Kurzbericht
Robots Reuse
Digitale Tools und die Wiederverwendung von unbearbeitetem Bauschutt
Bauschutt ist der größte Abfallstrom Europas und landet trotzdem fast nie in neuer Architektur. Das Forschungsprojekt Robots Reuse zeigt, wie digitale Werkzeuge und Robotik das ändern können: durch ein Bausystem, das unbearbeiteten Bauschutt als Strukturmaterial nutzt. Das Projekt versteht sich als konzeptionelle Grundlagenforschung und legt einen Ausgangspunkt für die Wiederentdeckung des Potenzials von Bauschutt durch digitale Technologien.
Jammed-Rubble-Prototyp: Eine zylindrische Säule aus verdichtetem Bauschutt, gefasst in ein Glasfasernetz. Höhe: 220 cm, Durchmesser: 50 cm.
David Chipperfield Architects GmbH, Berlin
Universität Stuttgart, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD)
2025
Maria Wyller
Hana Svatoš-Ražnjević
Eva Schad
Prof. Achim Menges
Zukunft Bau 10.08.18.7-22.19
Bauschutt: Wert ohne Verwendung
Herausforderung
Bau- und Abbruchabfälle sind der größte Abfallstrom in Europa. Gleichzeitig findet dieses Material kaum den Weg zurück in die Architektur. Das war nicht immer so: Historisch war die Wiederverwendung von Steinen, Ziegeln und Holz gängige Praxis, und viele anerkannte Bauwerke belegen das ästhetische Potenzial wiederverwendeter Materialien. Das zentrale Problem ist nicht das Material, sondern die Wirtschaftlichkeit. Nicht-standardisierte Baustoffe erfordern erfahrene Handarbeit und die ist teuer. Hohe Verarbeitungskosten, unsichere Materialqualität, logistische Hürden und fehlende Bauvorschriften machen die Wiederverwendung für Büros, Unternehmen und Investierende unattraktiv. Die Kapazitäten handwerklicher Arbeit können mit dem heutigen Ausmaß des Bauabfallproblems schlicht nicht mithalten.
Wiederverwendung. Von links: Fassade San Marco, Venedig, Ausschnitt der Trümmersäule, Berlin, Beispiele Opus Caementicium, Rom.
Vier Fragen, drei Arbeitspakete, ein Materialfokus
Forschungsansatz
Das Projekt kombinierte Expertise aus architektonischer Praxis (David Chipperfield Architects) und akademischer Forschung (Universität Stuttgart, ICD). In drei aufeinander aufbauenden Arbeitspaketen wurden zunächst mehr als 300 historische und zeitgenössische Wiederverwendungsprojekte gesammelt und kategorisiert, dann verschiedene Schutttechniken systematisch erfasst und erprobt, und schließlich ein konkretes Bausystem aus komprimiertem Bauschutt entwickelt und in physischen Prototypen bis zum Maßstab 1:1 getestet.
Fünf Prototypen in verschiedenen Verarbeitungstechniken.
Schutt als Baustoff: Techniken, Systeme und der Weg zur Automatisierung
Ergebnisse
Das Projekt liefert Ergebnisse auf mehreren Ebenen – von der Materialanalyse über die Technikerfassung bis zu einem erprobten Bausystem und ersten robotischen Fertigungskonzepten.
Materialanalyse und Technikübersicht
Die empirische Analyse von Bestandsmaterial aktiver Berliner Baustellen zeigte: Ziegelschutt ist überwiegend rechteckig und zerbricht in Längsrichtung, Betonschutt dagegen runder und größenvarianter. Diese strukturellen Unterschiede sind entscheidend für die Auswahl geeigneter Verarbeitungstechniken. Aus der Analyse wurden zwei grundlegende Sichtweisen auf Schutt entwickelt – als granulare Masse mit kollektivem Verhalten und als Sammlung von Einzelobjekten mit je eigenen Qualitäten. Beide Perspektiven eröffnen sehr unterschiedliche architektonische Ausdrucksformen.
Insgesamt wurden 47 Schutttechniken erfasst und nach Verarbeitungsmethode in zwei Hauptkategorien eingeteilt: Verlegen und Vergießen. Verlegetechniken nutzen die individuellen Eigenschaften jedes Teils, Gießverfahren das kollektive Verhalten des Materials. Diese Übersicht kann als Leitfaden für alle dienen, die mit Bauschutt arbeiten wollen – ob Planende, Forschende oder interessierte Laien.
Jammed Rubble: ein neues Bausystem
Für eine eingehende Untersuchung wurde das System „Jammed Rubble" entwickelt: Ein leichter Glasfasernetzcontainer wird nach einer definierten Choreografie mit Schutt befüllt. Das System kommt ohne Bindemittel aus, ist rekonfigurierbar und potenziell vollständig recycelbar. Es eignet sich für Wände, Pfeiler und Fundamente und erlaubt In-situ-Bau direkt am Ort des Abbruchs.
Druckversuche zeigten: Eine Schichtfolge mit sowohl horizontaler als auch vertikaler Schichtung von Schutt unterschiedlicher Größe erzielt die besten Ergebnisse. Container mit hoher Zugfestigkeit verbessern die Leistung deutlich. Der erfolgreichste Prototyp hielt 3,5 t bei einer vertikalen Verformung von 66,6 mm stand. Das System befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium; weitere Untersuchungen zur strukturellen Stabilität und zur Reduzierung vertikaler Verschiebung sind erforderlich.
Füllungsstrategie für das Jammed-Rubble-System in drei Schritten.
Robotische Verfahren
Für beide Grundtechniken – Verlegen und Vergießen – wurden robotische Fertigungskonzepte entwickelt. Da das Bauen mit Bauschutt aufwändig, körperlich belastend und mit Sicherheitsrisiken verbunden ist, bietet die Automatisierung einen klaren Mehrwert. Verlegeverfahren erfordern umfangreiche Sensordaten und hohe Fertigungsgenauigkeit, da einzelne Teile gehandhabt werden. Gießverfahren sind weniger präzisionsintensiv, da der sortierte Schutt als Masse verteilt wird. Für das robotische Vergießen wurden vier verschiedene Verteilungsstrategien erprobt.
Ein zentrales Ergebnis: Die Automatisierung einzelner Techniken reicht nicht aus, um das Bauen mit Schutt nachhaltig zu machen. Entscheidend ist, die gesamte Baustellenlogistik zu berücksichtigen – von der Materialverfügbarkeit über Entwurfsziele bis zur Technologieintegration.
Digitale Werkzeuge eröffnen neue Möglichkeiten, mit nicht-standardisierten Materialien zu arbeiten – wenn der Entwurfsprozess entsprechend umgedacht wird.
- Entwurfsregeln und Logik entwickeln statt fixer Geometrien: Bei wiederverwendeten Materialien müssen Verlegemuster in Echtzeit auf Basis verfügbarer Teile angepasst werden.
- Materialverfügbarkeit, Fertigungslogik und Entwurfsziele von Beginn an korrelieren, um einen adaptiven Planungsprozess zu ermöglichen.
- Die Technikübersicht des Projekts mit 47 erfassten Verfahren als Ausgangspunkt nutzen, um geeignete Schutttechniken für spezifische Bauaufgaben zu identifizieren.
Das Projekt zeigt Wege, wie Automatisierung den Umgang mit Bauschutt effizienter machen kann.
- Robotisches Vergießen als niedrigschwelligen Einstieg prüfen: Es erfordert weniger Sensorik und Präzision als Verlegeverfahren und lässt sich mit adaptierter Industrietechnik umsetzen.
- In-situ-Fertigung mit Jammed Rubble in Betracht ziehen, wenn Abbruchmaterial direkt vor Ort anfällt, da das Material am Ort der Entnahme verarbeitet werden kann.
- Baustellenlogistik als zentralen Faktor behandeln: Nicht die Einzeltechnik, sondern die Integration aller Prozesse entscheidet über die Wirtschaftlichkeit.
Das Projekt identifiziert mehrere offene Forschungsrichtungen, die weitere Untersuchungen einladen.
- Ökobilanzen und Kosten-Nutzen-Analysen für das Jammed-Rubble-System durchführen, um das Gesamtpotenzial belastbar einschätzen zu können.
- Biobasierte oder wiederverwertbare Bindemittel wie Myzel als Alternative zu Mörtel weiterentwickeln.
- Kollaborative Roboterkonzepte untersuchen, bei denen mehrere Roboter oder kombinierte Endeffektoren sowohl Verlegen als auch Vergießen übernehmen können.
- Technologien für die Verarbeitung von kleinteiligem Schutt in großem Maßstab entwickeln – hier liegt die größte aktuelle Forschungslücke.