Vooruitgang in duurzame bouw door technologie

Van traditionele bouw naar digitale eco-bouw

Construction is generally a very energy- and labor-intensive activity, generating significant pollution. It is still primarily an “offline” activity, with little digitalization compared to other economic activities.

Een wetenschappelijk artikel gepubliceerd in Sustainable Futures¹ onderzoekt hoe de opkomst van AI, blockchain‑technologie, digitale fabricage en de trend naar duurzaamheid deze sector zou kunnen beïnvloeden.

Digitale technologieën en eco‑materialen kunnen een aanzienlijke versnelling van eco‑bouwtechnologieën teweegbrengen en de ecologische impact van de bouwsector verminderen.

De studie werd uitgevoerd door Maleise onderzoekers aan de Asia Pacific University of Technology & Innovation (APU) en de National University of Malaysia (UKM), gepubliceerd onder de titel “Digitale integratie in eco‑bouw 2.0: Duurzaamheid bevorderen door technologie”.

Nieuwe productiemethoden

Materials in construction have been historically mass-produced in standardized forms, and any assembly required skilled human labor. New technologies are likely to change this status quo in the near future.

De eerste zijn productiemethoden die verder gaan dan fabrieksmassaproductie met computer numerical control (CNC) bewerking, lasersnijden en 3D‑printen. Elk heeft zijn eigen voordelen en nadelen, en moet worden gekozen afhankelijk van de eisen van een specifieke taak.

Bron: Sustainable Futures

Deze methoden verminderen aanzienlijk de hoeveelheid materiaal die verloren gaat tijdens de verwerking van ruwe grondstoffen tot afgewerkte bouwproducten.

Ze bieden ook een veel hoger niveau van flexibiliteit in het uiteindelijke ontwerp, waardoor maatwerkontwerpen toegankelijker worden.

Ten slotte kunnen ze op een veel kleinere schaal en lokaal worden vervaardigd, wat mogelijk leidt tot een drastische vermindering van de transportvoetafdruk van materiaal van ruwe grondstoffen naar de fabriek en vervolgens naar bouwplaatsen.

“Deze methodologie is niet alleen bevorderlijk voor het gebruik van eco‑materialen, maar sluit ook nauw aan bij lean‑construction‑principes en net‑zero‑doelstellingen vanwege het inherent lage afvalprofiel.”

Al deze nieuwe productiemethoden profiteren enorm van de verbetering en democratisering van computer‑aided design (CAD) en de brede adoptie van Building Information Modeling (BIM). CAD en BIM vormen vandaag de digitale ruggengraat van de meeste bouwprojecten.

Eco-materialen

Another change affecting the construction industry is the shift to more environmentally friendly materials.

Een belangrijke drijfveer van verandering is 3D‑printers die materialen kunnen gebruiken zoals gerecycled plastic, biologisch afbreekbare polymeren en composietmaterialen die natuurlijke vezels bevatten.

In het bijzonder kunnen geopolymeren worden gebruikt bij 3D‑printen. Geopolymeren zijn anorganische, meestal keramische materialen die kunnen worden gemaakt van industriële bijproducten zoals vliegas of slak, die anders afvalproducten zijn van energiecentrales en staalfabrieken. Ze kunnen worden geformuleerd uit lokaal verkregen materialen.

Door dit te doen, wordt de bouwsector in staat gesteld industrieel afval te recyclen in plaats van grondstoffen te verbruiken.

De ontwikkeling van grootschalige 3D‑printers heeft de bouw van volledige gebouwstructuren direct op locatie mogelijk gemaakt, waardoor transportkosten en bijbehorende CO₂‑emissies worden gereduceerd.

Het moet echter worden opgemerkt dat de kosten van 3D‑printers en hun relatief lage snelheid nog steeds serieuze beperkingen van deze technologie vormen en de grootschalige inzet vertragen.

Hernieuwbare eco‑materialen, zoals massief hout voor het bouwen van houten wolkenkrabbers, kunnen ook helpen de CO₂‑emissies en het grondstofverbruik van de bouwsector te verminderen.

Nieuwe ontwerpen

3D‑geprinte gebouwen kunnen ook complexere maatwerkvormen aannemen dan gebouwen die zijn gemaakt van massaproductie‑elementen.

Als gevolg hiervan kan het de integratie van natuurlijke en ergonomische vormen in gebouwen vergemakkelijken, wat de energie‑efficiëntie kan verbeteren door betere thermodynamica en lichtverdeling.

De integratie van natuurlijke isolatie‑vormen, zoals honingraatstructuren, verbetert de isolatie terwijl materiaalkosten worden verlaagd en kan ook de waarde van 3D‑printen in de bouw verhogen.

3D‑printen maakt ook de creatie van “gradient‑materialen” mogelijk, waarbij materiaaleigenschappen variëren over één object om te voldoen aan specifieke functionele eisen zonder overtollig materiaalgebruik.

Blockchain voor duurzame bouwleveringsketens

Another recurring challenge of the construction industry is probably tracking the source of the materials used and their ESG profile.

This is a field where the efficient records allowed by blockchain technology can help.

Door transacties over de hele leveringsketen te automatiseren en te beveiligen, verbetert blockchain niet alleen operationele efficiëntie, maar bouwt ook vertrouwen op bij belanghebbenden door een duidelijk en onveranderlijk register van materiaalherkomst, verwerking en transport te bieden.

Blockchain kan ook worden gebruikt om slimme contracten mogelijk te maken, waardoor de uitvoering van contracten soepeler verloopt, en de technologie potentieel bij elke stap van het bouwproces kan worden ingezet, van het inkopen van materialen tot verificatie en certificering van het voltooide gebouw.

Bron: Sustainable Futures

Door te helpen bij het volgen en bewijzen van de herkomst van materialen die in de bouw worden gebruikt, kan blockchain helpen te voldoen aan geavanceerde duurzaamheidsnormen zoals LEED, BREEAM of ISO 21930, en aantonen dat ze voldoen aan milieuregels, arbeidsbescherming en CO₂‑reductiedoelstellingen.

De grootste beperking voor de inzet van deze technologie is minder technisch dan cultureel, aangezien de bouwsector over het algemeen terughoudend is om haar werkwijzen te moderniseren.

“De bouwsector vertoont structurele weerstand tegen digitale transparantie, met name in inkoop‑ en onderaannemingspraktijken die afhankelijk zijn van legacy‑processen, informele relaties en gefragmenteerde documentatiesystemen.”

Dit kan met name bestaande machtsstructuren en zwart‑ of grijze‑marktpraktijken in de sector beïnvloeden, vooral in sommige landen of regio’s.

“Voor veel belanghebbenden wordt de gedecentraliseerde en onveranderlijke aard van blockchain niet gezien als een facilitator, maar als een disruptieve kracht die bestaande operationele normen bedreigt.”

Waarschijnlijk zal de inzet van blockchains en andere digitale volgsystemen snel plaatsvinden in kritieke infrastructuurprojecten, waar traceerbaarheid niet alleen een wettelijke vereiste is, maar een voorwaarde voor aansprakelijkheidsbeheer en kwaliteitsgarantie.

AI in duurzame bouw: Toepassingen en beperkingen

Toepassingen

As AIs become more versatile, they can now be deployed to improve construction projects.

Een toepassing is de integratie van AI in environmental impact assessment (EIA) workflows. Het maakt nauwkeurige voorspellingen mogelijk op basis van omvangrijke en heterogene datasets, inclusief sitespecifieke milieu‑indicatoren, historische projectdata en regelgevende parameters.

Assistance with legal documents and regulations kan eveneens een grote impact hebben.

“Natural language processing (NLP) technieken extraheren gestructureerde kennis uit regelgevende teksten en historische EIA‑documentatie, waardoor compliance‑beoordelingen worden versneld en review‑cycli worden gestroomlijnd.”

Bron: Sustainable Futures

Een andere toepassing van AI is het voorspellen van materiaaleigenschappen voor criteria variërend van structurele integriteit, isolatie, waterbestendigheid tot duurzaamheid onder diverse belastingen (vocht, chloride‑infiltratie, vorst‑ontdooi‑cycli, thermische gradiënten, enz.).

Beperkingen

Een beperking voor de inzet van AI zal echter de over het algemeen lage kwaliteit van invoergegevens in de sector zijn, waardoor de capaciteit en nauwkeurigheid van modellen worden geremd.

Naarmate meer projecten steeds meer gedigitaliseerd worden, wordt verwacht dat deze beperking in de loop van de tijd zal afnemen. Hetzelfde geldt voor de groeiende hoeveelheid data over de prestaties van diverse materialen onder reële omstandigheden gedurende meerdere decennia.

Een ander potentieel probleem is dat modellen getraind worden op datasets die historische ongelijkheden weerspiegelen of geen gevoelige ecologische zones vertegenwoordigen. Dit kan extra problematisch zijn bij AI‑modellen waarvan de interne werking moeilijk te doorgronden is, waardoor ze een soort “black box” vormen.

“De efficiëntie en analytische diepgang die AI biedt, moeten daarom worden afgewogen tegen deze risico’s door transparante, controleerbare en context‑gevoelige modelleringskaders te implementeren.”

Synergie tussen eco‑materialen, blockchain en AI

Swipe to scroll →

Elk van deze innovaties in de bouw verweeft zich met de andere, waardoor ze nuttiger zijn dan wanneer ze afzonderlijk worden ingezet.

Naarmate meer projecten blockchain‑technologie voor traceerbaarheid integreren, neemt de hoeveelheid hoogwaardige data die door AI kan worden gebruikt toe.

De toenemende digitalisering van bouwprojecten vergemakkelijkt de integratie van CAD‑ en 3D‑printtechnologieën in de feitelijke constructie.

Het gebruik van meer milieuvriendelijke materialen en betere recyclingtechnieken vermindert de ecologische impact van bouw en sloop, waardoor de waarde van hoogwaardige data die kan worden ingezet voor het behalen van waardevolle milieucertificaten en het stellen van nieuwe standaarden voor de sector, toeneemt.

Bron: Sustainable Futures

Voorbeelden van dergelijke synergieën zijn al waarneembaar in real‑world projecten. Singapore gebruikte bijvoorbeeld veel nieuwe technologieën voor de bouw van ecovriendelijke sociale huisvesting:

• Geavanceerde AI‑systemen om milieugegevens te analyseren, zoals zonlichtblootstelling, windpatronen en stedelijke hitte‑eiland‑effecten, om de oriëntatie van gebouwen en materiaalkeuze te optimaliseren.
• Duurzame materialen zoals gerecycled beton en duurzaam geoogst hout. Deze materialen worden strategisch geplaatst binnen de gebouwstructuur om natuurlijke ventilatie en lichtinval te maximaliseren.
• Hoogwaardige isolatie en ramen, evenals zonnepanelen en groene daken, worden gecombineerd met AI‑systemen die continu het energieverbruik monitoren en aanpassen op basis van realtime omgevingscondities.

Voorbeelden uit de praktijk

The study also presents real‑world early adopters of these technologies to demonstrate that we are now firmly in the implementation stage of the technology cycle.

Een voorbeeld is het gebruik van blockchain om betalingsgeschillen met aannemers en leveranciers op te lossen.

“Een vlaggenschip‑infrastructuurproject in Dubai implementeerde blockchain om contractbeheer te stroomlijnen en mijlpaal‑gebaseerde uitbetalingen af te dwingen, wat leidde tot meetbare verbeteringen in administratieve efficiëntie en verminderde financiële lasten.”

Blockchain hielp ook bij het volgen van de ecologische voetafdruk van materialen.

“In Nederland is blockchain getest om de realtime kwaliteit, levering en ecologische voetafdruk van kernmaterialen zoals staal en beton te volgen, zodat zowel materiaalspecificaties als duurzaamheidsdrempels worden gehaald zonder knelpunten in handmatige inspectie.”

Een gebruiksgeval van AI werd gedemonstreerd in Zweden, waar architecten en ingenieurs geavanceerde isolatiematerialen selecteerden die energie‑retentie in de winter optimaliseerden en warmte‑inname in de zomer minimaliseerden.

“De implementatie van deze geoptimaliseerde materialen leidde tot een vermindering van het energieverbruik tot wel 25 % in nieuw gebouwde residentiële gebouwen, waardoor de bijbehorende CO₂‑voetafdruk aanzienlijk werd verlaagd.”

AI werd ook ingezet in Japan om het recyclen van bouwafval te automatiseren.

AI‑aangedreven sorteersystemen, uitgerust met geavanceerde beeld‑ en sensortechnologieën, identificeerden en categoriseerden nauwkeurig verschillende soorten bouwafval.

“In een pilotproject op een slooplocatie verhoogde het AI‑systeem de recycle‑ratio met 30 % vergeleken met traditionele handmatige sorteer‑methoden. De efficiëntie van het sorteren verminderde bovendien de totale tijd en arbeidskosten die gepaard gaan met afvalbeheer, waardoor het recyclingproces economischer en duurzamer werd.”

Regelgevende uitdagingen in duurzame bouw

Paradoxaal genoeg, hoewel de meeste regelgeving in de bouw gericht is op het verbeteren van veiligheid en milieuprofielen, kan ze ook een belemmering vormen voor de inzet van deze technologieën.

Een groot deel van de potentiële problemen komt voort uit de afname van standaardisatie in bouwmethoden. Maatwerkontwerpen kunnen het energetische en milieuprofiel verbeteren, maar ze passen ook moeilijk in de rigide categorieën en beoordelingsmethoden die door regelgeving worden opgelegd.

Een element dat kan helpen is de zogenoemde “regulatory sandbox”, die pilotprojecten toelaat hun waarde te bewijzen met minder beperkende controle.

“Deze kaders stellen bouwbedrijven in staat digitale methoden te piloteren zonder volledige regelgevende blootstelling, waardoor innovatie wordt gefaciliteerd terwijl toezicht behouden blijft.”

Een andere verbetering kan zijn het opnemen van digitale bouwvereisten in openbare aanbestedingsprotocollen. Op deze manier passen overheden zich niet alleen aan, maar sturen ze actief de transitie naar een digitaal‑enabled & environmentally‑responsible bouwsector.

Deze regelgevende veranderingen moeten worden beheerd op lokaal, nationaal en internationaal niveau.

Bron: Sustainable Futures

Ze moeten ook snel genoeg bewegen om zich aan te passen aan technologische verbeteringen. Anders kan dit de adoptie van innovatieve technologieën zoals AI en 3D‑printen in de bouw vertragen, omdat bedrijven terughoudend kunnen zijn om zwaar te investeren in technologieën die mogelijk niet voldoen aan toekomstige regelgeving.

Toekomstige bouwtechnologieën

Even indrukwekkendere materialen zouden op een dag in bouwprojecten geïntegreerd kunnen worden. Bijvoorbeeld nanotechnologie in materiaalkunde biedt de potentie om ultrasterke, lichtgewicht bouwmaterialen te creëren die zowel kosteneffectief als milieuvriendelijk zijn.

Een andere optie is slimme materialen die zich kunnen aanpassen aan omgevingsveranderingen, zoals temperatuur‑responsieve polymeren die hun isolerende eigenschappen aanpassen op basis van de weersomstandigheden.

Deze materialen zouden de energie‑efficiëntie en het comfort in gebouwen dramatisch kunnen verhogen zonder extra mechanische interventie.

Digitale fabricatietechnologieën kunnen ook nog verfijnder worden, waarschijnlijk met realtime kwaliteitscontrolesystemen, zoals geavanceerde sensoren en AI‑algoritmen die printparameters onderweg aanpassen, zodat optimale materiaaleigenschappen en structurele integriteit worden gegarandeerd.

Robotica kan ook een grote impact hebben, bijvoorbeeld door robots die metselwerk of complexe installaties van leidingen en kabels uitvoeren, waardoor snelheid en precisie toenemen en menselijke fouten en arbeidskosten afnemen.

Ten slotte kan AI een grote impact hebben op onderzoek naar nieuwe materialen, van een digitale tweeling van een gebouw die de evolutie van parameters over tijd observeert tot het versnellen van de ontdekking van nieuwe materialen, het verbeteren van de levensduur van materialen en het verdiepen van het begrip van de milieu‑impact gedurende de volledige levenscyclus van een gebouw.

Conclusie

Construction has been historically a relatively “low-tech” industry, only integrating new materials slowly and keeping construction methods relatively unchanged.

De gelijktijdige volwassenwording van CNC, 3D‑printen, CAD, digitale voetafdruk en AI zou dit binnenkort kunnen veranderen. Vooral wanneer dit wordt gecombineerd met een drang naar lagere milieu‑impact, meer traceerbaarheid, meer energie‑efficiëntie en minder materiaalverbruik.

Echter, in tegenstelling tot veel andere economische sectoren, is het onwaarschijnlijk dat dit veel menselijke arbeid uit de bouw zal verdringen.

In plaats daarvan zal het de productiviteit, veiligheid en groene profielen van nieuwe gebouwen verbeteren, terwijl het betere ontwerpen en lager grondstofverbruik mogelijk maakt, alles onder toezicht van mensen die nog steeds direct de rommelige en veranderende omstandigheden op een bouwplaats afhandelen.

3D‑printbedrijf

(Naast de hieronder besproken bedrijven kun je meer lezen over anderen in ons artikel “Top 10 Additive Manufacturing en 3D‑printaandelen om in de gaten te houden”)

Nano Dimension

De meeste additive‑manufacturing‑bedrijven richten zich op metaal en plastic, met een focus op complexe mechanische onderdelen. Nano Dimension richtte zich in plaats daarvan op 3D‑geprinte elektronica. Dit omvat zeer gespecialiseerde technologieën zoals geleidende of dielectrische inkt en keramiek. Deze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt bij de constructie van optische of radio‑componenten.

Dit is een van de mogelijke toepassingen van 3D‑printen op nanoschaal, die we verder onderzochten in “Nanoschaal 3D‑printen lijkt klaar voor commercialisatie”.

Nano Dimension is gegroeid door een mix van overnames en interne R&D.

Bron: Nano Dimensions

Deze strategie veranderde met de overname van Desktop Metal, aangekondigd in 2024 en afgerond in 2025. Samen zullen de twee bedrijven een veel sterkere positie hebben in metaal‑ en keramiek‑3D‑printen op alle schalen, van elektronica tot grote industriële apparatuur en lucht‑ en ruimtevaart, met een sterke stap richting industriële productie.

Dit creëert ook schaalvoordelen door de klantenbasis te combineren, waaronder SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics, enz.

Ten slotte waren de twee bedrijven voornamelijk actief in verschillende geografische gebieden, met Nano Dimension in Europa en Desktop Metal in de VS, waardoor synergie ontstaat door hun verkoopteams te combineren.

Bron: Nano Dimension

Het bedrijf beweert de ecologische voetafdruk van de productie te kunnen verminderen, met een reductie van 94 % in CO₂‑emissies, 100 % in waterverbruik, 98 % in materiaalgebruik en 82 % in chemicaliën. Over het geheel genomen kunnen we verwachten dat Nano Dimension zich zal ontwikkelen tot een technologieleider.

Bron: Nano Dimensions

De gefuseerde bedrijven zijn goed gepositioneerd om nieuwe ontdekkingen in 3D‑printen te benutten en sterkere aluminiumlegeringen te ontwikkelen, waarbij deze innovaties de adresseerbare markt waarschijnlijk zullen uitbreiden.

Echter, investeerders moeten zich ervan bewust zijn dat zowel Nano Dimension als Desktop Metal vóór de overname cash‑flow‑negatief waren, waardoor het resulterende bedrijf kosten moet besparen of voldoende moet groeien om in de toekomst winstgevend te worden.

(You can read a more in-depth analysis of Nanodimension in the dedicated investment report)

Laatste Nano Dimension (NNDM) aandelennieuws en ontwikkelingen