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Barbara Imhof über Space Architecture und Kreislaufdenken

von Markus Schraml
Liquifer Systems Group, Space Architecture

Die diesjährige Vienna Biennale steht unter dem Motto Veränderung und zeigt in einer Reihe von Ausstellungen im Museum für Angewandte Kunst Lösungswege für eine nachhaltige, lebenswerte Zukunft auf. In der Ausstellung „Space and Experience“ geht es um Architektur für ein besseres Leben. Eines der zehn beteiligten Architektur- und Designbüros ist die in Wien ansässige LIQUIFER Systems Group, ein disziplinen-übergreifendes Team, das von Waltraut Hoheneder, Barbara Imhof und René Waclavicek geleitet wird und das sich dem Thema Weltraumarchitektur und damit verbundenen Technologien und Entwicklungen widmet. Dabei geht es besonders um die gegenseitige Befruchtung der Disziplinen, aus der zukunftsfähige Lebensräume kreiert werden. In der MAK-Ausstellung ist Liquifer mit den Projekten „RegoLight“ und „Living Architecture“ vertreten.

Mit ihren innovativen Forschungsansätzen und Produktentwicklungen hat die LIQUIFER Systems Group in der Vergangenheit Themen wie Nahrungsproduktion im Weltraum (Projekt: Eden ISS, 2015-2019), selbst wachsende Architektur (Growing As Building, 2013-2015) oder 3D-Fertigungstechnologien mit in-situ-Ressourcen auf dem Mond (RegoLight, 2015-2017) aufgegriffen. Dabei besitzen Entwicklungen für den Weltraum immer auch Relevanz für die Erde. Denn Ressourcenknappheit und Kreislaufsysteme sind etwa auf einer Raumstation oder in einem Raumschiff immanent. Im formfaktor-Interview spricht Barbara Imhof über Raumwahrnehmung in der Schwerelosigkeit, die vielfältigen Probleme einer Marsmission, Ästhetik in der Weltraumarchitektur und über Bioreaktoren im Bauwesen der Zukunft.

 

formfaktor: Für das Projekt Living Architecture haben Sie mehrere auf lebenden Organismen basierende Technologien integriert, durch die es gelingt, Haushaltsabwässer wiederzuverwerten. Wie funktioniert das?

Barbara Imhof: „Living Architecture“ ist ein EU-Projekt unter der Leitung von Rachel Amstrong von der University of Newcastle mit verschiedensten Forschungspartnern. In dem Projekt geht es darum, dass wir das, was wir als Abfall, als Abwasser titulieren, als Ressource erkennen und in Elektrizität umwandeln bzw. aus den abgetrennten Phosphaten Düngemittel gewinnen, die dann für die Pflanzen, die Fassadenbegrünung oder das Gewächshaus verwendet werden. Das System funktioniert mittels Bioreaktoren. Das sind mehrere Gefäße, wo verschiedene Mikroben, mikrobische Konsortien oder Familien leben, die unterschiedlichste Aufgaben übernehmen. Beispielsweise den Urin durch eine mikrobische Brennstoffzelle in Elektrizität umwandeln – um es jetzt ganz einfach zu sagen. „Living Architecture“ ist auch ein Projekt, bei dem modular an das Thema Bioreaktoren herangegangen wird. Das heißt, es gibt nicht nur einen Bioreaktor, der eine Sache macht, sondern es sind drei verschiedene, die zu einem kombiniert werden. Das Ganze besteht aus einem Photobioreaktor, der aus dieser mikrobischen Brennstoffzelle Sauerstoff produziert und einem Bioreaktor, der auf synthetischer Biologie aufgebaut ist, also auf Mikroben, die so modifiziert sind, dass sie aus dem Abwasser – das zuerst durch die Brennstoffzelle geflossen ist – die Phosphate rückgewinnen können. Es geht also wirklich um eine Rückgewinnung, um ein Recycling der Abwässer, die in einem Haushalt anfallen.

formfaktor: Einige der Mikroben sind synthetisch verändert, haben Sie gesagt. Also gentechnisch verändert.

Das Interessante ist, dass derzeit sehr viel im Bereich synthetische Biologie erforscht wird. Das heißt, Mikroben werden genetisch modifiziert, um bessere Leistungen zu erbringen. Da gibt es sehr viele spezielle Eigenschaften, zum Beispiel Rohöl zu raffinieren oder überhaupt Öl von Wasser zu trennen und eben auch Phosphate rückzugewinnen. Das Thema ist natürlich heikel, weil es um Gentechnik geht und weil es in der EU derzeit nur in einem geschützten Laborbereich erlaubt ist, mit solchen Mikroorganismen zu arbeiten. Im Gegensatz zu anderen Ländern, wie beispielsweise die USA. Aber dennoch wird hier relativ viel erforscht, weil es sehr hohes Potenzial birgt. Man muss auch sagen, das sind Allerwelts-Mikroben, die überall vorkommen, in unserem Darm, in irgendeinem Wienerwald-Teich etc.

Wir denken immer, hier ist die Erde und dort der Weltraum, aber die Erde ist ein Teil davon. Barbara Imhof

formfaktor: Sie arbeiteten für dieses Projekt mit einer ganzen Reihe von Partnern zusammen. Was war konkret Ihre Aufgabe?

Es gab verschiedene Themen: Liquifer hat spezielle keramische Membranen für diese Bioreaktoren entwickelt. Das heißt, Prototypen erstellt, viele verschiedene Variationen, die dann im Labor von den Wissenschaftlern getestet werden konnten. Ein weiteres Thema war, da dieses Projekt in der Grundlagenforschung verankert ist, geht es darum, dass Technologien, die entwickelt werden und noch keine Marktreife haben, kontextualisiert werden müssen. Es müssen Szenarios erstellt werden, um zu sehen, wo kann man das einsetzen. Was würde das in einem Haushalt bringen? Wo würde man das überhaupt einbauen: in der Küche, im Bad, an der Fassade, zieht es sich durchs Treppenhaus? Und wie sieht das dann aus, wie lebt man damit? Das ist eine sehr typische Architektinnen-Arbeit, dieses Integrieren von Systemen in einen Raum, in eine Architektur.

formfaktor: Welche Anwendungen wären jetzt konkret möglich? Müsste das ein Neubau sein oder kann man das auch in bestehende Gebäude einbauen?

Wir haben verschiedene Szenarien untersucht in Bezug auf die Integration in bestehende Gebäudestrukturen. Dabei haben wir uns den europäischen Kontext sehr genau angeschaut. Dabei war natürlich interessant, zu sagen, wie sieht das aus, wenn ich es in ein Einfamilienhaus integriere. Oder wo könnte ich es in einen Altbau, also in den Bestand einbauen. Im Hinblick auf Neubauten haben wir ein Szenario entwickelt, wo wir ein Hochhaus in eine Stadt gesetzt haben. Ein multifunktionales Gebäude, in dem man wohnen und arbeiten kann. Es gibt auch ein Gewächshaus, das mit dem wiedergewonnen Wasser und den Phosphaten aus den Bioreaktoren betrieben werden kann. Das zurückgewonnene Wasser ist ja kein Trinkwasser, aber Brauchwasser. Man kann es für die Toilettenspülung oder eben in einem Gewächshaus verwenden. Des Weiteren haben wir uns überlegt, wie man das System in öffentliche Gebäude und in den Bürobau integrieren könnte. In letzterem Fall könnten die Photobioreaktoren an der Fassade angebracht werden – sie brauchen ja Licht – was für die Computerarbeit in Büros ein angenehm gedämpftes Licht bringen würde. Das System „Living Architecture“ ist modular, sodass man es immer weiter ausbauen und auch zusätzliche Funktionen integrieren kann. Also etwa Bioreaktoren, die noch etwas anderes leisten.

formfaktor: Wie lange wird es dauern, bis man diese Technologie, die Sie hier entwickelt haben, irgendwann in der Realität zur Anwendung kommt?

Was die mikrobische Brennstoffzelle betrifft, ist die Entwicklung relativ weit fortgeschritten. Hier wurden schon Prototypen bei Festivals getestet – bei mobilen Toilettenanlagen. Und dort geht es sehr gut, den Urin in Strom umzuwandeln und beispielsweise die Toiletten zu beleuchten oder das Handy aufzuladen. Photobioreaktoren sind ja eigentlich nichts Neues, das Neue ist die Kombination. Und der Bereich der synthetischen Biologie ist sehr speziell, weil es über die EU die Labor-Auflagen gibt. Diesbezüglich gibt es einen regen Diskus, wie man diese Regularien anpassen kann. Wenn es nun diese verschiedenen Barrieren nicht gäbe und wir sagen, dass der höchste Technologie-Reifegrad bei neun ist, also auf einer Skala von eins bis neun, wobei eins ein Konzept, eine Idee ist und neun das Produkt am Markt, sind wir jetzt ungefähr bei 4,5. Das heißt, es dauert sicher noch ein paar Jahre, selbst wenn man es sofort und ständig weiterbetreiben könnte.

formfaktor: Sie sind auf Forschung und Entwicklung für Weltraumprojekte, auf Space Architecture spezialisiert. Living Architecture war in dieser Hinsicht ein sehr irdisches Projekt. Aber – könnten die entwickelten Bioreaktoren auch auf Mond oder Mars funktionieren?

Ja, natürlich. Das ist ja genau der Punkt. Wir denken immer, hier ist die Erde und dort der Weltraum, aber die Erde ist ein Teil davon. Es ist ein Raum. Die Umweltbedingungen sind aber unterschiedlich und auf der Erde verändern sie sich gerade sehr stark: Thema Klimawandel. Wenn man sich die Direktiven in den EU-Programmen ansieht, gehen die alle in Richtung zum Beispiel Kreislaufsysteme, Kreislaufwirtschaft, Recycling, Sorgfalt im Umgang mit Ressourcen. Und das sind alles Themen, die auf einer Raumstation oder einer Forschungsstation auf dem Mond immanent sind. Dort kann man überhaupt nicht anders denken, weil die Ressourcen so wertvoll und schwierig zu bekommen sind. Das heißt, dass die Technologien, die gerade für den Bereich Weltraum entwickelt werden, genau die sind, die wir hier auf der Erde immer mehr brauchen werden. Vielleicht nicht so speziell, aber viele der Anforderungen sind genau gleich. Es gibt gute Beispiele der europäischen Weltraumbehörde, von Melissa, einem lebenserhaltenden System, wo es zum Beispiel Anwendungen für große Hotelkomplexe gibt.

formfaktor: Apropos Weltraum. Ein relativ neues Projekt, an dem Sie arbeiten, ist Gateway.

Die Idee ist, dass man im Mondorbit eine Raumstation baut, die verschiedene Zwecke erfüllt. Es ist eine Umsteigemöglichkeit, um auf dem Mond zu landen, und zwar auch auf dem Südpol, wo man Wassereis gefunden hat. Und wo man sich auf einen Marsflug vorbereiten kann, weil das schon so weit von der Erde entfernt ist, dass die Umweltbedingungen einer Reise zum Mars sehr ähnlich sind. Trotzdem ist es so nah, dass man dort schnell hin und wieder wegkommen kann. Deshalb Gateway: Es ist das Tor zum Mond und das Tor zum Mars. Es gibt verschiedenste Module und eines ist das Habitat-Modul, wo vier Astronauten*innen leben werden, bis zu einem Monat. Und umsteigen werden, bevor sie auf dem Mond landen. Dieses Habitat-Modul muss alles leisten. Es muss ein Raum zum Wohnen, zum Arbeiten, zum Schlafen, zum Essen, zum Trainieren sein. Unsere Aufgabe ist es, für unseren Auftraggeber Airbus, die gesamte Innenraumkonfiguration dafür zu entwickeln und zu entwerfen. Das heißt, wir haben ein Jahr lang die Bereiche für die Schwerelosigkeit organisiert. Es ist so, dass der Raum viel kleiner sein kann, weil er in der Wahrnehmung größer erscheint – die Raumfahrer*innen bewegen sich dort ganz anders, sie schweben herum, erfassen den Raum dreidimensional, deshalb kann ich in dem Raum oben, unten, rechts, links, überall Funktionen organisieren. Für uns geht es hier auch darum, eine gewisse Ästhetik zu schaffen. Wir überlegen uns auch, wie sind diese Räume akustisch beschaffen. Welche Materialien könnte man verwenden, welche Farben, welches Licht und das ist manchmal nicht ganz so einfach, weil wir in dieser Maschinerie, in einem großen Team drinnen sind, das von Airbus geleitet wird und wo eine gewisse Kultur herrscht, solche Projekte zu entwickeln und später umzusetzen. Und weil wir mit etwas kommen, was für dieses professionelle Umfeld ungewöhnlich ist, wie Raum und Raumwahrnehmung etc. Deshalb braucht es etwas länger, um das auch nachhaltig einbringen zu können. Jetzt gibt es ein eins-zu-eins Mock-up, ein begehbares Modell, das nach unseren Entwürfen bei Airbus gebaut wurde.

formfaktor: Ich nehme an, man hat für dieses Projekt viel von der ISS gelernt.

Ja, da hat man sicher viel gelernt. Vor allem, dass man einen Tag-Nacht-Rhythmus durch Licht einführt. Das muss man künstlich erzeugen, dass das Licht an verschiedenen Orten schaltbar ist. Das heißt, ich kann in einem bestimmten Bereich mehr oder weniger Licht machen, ich kann dem Licht vielleicht sogar verschiedene Farben geben – für unterschiedliche Lichtstimmungen. Die andere Komponente ist die Akustik. Dadurch, dass die lebenserhaltenden Systeme Maschinen sind, – und keine Mikroben, noch nicht – machen die relativ viel Lärm. Es gibt also einen akustischen Dauerpegel. Dabei ist wichtig, dass man in den Schlafbereichen, in den Kajüten, aber auch in anderen Bereichen diesen Pegel reduziert. Das kann man unter anderem durch bestimmte Materialien erreichen. Und das muss auch entsprechend thematisiert werden.

Animation Gateway Habitat: © LIQUIFER Systems Group 2019

 

formfaktor: Welche Rolle spielt das Thema Komfort bei einer Raumstation?

Da muss man sich überlegen, was heißt Komfort in diesem Zusammenhang. Für „Gateway“ ist geplant, dass die Menschen bis zu einem Monat dort sind. Im Unterschied zur ISS, wo die Astronauten oder Kosmonauten teilweise ein Jahr waren, ist das eine völlig andere Dimension. Das ist wie ein längerer Sommerurlaub. Was sehr wichtig ist, sind die privaten Rückzugsräume. Das ist ein Komfort. Komfort ist, dass ich meinen persönlichen Bereich habe, den ich mir individuell gestalten kann und wo ich mich zurückziehen kann. Gleichzeitig ist es ein Komfort, wenn ich einen Ort habe, wo ich zusammensitzen kann, wo man das soziale Zusammensein fördern kann. Es gibt also einen Ort, wo man gemeinsam isst, wo man Mahlzeiten zubereiten kann und wo es eine Art Tisch oder eine Oberfläche gibt, wo man seine Getränke etc. anheften kann. Das andere sind die Arbeitsräume. Die werden sehr stark von den wissenschaftlichen Experimenten bestimmt. Es wird zum Beispiel eine Kontrollstation für einen Roboterarm geben. Hier bestimmt die Ergonomie den Komfort und alles ist auf die Tätigkeit zugeschnitten.

formfaktor: Elon Musk will 2024 Menschen auf den Mars schicken. Wie realistisch ist das?

Meiner Meinung nach werden wir zwischen 2024 und 2030 auf dem Mond landen, um ihn ergiebiger zu erforschen und vielleicht auch kommerzielle Missionen durchzuführen. Und erst danach kommt der Mars. Mars ist relativ weit weg – sechs Monate hin, sechs Monate zurück – Minimum. Wenn man die Planetenkonstellationen berücksichtigt, müsste man dann eine Zeit lang auf dem Mars bleiben. Das heißt, das Ganze würde etwas über ein Jahr dauern.

formfaktor: Was sind die größten Probleme und Schwierigkeiten für eine Mission zum Mars?

Drei Bereiche: erstens die Strahlung. Der Mars hat eine dünne Atmosphäre, also die Strahlung ist nur etwas geringer, als auf der Reise dorthin. Dieses Thema ist noch relativ wenig erforscht, wie wir uns da entsprechend schützen können. Vor den Sonnenwinden und der dauernden kosmischen Hintergrundstrahlung – vor der wir auf der Erde durch den Van-Allen-Gürtel und die Atmosphäre geschützt sind. Das zweite Thema betrifft die lebenserhaltenden Systeme, es gilt eine Biosphäre zu schaffen, die hundertprozentig im Loop funktioniert. Mit dieser Technologie am weitesten sind derzeit die Chinesen mit ihrem Projekt Lunar Palace. Das dritte Thema betrifft die Transportsysteme. Da hat SpaceX in den letzten Jahren einen wahnsinnigen Sprung gemacht und wird sicher Schwerlastraketen bis 2024 fertig haben, die zertifiziert sind und mit denen wir auf dem Mond landen können. Eine Sache ist auch noch die Landung auf dem Mars, weil der im Unterschied zum Mond eine Atmosphäre hat. Wenn man astronautisch fliegt, hat man relativ viel Gewicht und muss dann in dieser dünnen Atmosphäre das Gewicht abbremsen. Dazu gibt es eine Entwicklung, den Sky Crane des Jet Propulsion Laboratory (NASA, Anm.). Bisher geht das bis 1 oder 2 Tonnen, aber für eine Marslandung braucht man mindestens 6 Tonnen.

formfaktor: Würden Sie gerne ins All reisen?

Ja!

formfaktor: Und wie weit?

Wie weit? Bis zum Mond würde ich reisen. Aber das hängt auch damit zusammen, dass ich die Technologien kenne und ich glaube, dass für den Mars noch einiges entwickelt werden muss. Aber von der Landschaft her, finde ich den Mars so interessant, dass ich mir das gerne anschauen würde. Aber ich glaube, wir sind noch nicht so weit.

formfaktor: Was fasziniert Sie am Weltraum bzw. an Ihrer Arbeit, die sich damit beschäftigt?

Barbara Imhof: Das Interesse kam ursprünglich mit der Frage, wie leben wir in der Zukunft. In welchen Gesellschaftssystemen, wie wohnen wir und was für Räume brauchen wir dafür. Wie sehen die Szenarien aus? Wenn man immer weiter und weiter in die Zukunft denkt, dann kann man die nähere Umgebung der Erde gar nicht auslassen. Man muss dann eigentlich so weit denken: Wie ist es, wenn ich zwischen Erde und Mond lebe oder auf dem Mond oder auf dem Mars oder auf einem Asteroiden durch das Weltall fliege. Konsequenterweise muss man dahin denken, weil man sonst den Kontext nicht beachtet, in dem wir uns befinden. Eben die Erde als Raumschiff. Das andere, was wichtig ist, dass man mit unseren limitierten Ressourcen in Kreislaufsystemen denken muss. Dass man den Anspruch hat, mit dem, was man hat, sehr sorgfältig umzugehen. Wir arbeiten mit unserem interdisziplinären Team in verschiedenen Bereichen. Das heißt, es gibt eine sehr große Bandbreite und dadurch kann man an verschiedenen Enden oder auch in den Mitte arbeiten und das ist sehr inspirierend. Die unterschiedlichen Bereiche Kunst, Wissenschaft, Ingenieurwesen und so weiter profitieren dabei voneinander. Schlussendlich gehen wir das sehr holistisch an und sehen es immer als großes Ganzes, wo man nichts voneinander trennen kann.

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