Mass Timber maakt het bouwen van houten wolkenkrabbers mogelijk

Vervanging van koolstofintensief staal en beton

Moderne gebouwen worden ontworpen met beton en stalen balken in gedachten. Dit komt omdat deze materialen zowel goedkoop als gemakkelijk te ontwerpen zijn. Maar ze hebben ook serieuze nadelen.

Beton, vooral gewapend beton, gaat slechts een paar decennia mee voordat het volledig moet worden gesloopt en opnieuw moet worden opgebouwd. Er kunnen enkele nieuwe technologieën die deze problemen oplossen, zoals hennep- of grafeenbeton zijn, maar geen van hen is nog echt volwassen genoeg om wereldwijd te worden ingezet.

Naast duurzaamheid zijn de CO₂‑emissies van de productie van staal en cement ook een ernstig probleem. Samen zijn staal en cement verantwoordelijk voor 158 % van de wereldwijde broeikasgasemissies. Ook hier zou groene waterstof of koolstofvrij cement een optie kunnen zijn, maar het zal tijd kosten voordat het volwassen genoeg is.

Gelukkig kan er vandaag al een nieuwe bouwmethode worden gebruikt die koolstofnegatief (koolstofvastlegging) is, met misschien het oudste bouwmateriaal dat de mens kent: hout.

De beperkingen van hout

Hout vormt al millennia lang de basis van de bouw in de meeste delen van de wereld. Omdat het een hernieuwbare grondstof is die ook koolstof in zijn structuur opsluit, zou het logisch zijn om het op grote schaal te blijven gebruiken.

Tegenwoordig wordt hout voornamelijk gebruikt voor huizen en kleinere gebouwen. Dit komt doordat een aantal problemen het minder geschikt hebben gemaakt voor grote gebouwen, eerst stenen en bakstenen, en nu beton en staal:

• Brandbaarheid, waarbij oude houten gebouwen extreem kwetsbaar zijn voor brand.
  • Wanneer hele steden van hout zijn gemaakt, waren catastrofale grootschalige branden altijd een gevaar, zoals toen heel Londen in 1666 verbrandde in de Grote brand van Londen die vier volledige dagen duurde.
• Hout beperkt hoe hoog gebouwen kunnen worden gemaakt, waardoor moderne steden de voorkeur geven aan andere materialen.
• De meeste oude bouwtechnieken gaan slecht om met vocht, wat leidt tot schimmel en rot van houten constructies.

Dus elke comeback van hout als het belangrijkste bouwmateriaal zou al deze kwesties moeten aanpakken. Gelukkig doet een nieuwe technologie genaamd “mass timber” precies dat.

Mass Timber

In de basis is mass timber zeer vergelijkbaar met gewoon multiplex, maar wordt op een veel grotere schaal toegepast. Dit kan worden gedaan via verschillende technieken om de houten stukken aan elkaar te lijmen en te persen. Cross‑laminated timber (CLT) is meestal de belangrijkste techniek die vandaag de dag voor mass timber wordt gebruikt, vanwege de sterke structurele integriteit.

Bron: Naturally Wood

Een belangrijk voordeel van deze methode is dat er zeer grote balken kunnen worden gemaakt, zonder te hoeven wachten tot bomen eeuwenlang groeien tot de benodigde grootte. Dit maakt het zowel economisch levensvatbaar als het kappen van oude bossen te vermijden.

“Ongeveer 30 jaar geleden begonnen bouwers in Duitsland en Oostenrijk te experimenteren met technieken om massieve houten elementen te maken van dit gemakkelijk verkrijgbare hout. Ze gebruikten spijkers, deuvels en lijm om kleinere houtstukken te combineren tot grote, sterke en solide massa’s die geen kap van grote oude bossen vereisen.”

Knowlable Magazine

Opmerkelijke prestaties

Met mass timber‑technieken kunnen balken tot 50 meter (164 voet) lang worden gemaakt. Voor vloeren en wanden die momenteel van beton zijn, kunnen CLT‑panelen tot 50 centimeter dik worden gebruikt.

Bron: Stora Enso

Deze houtcomposieten zijn eigenlijk sterker dan staal per gewicht. De enige beperking is dat ze minder dicht zijn dan staal, waardoor meer volume nodig is.

Dit betekent dat voor het hoogste mass timber‑gebouw een mix van staal en mass timber wordt gebruikt om de grootte van de structurele balken die het gebouw ondersteunen te verkleinen.

Hoog houten gebouw

Vandaag is het grootste mass timber‑gebouw de 25‑verdiepingen tellende Ascent‑wolkenkrabber in Milwaukee, voltooid in 2022.

Bron: Thornton Tomasetti

In totaal zijn er momenteel 84 mass timber‑gebouwen van acht verdiepingen of hoger, gebouwd of in aanbouw wereldwijd, met nog eens 55 voorgesteld.

Voor nu is dit vooral een Europees fenomeen, met 70 % van de mass timber‑gebouwen die in die regio worden gemaakt. In Noord‑Amerika zijn hybride gebouwen van staal & mass timber gebruikelijker.

Wat waarschijnlijk een grote impuls zal geven aan deze methode is de goedkeuring in 2021 van mass timber‑constructie tot 18 verdiepingen hoog door de International Code Council (ICC). De ICC is verantwoordelijk voor het publiceren van de International Building Code die de sjabloon is die door bouwjurisdicties over de hele wereld wordt gebruikt.

Dus dit zou deze techniek moeten laten stoppen met een op maat gemaakt ontwerp dat elke keer een omslachtig speciaal vergunningstraject vereist, en in plaats daarvan een standaard bouwmethode worden.

Mass timber kan ook worden gebruikt voor industriële gebouwen, bijvoorbeeld datacenters voor Microsoft die met CLT worden gebouwd.

Brandveiligheid

Een grote factor in het verkrijgen van de ICC‑goedkeuring voor hoge mass timber‑gebouwen was de demonstratie dat ze brandveilig zijn. Dit is een bijzonder punt van zorg voor hoge constructies, omdat elke brand langzaam moet verspreiden, zodat de mensen binnen kunnen evacueren en brandweerlieden een kans hebben om het vuur te blussen.

Bijvoorbeeld, materialen in conventionele wolkenkrabbers moeten hun integriteit in een brand gedurende drie uur of langer behouden. Om deze reden verboden de meeste lokale veiligheidsvoorschriften tot voor kort hout in hoge gebouwen.

Hoe kan mass timber dit bereiken? Voornamelijk doordat het van hout is gemaakt, maar niet een normale houten balk is in andere opzichten.

Dit werd aangetoond in gas‑gevulde kamers om mass timber te testen, of zelfs door een brand te zetten in een mock‑up van een mass timber‑gebouw en de resultaten te registreren. Pas na deze demonstraties accepteerde de ICC dat het een veilig genoeg materiaal was.

Het werkt omdat de mass timber‑stukken zeer dik en tegelijkertijd extreem dicht zijn. Dit heeft twee effecten die de brandbaarheid drastisch verminderen:

• De buitenste laag vormt snel een dikke koolstoflaag die het interieur tegen een groot deel van de hitte isoleert.
• De materiaaldichtheid en -dikte zorgen ervoor dat het grootste deel van het hout niet genoeg zuurstof heeft om te branden.

Kansen van Mass Timber

De belangrijkste belofte van mass timber is om met een hernieuwbare grondstof het onduurzame verbruik van energie en zand dat nodig is voor beton‑ en staalgebouwen te vervangen. Maar het heeft ook een paar andere voordelen.

Lichtere gebouwen

Aangezien mass timber feitelijk sterker is dan staal bij een gelijk gewicht, en veel lichter dan beton, wordt hetzelfde type gebouw dat zeer zwaar zou zijn veel lichter wanneer het met mass timber wordt gebouwd.

Bijvoorbeeld, dit heeft het bedrijf Stora Enso in staat gesteld om met mass timber een 12‑verdiepingen tellend gebouw boven de E4‑snelweg te bouwen, wat niet mogelijk zou zijn geweest met een zwaarder ontwerp.

Bron: Stora Enso

Thermische isolatie

Hout is over het algemeen een goede thermische isolator. Dus het kan helpen het gebouw energiezuiniger te maken, hoewel het de noodzaak voor extra isolatielagen niet wegneemt.

Koolstofvastlegging

Een goed voorbeeld van het potentieel van mass timber om de CO₂‑emissies van de bouwindustrie te verminderen, werd gegeven met het 18‑verdiepingen tellende Brock Commons‑gebouw in British Columbia.

Het bespaarde 2.432 metrische ton CO₂‑emissies vergeleken met een vergelijkbaar gebouw van beton en staal. Van deze bespaarde emissies waren ongeveer een kwart afkomstig van de emissies die werden geproduceerd bij de vervaardiging van staal en cement, en de rest in de CO₂ die in het hout zelf is opgesloten.

Als het goed wordt onderhouden en/of gerecycled, zou dit onze steden kunnen omvormen tot een permanente koolstofput. Een grote verandering ten opzichte van beton dat elke 50‑70 jaar een nieuwe cyclus van CO₂‑emissies vereist bij het herbouwen van verslechterde gewapende betonnen gebouwen.

Esthetiek

Over het algemeen geven mensen de voorkeur aan het gevoel van levend materiaal boven de koudere en meer industriële uitstraling van beton en metaal.

Aangezien er een groeiende tegenreactie tegen brutalistische moderne architectuur is, zouden meer houten gebouwen het stadscentrum levendiger en vriendelijker kunnen maken, wat leidt tot een premie op de bijbehorende vastgoedprijzen.

“Mensen worden ziek en moe van staal en beton. Met zijn warme, rustgevende uitstraling en natuurlijke variaties kan hout visueel aantrekkelijker zijn. Mensen genieten er echt van om naar hout te kijken.”

Ted Kesik – Bouwkundige wetenschapper aan het Mass Timber Institute van de Universiteit van Toronto

Uitdagingen van Mass Timber

Omdat mass timber zo verschillend is van de meerverdiepende gebouwen waar we aan gewend zijn, vereisen ze een beetje heroverweging.

Constructiemethoden

Omdat mass timber in speciale fabrieken wordt vervaardigd, biedt dit de mogelijkheid om het mass timber‑element vooraf te ontwerpen voor een overeenkomstig gebouw.

Dit is onderdeel van het grotere nieuwe model van constructie dat geïntegreerd ontwerp wordt genoemd. Daarbij werken architecten samen met installateurs en fabrieken om de exacte groottes en vormen van de elementen vooraf te bepalen.

Net als Ikea‑meubilair kunnen sterke punten en gaten zelfs vooraf worden geboord of gesneden met geavanceerde computergestuurde machines om hun toekomstige plek in het gebouw te passen.

Dit is een veel gedetailleerder proces, dat de architecten van het uiteindelijke ontwerp meer controle geeft. Het kan ook de constructie zelf 40 % sneller maken dan met traditionele werkstromen en bouwmethoden.

“Mass timber‑gebouwen worden meer vervaardigd als auto’s, met alle afzonderlijke onderdelen die naar een eindlocatie worden verzonden voor assemblage. Wanneer het mass timber‑gebouw op de bouwplaats aankomt, is het eigenlijk net een overgrote Ikea‑meubelstuk.”

Ted Kesik – bouwkundige wetenschapper aan het Mass Timber Institute van de Universiteit van Toronto

Vocht & Insecten

Meer dan brand is een serieuze zorg bij elk houten gebouw schade aan het materiaal door schimmels of insecten.

Vochtbeheer is daarom zeer belangrijk in het ontwerp van mass timber‑gebouwen:

• Het materiaal mag niet nat worden tijdens transport of installatie.
• Er moet een uitgebreid verwarmings‑ en ventilatiesysteem worden geïnstalleerd in het gebouw dat geen vocht ophoopt.
• Risico’s op waterschade (lekkend dak, overstromingen) moeten in overweging worden genomen bij de beslissing voor een mass timber‑gebouw.

Insecten kunnen ook worden tegengehouden met speciale behandeling van het hout met pesticiden. Daarnaast kunnen fysieke barrières zoals een gaas worden toegevoegd waar het mass timber de grond raakt.

Geluiden

Hout geleidt geluid zeer goed, wat een serieus probleem kan worden in een groot gebouw met honderden appartementen of kantoren.

Dit betekent dat architecten die mass timber gebruiken, speciale inspanningen moeten leveren om geluidsisolatiematerialen toe te voegen. Ze kunnen ook geluidsoverdracht verminderen door ruimte tussen muren toe te voegen en verhoogde vloeren of andere methoden te installeren die bekend staan om de akoestische isolatie te verbeteren.

Bewegen naar massale adoptie?

Hout zou binnenkort een enorme comeback kunnen maken in de bouw van de meeste gebouwen in onze steden, dankzij de opkomst van mass timber‑technologie. Het kan lichtere gebouwen creëren, die ook op alle manieren duurzamer zijn.

Het zal echter een aantal stappen vereisen om van een curiositeit te veranderen in een aanzienlijk percentage van nieuwe constructies:

• Hervorming van lokale bouwvoorschriften om rekening te houden met de nieuwe internationale normen.
• Opleiding van architecten en bouwers over hoe dit nieuwe materiaal het best te gebruiken.
• Productiefaciliteiten op schaal inzetten om voldoende mass timber te produceren.
• Het onderhouden van een robuust certificeringssysteem om te waarborgen dat het hout op een duurzame manier wordt gekweekt.

Dit alles zal minstens enkele jaren duren, maar aangezien de technologie klaar is, en meer koolstofbelastingen mogelijk in werking treden, zou dit sneller kunnen zijn dan de meeste verwachten.

Investeren in Mass Timber

Er is momenteel geen mass timber‑fabrikant of bouwonderneming die zich toelegt op de techniek en publiekelijk verhandeld wordt.

Dus de beste manier om te profiteren van de terugkeer van hout in de bouw, meer dan alleen individuele woningen, is waarschijnlijk direct te investeren in de productie van het materiaal zelf.

U kunt investeren in hout- en timmergerelateerde bedrijven via vele makelaars, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste makelaars in de VS, Canada, Australië, het VK, en ook in vele andere landen.

Als u geen interesse heeft om in individuele aandelen te investeren, kunt u ook kijken naar de iShares Global Timber & Forestry ETF (WOOD) of de Invesco MSCI Global Timber ETF (CUT) die een gediversifieerde blootstelling aan de hout- en timmersector bieden.

Timber Company

Omdat houtproductie sterk kwetsbaar kan zijn voor omgevingsinvloeden zoals bosbrand, droogte, insectenplagen, enz., is het het beste voor beleggers om zo divers mogelijk blootstelling aan dit materiaal te hebben.

Dit is wat timberland‑REIT’s (Real Estate Investment Trusts) bieden, door in een publiek verhandeld instrument het eigendom van een enorme hoeveelheid bosgrond te bundelen.

Weyerhaeuser wordt erkend als een leider in duurzame bosbouwpraktijken, met herbebossing beheerd via eigen technologie en boomvariëteiten. Het behoudt ook bomen langs rivieren om ze te beschermen tegen schade bij het kappen en volgt op 100 % van zijn grond de standaard voor duurzame bosbouw, waarbij elk jaar slechts 2 % van de bossen wordt gekapt.

Bron: Weyerhaeuser

Weyerhaeuser is bekend als een leider in duurzame bosbouwpraktijken, met herbebossing beheerd via eigen technologie en boomvariëteiten. Het is ook bezig met het behouden van bomen langs rivieren om ze te beschermen tegen schade bij het kappen en volgt op 100 % van zijn grond de standaard voor duurzame bosbouw, waarbij elk jaar slechts 2 % van de bossen wordt gekapt.

Bron: Weyerhaeuser

De schaal van het bedrijf maakt het ook mogelijk om efficiënte procedures toe te passen om kosten te verlagen en de operaties te optimaliseren, waardoor het een zeer lage‑kostenproducent is.

Bron: Weyerhaeuser

In aanvulling op de lokale Amerikaanse en Canadese markten exporteert het bedrijf ook houtstammen, voornamelijk naar Japan (66 %) en China (25 %).

Vanwege de gediversifieerde geografische spreiding en exportcapaciteit is het bedrijf veel minder kwetsbaar voor dynamiek in een individuele lokale vastgoedmarkt dan kleinere concurrenten.

Over het algemeen, aangezien we streven naar het verminderen van koolstofemissies, zal de vraag naar hout en timmer waarschijnlijk de komende jaren blijven groeien.

Bedrijven zoals Weyerhaeuser zouden in een uitstekende positie verkeren om te profiteren van een verhoogde vraag naar hout, en een zeer betrouwbare leverancier zijn voor elke nieuwe fabrikant van mass timber die een stabiele toeleveringsketen wil opzetten.