Stel je voor dat je in een huis woont dat gemaakt is van ananas- en mangoschillen, waar de geur je begroet als je je huis binnenkomt en verlaat. En stel je voor dat de materialen die gebruikt zijn om je huis te bouwen afkomstig zijn van dagelijks afval en niet hebben bijgedragen aan de verhoogde CO2-uitstoot. Bovendien belanden de materialen niet op de vuilstort of in de verbrandingsoven als de woning wordt gesloopt.
Dit is de toekomst waar Laia Mogas-Soldevila, assistent-professor architectuur aan de Universiteit van Pennsylvania, en haar onderzoeksassistent Yasaman Amirzehni niet alleen van dromen, maar ook aan het bouwen zijn in het DumoLab van de Weitzman School of Design.
“De biomaterialenrevolutie komt eraan en we moeten allemaal voorbereid zijn om materialen te kunnen leveren die gezonder zijn, die op natuurlijke wijze biologisch afbreekbaar zijn en dan nog steeds op dezelfde manier presteren als beton, op dezelfde manier als technisch keramiek,” zei Mogas-Soldevila.
Deze ‘biomaterialenrevolutie’ begint op de campus in de cafetaria van Hill House, waar werknemers van Penn Dining-cateraar Bon Appétit elke week tussen de 35 en 40 kisten ananas hakken voor studenten die in de rij staan bij een fruitsaladebar.
“De samenwerking met DumoLabs om fruitschillen om te zetten in duurzame bouwstenen is iets waar we erg enthousiast over zijn”, zegt Shazad Khan, culinair directeur van Bon Appétit bij Penn. “De natuurlijke antioxiderende eigenschappen van ananassen die in blokken kunnen worden verwerkt om ze bijvoorbeeld schimmelvrij te houden, of de natuurlijke isolerende eigenschappen van meloenschillen die in deze stenen kunnen worden verwerkt om warmte te helpen creëren, is iets waar we erg enthousiast over zijn.”
Khan zei dat 92% van het voedselafval van Penn Dining wordt gecomposteerd. Maar in plaats van naar de compostbak te gaan, verzamelt architectonisch ontwerper Amirzehni elke week de ananasschillen en brengt ze terug naar het laboratorium om in een droogoven te drogen.
Amirzehni verzamelt ook de oneetbare delen van tomaten, aubergines en zonnebloemen van de Penn Farm. Gelegen aan de zuidoostelijke rand van de campus, onder straatniveau en ingeklemd tussen de Amtrak- en CSX-spoorlijnen, drogen de student-boeren hun afval onder de South Street Bridge voordat ze het overhandigen aan het DumoLab.
Het laboratorium staat vol met emmers gedroogde fruit- en groenteschillen.
Amirzehni haalt een emmer tevoorschijn die gevuld is met bloemen van de sorghumplant en gedroogde, weggegooide selderij.
“Selderij ruikt geweldig en is heel sterk”, zei Amirzehni.
Amirhzehni verzamelt ook mangoschillen van straatverkopers en eierschalen van een farmaceutisch bedrijf. Als ze helemaal gedroogd zijn, maalt ze ze samen tot een fijn poeder. De eierschalen voegen kracht toe aan het mengsel van plantaardige vezels. Ze betrekken garnalenschalen uit de visserij-industrie om er een gelatineus bindmiddel van te maken dat wordt gecombineerd met de voedselresten in poedervorm.
Voedselresten en bouwafval buiten de stortplaats houden
In Philadelphia is voedselverspilling goed voor ongeveer 17% van de totale afvalstroom van de stad, wat betekent dat het op een stortplaats of verbrandingsoven belandt.
Maar in het DumoLab streven onderzoekers ernaar om meerdere problemen tegelijk op te lossen: hoe je voedselverspilling uit de stortplaatsen en verbrandingsovens kunt houden, gezondere bouwmaterialen kunt maken en de klimaatverandering kunt aanpakken.
Het maakt allemaal deel uit van wat bekend staat als de ‘circulaire economie’, die niet alleen maar over recycling gaat, maar over het ontwerpen van aantrekkelijke en functionele producten die materialen hergebruiken en opknappen en zoveel mogelijk spullen uit de afvalstroom houden. Het is kijken naar wat we nu als afval beschouwen, en in plaats daarvan naar een waardevolle hulpbron.
Ongeveer 61 miljoen ton bouw- en sloopmateriaal zoals beton en asfalt werd in 2025 naar stortplaatsen en verbrandingsovens in Pennsylvania gestuurd – ongeveer 7,6% van het totale ingezamelde afval.
Volgens de Verenigde Naties verbruikt de bouwsector ook ongeveer 32% van de mondiale energie en is zij verantwoordelijk voor 34% van de wereldwijde CO2-uitstoot. Beton, staal, aluminium en kunststoffen zijn verantwoordelijk voor een grote hoeveelheid broeikasgassen, vooral omdat de productie ervan veel fossiele energie kost.
Maar bij het DumoLab is slijpen de belangrijkste bron van energieverbruik. Het resulterende composiet hoeft niet te worden gebakken of uitgehard en gaat rechtstreeks in een mal of 3D-printer.
“Dan is het laatste deel van het proces om dit te coaten met natuurlijke was of natuurlijke oliën”, zei Mogas-Soldevila.
Mogas-Soldevila en Amirzheni tonen de voltooide tegels die nog steeds naar ananas ruiken.
Waarom bouwmaterialen zo ongezond zijn
Naast de klimaatemissies hebben moderne bouwmaterialen een bredere impact op het milieu.
“Ze zijn ook verantwoordelijk voor giftige emissies”, zegt Alison Mears, medeoprichter van het Healthy Materials Lab aan de Parson’s School of Design van de New School in New York.
Mears zei dat er na de Tweede Wereldoorlog een explosie was van nieuwbouw en innovatie op het gebied van synthetische chemicaliën die waren samengesteld uit bijproducten van de fossiele brandstoffenindustrie.
“Petrochemicaliën zijn goedkoop en overvloedig aanwezig en hebben een verbazingwekkende reeks eigenschappen die ze buitengewoon maken in termen van wat je ermee kunt doen,” zei Mears. “Dus dat was een soort brave new world voor scheikundigen.”
Mears zei dat geen van onze bouwmaterialen, in tegenstelling tot voedsel of farmaceutische producten, gereguleerd is. Maar ze zei dat bloedtesten microplastics en giftige PFAS-chemicaliën aan het licht brengen, waaraan mensen kunnen worden blootgesteld als ze tijd binnenshuis doorbrengen.
“Dus waar je nu ook bent, als je om je heen kijkt en naar de vloer kijkt, en je kijkt naar de muren, je kijkt naar het meubilair waarop je zit,” zei ze, “heb je misschien een houten vloer, die misschien een afwerking heeft, of een vinylvloer die geen afwerking heeft, maar het is eigenlijk een plastic vloer. Je hebt misschien een tapijt dat is opgebouwd uit een combinatie van verschillende vezels met een verschillende chemische inhoud. Al die dingen om je heen hebben een petrochemisch profiel.”
Mears zei dat architecten en ontwerpers zich de afgelopen tien jaar meer bewust zijn geworden van de potentiële gevolgen voor de gezondheid van deze materialen, omdat ze niet inert zijn, maar leiden tot ontgassing en kleinere deeltjes uitlekken die door de huid of door ademhaling kunnen worden opgenomen en verband houden met een aantal gevolgen voor de gezondheid.
Maar onderzoekers van het DumoLab zeiden dat geen van hun experimentele bouwmaterialen giftig zou zijn.
“En wanneer de regen van deze materialen afspoelt, worden voedingsstoffen in plaats van vervelende chemicaliën de grond in gestuurd”, voegde Mogas-Soldevila eraan toe.
Vergelijk het met traditionele materialen
Op dit moment experimenteert en test het team deze natuurlijke materialen aan de hand van architecturale en technische normen om te zien of hun duurzaamheid en sterkte bestand zijn tegen meer gebruikelijke materialen zoals beton.
“Daarom willen we zoveel mogelijk afval, omdat verschillende planten poreuzer, vezeliger, beter in flexibiliteit en beter in compressie zijn”, zei ze.
Veel van deze natuurlijke materialen worden al gebruikt in de biogeneeskunde. Maar bij dergelijke toepassingen moeten ze zacht en zacht zijn om ervoor te zorgen dat ons lichaam ze absorbeert, zei Mogas-Soldevila. Bouwmaterialen moeten echter hard zijn en een zekere mate van flexibiliteit hebben.
Hoewel het laboratorium zich in Penns gebouw voor beeldende kunst bevindt, is het werk interdisciplinair: techniek, scheikunde, natuurkunde, biologie en probleemoplossend ontwerp worden samengevoegd tot wat zij zien als de toekomst van gebouwen.
Mogas-Soldevila wijst trots op een ander experiment, een boog gemaakt van garnalenschalen, zand en vlasvezels. Dit model, dat ze een schaal noemt omdat het als omheining kan fungeren, is aan de bovenkant ongeveer 1,20 meter hoog en aan beide uiteinden ongeveer 1,80 meter hoog.
“Het is een halve centimeter dik, maar zo sterk als een dikkere betonnen schil en erg dun, en daarom waren we enthousiast”, zei Mogas-Soldevila. “Natuurlijk is berekend dat het zo dun is. Er komt dus veel structurele optimalisatie binnen omdat we proberen goedaardige materialen te gebruiken, maar ook de minste hoeveelheid ervan.”
De sleutel, zei ze, is uitzoeken hoe we deze materialen, die niet op fossiele brandstoffen zijn gebaseerd, sterk en dun kunnen maken, zonder broos te worden.
‘Stel je voor dat je een helm van epoxyglasvezel maakt,’ zei ze. “Om een vlashelm met garnalenschelp te maken, moet je hem dikker maken, maar hij zal je net zo beschermen als een koolstofvezelhelm.”
Hoewel een dunne helm van koolstofvezel en een grotere helm van natuurlijke vezels hetzelfde veiligheidsniveau kunnen hebben, zal de ene op een stortplaats terechtkomen, terwijl de andere op natuurlijke wijze kan ontbinden.
Mogas-Soldevila zei dat het onvermijdelijk is dat de toekomst van gebouwen gemaakt zal worden van opgeknapte afvalproducten, deels vanwege wat bekend staat als ‘end-of-life’.
“Het levenseinde is zeer problematisch”, zegt ze. “We kunnen beton niet scheiden van betonstaal aan het einde van de levensduur. Hier bestaat ons wapeningsijzer uit vezels. En daarom kunnen we gaan buigen. Zo kunnen we een balk maken van garnalen en stro. Omdat we een rietje hebben dat heel goed kan buigen en we garnalenschalen hebben die het stro heel goed aan zichzelf kunnen binden. Dus nu hebben we een buigend drukmateriaal, en dat is wat beton en betonstaal doen.”
Op dit moment bevinden experimenten als deze zich in een zeer vroeg stadium. Fabrikanten zullen alleen in dit soort biologisch afbreekbare materialen investeren als ze moeten betalen voor de verwijdering van hun eigen afval, zegt Michael Grant, directeur communicatie aan Penn’s Weitzman School of Design.
“Op een gegeven moment zullen ontwikkelaars verantwoordelijk worden gehouden voor de levenscycli, voor (hun) afval”, aldus Grant. “Maar zolang er geen financiële aansprakelijkheid bestaat voor afval, zal er nooit genoeg prikkel zijn om voldoende in biomaterialen te investeren.”
Grant zei dat hij er vertrouwen in heeft dat die dag zal komen.
“Dit zal gebeuren als stortplaatsen vol raken en steden het zich niet langer kunnen veroorloven afval te verbranden”, zei hij.
De vraag is: kunnen deze producten worden opgeschaald?
Mears zei dat ze een toekomst ziet in landbouwafval, zaken als stro, omdat het zo wijdverspreid is.
“Dat is waar een deel van de werkelijk interessante ontwikkeling van bouwproducten plaatsvindt, waarbij gebruik wordt gemaakt van dat soort materiaal”, zei Mears. “Je kunt daar schaalgrootte en acceptatie gaan zien in het gebruik van producten die zijn gemaakt van dat soort dingen die we afvalproducten zouden kunnen noemen, maar die nu grondstoffen zijn.”
Mears zegt dat er op dit moment veel academische laboratoria zijn die aan soortgelijke producten werken, maar dat deze zich ook in de beginfase bevinden.
“Ik denk dat sommige plaatsen beginnen na te denken over hoe ze kunnen opschalen, ook al is het op residentiële schaal, wat erg kleinschalig is, maar dat is de hoop”, zei ze.
“Die toekomst komt eraan”, zei Mogas-Soldevila. “We hebben al strobalenhutten die naar de moderne tijd zijn gebracht. We kijken allemaal naar Deense algendaken en hoe we deze kunnen moderniseren. Dus dat komt eraan.”
Mogas-Soldevila zei dat het niet nodig is iets nieuws uit te vinden om veel van onze klimaat- en milieuproblemen op te lossen, omdat de antwoorden overal om ons heen in de natuur liggen. Ze is gefocust op het kijken naar onze voedselverspilling om de toekomst op te bouwen.
