voorziet er meer dan één – zijn zwevende woningen of hotelkamers die elk beschikken over een woonkamer, keuken, slaapkamer en badkamer met composttoilet. De tentakels onder het drijvende gebouw verwijderen afval uit het water. Het waterfiltratiesysteem van de Jellyfish Lodge controleert het water op toxiciteit en verontreinigd water wordt met behulp van speciale microbiële digestiesystemen gezuiverd. Het schone water komt vervolgens weer terug in de rivier of wordt opgeslagen in een van de vier tanks aan boord. Het verfijnde elektrostatische systeem is verantwoordelijk voor de luchtzuivering en zorgt ervoor dat de groente en de vissen in de aquaponic tuinen goed gedijen.

Het Jellyfish Lodgeconcept kreeg afgelopen jaar een eervolle vermelding in de Inhabitat Biodesign Competitie. De jury zei: “Het doel van de Jellyfish Lodge is om ’s werelds meest vervuilde riviersloppenwijken te herstellen door afval te verwijderen, het water en de lucht te zuiveren en voedsel te verbouwen. En dat allemaal met behulp van zonne-energie.” Hung zei dat haar idee ontstond omdat ze een win-win situatie wilde creëren tussen de mensheid en Moeder Natuur. Ze voegde eraan toe dat de Jellyfish-structuren een alternatief kunnen bieden voor de sloppenwijken of als mini hotels gebruikt kunnen worden.

We worden steeds beter in het nabootsen van de ingewikkelde processen van de natuur

Het concept van door de natuur geïnspireerde technologie of biomimicry wint wereldwijd steeds meer aan populariteit. De organisatorische methoden en processen van Moeder Natuur beïnvloeden niet alleen de architectuur en de bouw, maar ook transportsystemen, productieprocessen, duurzame stadsontwikkeling en infrastructuur. In dit artikel hebben we je een aantal voorbeelden laten zien van wat er met biomimicry mogelijk is. Naarmate we nieuwe methoden en materialen ontwikkelen worden we ook steeds beter in het nabootsen van de ingewikkelde processen van de natuur. We hebben een wereld van beproefde, duurzame concepten tot onze beschikking om van te leren en ons door te laten inspireren. Als we tijd en energie blijven investeren in het bestuderen van deze concepten en processen, beschikken we straks over superkrachten waar we in de toekomst van de architectuur, engineering en constructie veel mee kunnen bereiken.

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