Auf Wasser gebaut

Olthuis hat zwei der Häuser entworfen. Zwar wurde das Viertel erst 2021 fertig. Doch für den Architekten ist das Schoonschip-Konzept schon wieder veraltet. Mit über einer Million Euro seien die Häuser nur Reichen vorbehalten. Das Viertel sei außerdem zu starr und hafenartig angelegt, um künftigen Anforderungen wie dem steigenden Meeresspiegel zu trotzen, sagt er. Was Olthuis vorschwebt, sind ganze schwimmende Städte im Ozean, die alle sozialen Schichten beherbergen. Deshalb forscht er an der Technischen Universität Delft daran, Menschen im großen Stil kostengünstig aufs Wasser zu bringen.

Weltweit schwindende Küsten

Der Bedarf dafür könnte schneller steigen, als Forschern und Ingenieuren lieb ist. Laut NASA-Vorhersagen wird der Meeresspiegel bis 2050 wärmebedingt im Mittel um 30 Zentimeter ansteigen. Neben dem Klimawandel gibt es zahlreiche weitere Faktoren, die Küstengebiete in Bedrängnis bringen. Ab Mitte der 2030er-Jahre wird sich der Einfluss des Mondes auf die Gezeiten auf eine Weise verstärken, dass die Wahrscheinlichkeit für Fluten und Hochwasser deutlich zunimmt, wie US-Klimaforscher 2021 in einer Studie zeigten. Der Grund dafür liegt in einem „Wackler“ in der Mond-Umlaufbahn, der sich alle 18,6 Jahre wiederholt.

Die zunehmende Erosion der Küsten und natürliche Schwankungen bei Meeresströmungen wie das Phänomen El Niño im äquatornahen Pazifik lassen das Wasser an den Küsten zusätzlich steigen. Trotz des hohen Risikos einer Überschwemmung ziehen immer mehr Menschen ans Meer. Wohnten 2017 noch knapp 600 Millionen Menschen an Küstenorten mit weniger als zehn Metern Meereshöhe, sollen es laut dem Klimaausschuss der Vereinten Nationen IPCC bis 2050 rund eine Milliarde sein. In den USA wird das Wasser laut den Resultaten der NASA-Studie besonders an der Golfküste und im Südosten anschwellen, etwa vor der Küste Floridas.

Luxus-Meerhaus auf Stelzen

Genau dort schwimmt im Atlantik unweit von Miami bereits ein weiteres Amphibienhaus aus der Feder von Olthuis. „Arkup“ ist eine Luxus-Variante der Schoonschip-Häuser. Das Fundament ist dasselbe, doch dank ihres Motors kann die Villa ihren Standort ändern. Am gewünschten Ort bohren sich auf Knopfdruck zwölf Meter lange, ausfahrbare Stelzen in den Meeresboden und heben das quaderförmige Haus aus dem Wasser. Eingefahren ragen die Stelzen wie runde Kamine aus dem Flachdach. Wer dem Anstieg des Meeresspiegels bequem aus den riesigen Arkup-Glasfronten zusehen will, muss tief in die Tasche greifen: 5,5 Millionen US-Dollar kostet das Amphibienhaus.

Massentauglich ist Arkup also nicht. Auf die Frage, ob solche Prestigeprojekte nicht seinem Ziel widersprechen, Menschen aller sozialen Schichten zum Wohnen auf das Wasser zu bringen, winkt Olthuis ab: „Im Gegenteil. Das Wissen aus dem Bau von Luxus-Schwimmbauten hilft uns, die Technik langfristig günstig für alle zu machen. Bei Wolkenkratzern war das anfangs genauso.“ Zunächst brauche es die Pionierarbeit, die zeigt, was machbar ist. Dann erst würden Investoren aufspringen, die das Wohnen auf dem Meer massentauglich und leistbar machen.

Erste Schwimmstadt auf den Malediven

Diesem Ziel ist der niederländische Aquatekt jetzt einen großen Schritt nähergerückt. Für sein neues Projekt hat er sich das Land ausgesucht, das eine schwimmende Stadt als Ausweichmöglichkeit am dringendsten nötig hat. Die meisten der mehr als 1000 Malediven-Inseln liegen weniger als einen Meter über dem Meeresspeigel. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts könnte der Großteil der 26 Atolle vom Meer verschluckt werden, prophezeit eine wissenschaftliche Studie im Auftrag der Weltbank. Deshalb suchen die Malediver fieberhaft nach Lösungen. Eine davon ist Olthuis’ „Maldives Floating City“: eine schwimmende Stadt, die nur vier Bootsminuten vor der Hauptstadt Malé entsteht.

Als schwimmende Fundamente kommen hier ebenfalls leichte Beton-Hohlkörper zum Einsatz, die bis 2,40 Meter unter die Wasseroberfläche reichen. Doch sie sind deutlich größer als in Amsterdam. Jede Plattform ist 10 mal 20 Meter groß und kann mehrere Häuser beherbergen. Wegen der größeren Grundfläche können bis zu zwölf Meter hohe, mehrstöckige Gebäude entstehen. Ein Teil der Fläche eines solchen Stadt-Moduls bleibt frei. Die Lücke dient als ein Stück Verbindungsstraße. Denn die Konstrukteure stecken später mehrere dieser Module zu ganzen Straßenzügen zusammen.

Damit daraus nicht nur eine einzelne, langgezogene Promenade entsteht, verästeln die Ingenieure die Straßen. Nach spätestens jeder zweiten rechteckigen Haus-Plattform folgt ein dreiseitiges Verbindungsstück, an dem zwei neue Schwimmstraßen wie Äste in verschiedene Richtungen abzweigen. Anders als in Schoonschip werden hier nur die Verbindungsdreiecke an dicken Stelzen aufgefädelt. So senkt und hebt sich die ganze Stadt mit dem Wasserspiegel. Flexible Scharniere verbinden die einzelnen Plattformen miteinander und absorbieren die Strömungskräfte.

Die Gestalt einer Hirnkoralle

Von oben wird die 220 Hektar große Lagune mit ihren vielen Windungen einmal aussehen wie eine Hirnkoralle. Mit ihren pinken, gelben und türkisfarbenen Holzhäusern soll die schwimmende Stadt das Gefühl der typischen Fischerdörfer aus der Gegend einfangen. In der Lagune entstehen in den nächsten fünf Jahren 5.000 neue Häuser für die Malediver und für Touristen.

Die erste Plattform haben die Konstrukteure bereits gebaut und zu Wasser gelassen. Darauf stehen vier Holzhäuser mit Solarplatten, Balkonen und Palmen. Allein bis Ende 2023 werden, so ist der ehrgeizige Plan, 400 weitere schwimmende Häuser in der Lagune im Indischen Ozean gebaut.

Die Solarplatten decken 90 Prozent des Strombedarfs. Damit auch nachts Strom fließt, befinden sich im Fundament große Batteriespeicher, die die ganze Stadt drei Tage lang mit elektrischer Energie versorgen können. Wie ein Venengeflecht verlaufen zudem Frischwasserrohre und elektrische Leitungen unter Wasser und versorgen alle Häuser. Der Zugang zum Energie-Herz der Stadt liegt verborgen auf den sandigen Straßen. Nur 20 Zentimeter unter der Sandschicht befinden sich die Einstiegsluken in das begehbare Tunnelsystem. „Von außen sieht die Schwimmstadt aus wie ein traditionelles Fischerdorf, aber nur Zentimeter darunter ist alles vollgepackt mit High-Tech“, sagt Olthuis.

Sandriffe als Sturmschutz

Rings um die Lagune schütten die Ingenieure Sandriffe auf, die als Wellenbrecher dienen und Photovoltaikanlagen beherbergen. Außerhalb der Riffe fördern Pumpen Meerwasser aus einer Tiefe von 700 Metern zutage. Das sieben Grad Celsius kalte Wasser kühlt mittels Wärmetauschern die Häuser der Stadt. Das reduziert den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Luft-Klimaanlagen um 60 Prozent. Die schwimmende Stadt muss also deutlich weniger elektrischen Strom produzieren als eine vergleichbare Stadt auf einer Malediven-Insel.

Die Maldives Floating City mag die erste schwimmende Stadt der Neuzeit sein, aber sie ist nicht die einzige – und auch nicht die größte. Denn das Weltsiedlungsprogramm der Vereinten Nationen, UN-Habitat, hat 2019 gemeinsam mit der südkoreanischen Millionenstadt Busan den Prototyp einer schwimmenden Stadt vorgestellt, der kurz vor der Umsetzung steht. Vor Busans Industriehafen beginnt noch 2023 der Bau der ersten drei von insgesamt 36 schwimmenden Plattformen. Sie sind der Prototyp der Stadt „Oceanix“, die einmal 100.000 Menschen Platz bieten wird.

Ein Gefüge aus Dreiecken

Aus der Vogelperspektive betrachtet ist jede der 20.000 Quadratmeter großen Plattformen ein abgerundetes, gleichseitiges Dreieck. Im fertigen Design werden je sechs dieser Plattformen wie Blütenblätter ineinandergeschoben. Zoomt man noch weiter hinaus, zeigt sich, dass Oceanix einmal aus sechs dieser hexagonalen Blüten bestehen wird. Die Blüten wiederum werden noch einmal zu einer einzigen, großen Sechseck-Blüte zusammengeschoben. Dieses einem Fraktal ähnelnde Design hat eine klare Funktion: Es soll den Aufprall von Wellen möglichst gleichmäßig auf alle Seiten der Stadt zu verteilen und dadurch das Schwanken der Plattformen reduzieren.

Gebaut werden diese Plattformen aus Stahlbeton, dessen eingelassene Streben mit Epoxidharz und Karbon beschichtet sind. Sonst würden sie im aggressiven Meerwasser schnell rosten. Die massiven Stelzen aus Stahlbeton, auf denen sie stehen, nennt Chefingenieur Matteo Jean Pietrobelli liebevoll „Delfine“. Sie werden wie in Amsterdam in den Meeresboden gerammt und lassen die Plattformen mit dem Wasserspiegel steigen und sinken. Dieses vertikale Schwanken ist auf den Oceanix-Plattformen wegen ihrer Größe noch weniger zu bemerken als in Amsterdam oder vor Malé. Dazu trägt auch das ruhige Meer im Busaner Hafen bei.

Pendeln gegen Seekrankheit

„Doch wir haben auch extreme Wind- und Wellenschwankungen simuliert“, berichtet Pietrobelli, der zuvor an Elon Musks Hyperloop gearbeitet hat, einem Konzept für ein unterirdisch verlaufendes Hochgeschwindigkeitstransportsystem. „Sind Sie schon einmal mit dem Auto zu schnell über eine Hügelkuppe gefahren?“, fragt er. „Seitliche Kräfte halten wir gut aus, aber wenn es in die Höhe geht, wird uns schnell flau im Magen.“ Deshalb baut Pietrobelli in die Betonhülle der Plattformen sogenannte Tilgungspendel ein, die die Schwankungen des Meeresspiegels dämpfen. Dabei kommt eine träge Masse zum Einsatz, die mit derselben Frequenz wie die Plattform schwingt, aber mit einer leichten Verzögerung. Die Schwingungen von Plattform und Pendel überlagern sich phasenverschoben und löschen sich gegenseitig aus. Das Resultat ist eine ruhige, stabile Plattform.

Für die Stabilität seien auch flexible Brückenverbindungen wichtig, sagt Pietrobelli. Alle Plattformen sind untereinander über Brücken verbunden, und zwei weitere Brücken führen von Oceanix an Land. Unter ihnen verlaufen wichtige Notleitungen für den Fall eines Strom- und Wasserausfalls auf der Insel. Damit die Brücken bei starkem Wind und Wellengang nicht abreißen, setzen die Ingenieure an den Brückenenden flexible Kugelkopfgelenke ein. Sie funktionieren ähnlich wie eine Pkw-Anhängerkupplung, die nicht nur ein Auto mit einem Anhänger verbindet, sondern auch die Schwingungsunterschiede abfängt.

Wohnungen nicht nur für Superreiche

Die Größe der Plattformen erlaubt es den Oceanix-Ingenieuren auch, bis zu fünf Stockwerke hohe Gebäude zu bauen. Jede der drei Prototyp-Plattformen ist ein Freilufttestlabor mit unterschiedlichem Zweck. Die erste gehört ganz dem Tourismus. Hier entstehen Hotels, Restaurants, Geschäfte und begrünte Terrassen mit Meerblick. Über ein Helipad können gut betuchte Touristen direkt per Hubschrauber anreisen. Die zweite Plattform ist der Forschung gewidmet. Hier wachsen Nutzpflanzen wie Salat und Erdbeeren in Hydrokultur, ganz ohne Erdboden. Der Rest der Plattform dient der Meeresforschung.

Auf der dritten Plattform entstehen mehrstöckige Wohngebäude für alle sozialen Schichten. „Leider wird es häufig so dargestellt, als sei das Wohnen auf Oceanix nur für Superreiche erschwinglich“, klagt Pietrobelli. „Doch das stimmt nicht. Wir haben klare Vorgaben von UN-Habitat, dass mindestens 20 Prozent der Wohnungen für einkommensschwächere Menschen reserviert sein müssen.“ Die und alle anderen 12.000 Bewohner der ersten drei Oceanix-Plattformen könnten schon bald einziehen, denn die Arbeiten an den schwimmenden Gebilden sollen bis 2026 abgeschlossen sein.

Sturmtests im Wassertank

Im Moment testet Pietrobelli die Miniatur-Plattformen noch im Labor. Dabei helfen ihm zahlreiche Industriepartner und Universitäten wie die Korea Maritime and Ocean University und das Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA. In großen Wassertanks simulieren die Ingenieure, wie sich die 3D-Modelle bei Wellenbewegungen verhalten. Dafür haben sie extreme Wetter-phänomene einkalkuliert, die nur alle paar hundert Jahre vorkommen. Das Resultat: Die Oceanix-Plattformen würden auch einer Monsterwelle standhalten, versichert Pietrobelli.

Dass das Konzept solch modularer Schwimmplattformen funktioniert, zeigt auch das EU-Projekt „Space@Sea“. Einer der Projektpartner, das niederländische MARIN-Forschungsinstitut, hat im Labor einen Prototyp aus 87 zusammenhängenden, dreieckigen schwimmenden Platten im Maßstab 1:250 gebaut. Damit simulierten die Forscher eine schwimmende Plattform für Häuser, die in der Realität mehr als drei Quadratkilometer groß wäre. Die Plattform setzten die Wissenschaftler im Wassertank meterhohen Wellen aus. Dank der flexiblen Federn, die die Dreiecke miteinander verbinden, zerrte die Strömung an den Dreiecken in der Mitte deutlich weniger, als das bei einer einzigen starren Plattform der Fall gewesen wäre.

Der Ansatz, Oceanix auf mehrere, miteinander verbundene Plattformen aufzuteilen, scheint also zu stimmen. Doch die Stadt soll nicht nur stabil, sondern auch klimaneutral und unabhängig vom Festland sein. Ihren Energiebedarf erzeugt sie deshalb komplett selbst. Dabei helfen großflächige Photovoltaikanlagen.

Solarmodule auf Dächern und Inseln

Die schwarzen Platten finden sich nicht nur auf den Dächern der Häuser von Oceanix, sondern übersäen auch die zahlreichen kleinen Inseln, die die Hauptplattformen umringen. Sie erzeugen nicht nur Strom, sondern speichern auch Regenwasser in ihren Fundamenten. Das Wasser wird dann auf die Hauptinseln geleitet, gefiltert und zu Trinkwasser aufbereitet, das den kompletten Bedarf der Oceanix-Bewohner deckt. „Dieses Wasser ist sauberer als das Trinkwasser in den Haushalten von Busan“, sagt der Ingenieur Erik Olsen. Olsen leitet das New Yorker Büro von Transsolar. Das Stuttgarter Unternehmen hat das Energiekonzept von Oceanix entwickelt.

Dessen Herzstück befindet sich im Bauch der drei schwimmenden Fundamente, die mehrere Stockwerke weit unter die Wasseroberfläche reichen. Hier liegen bis zu 600 Quadratmeter große Räume für die Batterieanlagen. „Jede Plattform arbeitet mit einer anderen Batterietechnik“, erläutert Olsen. „Eine der Inseln hat eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie, ähnlich wie ein Tesla-Megapack. Auf den anderen Plattformen speichern wir Strom in Salzwasserbatterien und Wasserstofftanks.“

Im Unterbauch der Plattformen befinden sich auch eine Kläranlage und ein Müllzerkleinerer, der aus dem Biomüll kompakte Klötze macht, die per Schiff an Land gebracht werden und dort als Dünger in die Landwirtschaft kommen. Besonders stolz ist Olsen auf das Kühlsystem. Die Wärmepumpen nutzen nicht die Luft, sondern das Meerwasser. Dafür zapfen sie einen Wärmetauscher an, der ein geschlossenes Rohrsystem voll Süßwasser nutzt. Die Rohre durchziehen die Betonwände der Plattformen und werden durch die Wand vom Ozean gekühlt. „Das aggressive Meerwasser darf nicht direkt durch die Leitungen fließen“, sagt Olsen. „Denn das würde die Rohre in kurzer Zeit korrodieren.“

Die einzelnen Bauteile für die Kühlanlage haben die Ingenieure nicht neu erfunden, aber neu kombiniert. Das passt zum pragmatischen Motto der Oceanix-Ingenieure: bewährte, getestete Technik nutzen, um die futuristischen Pläne rasch in die Realität umsetzen zu können. Dazu gehört außerdem eine versteckte Besonderheit am Meeresgrund: Rings herum um die „Delfine“ werden dort künstliche Riffe errichtet. Sie sollen die Stelzen der Stadt vor einer Erosion schützen und gleichzeitig die Biodiversität im Meerwasser des Hafenbeckens von Busan verbessern.

Elektrische Riffe als Schutzwall

Das Gerüst dieser künstlichen Riffe besteht aus einem gewöhnlichen stählernen Käfig, den Taucher in den Meeresgrund stecken. Dann wird Gleichstrom mit niedriger Spannung durch die Metallstäbe geleitet. So wird eine Elektrolyse ausgelöst, dank der sich gelöste Minerale an den Metallstäben niederschlagen. Schicht für Schicht bildet sich auf diese Weise ein Kalksteinmantel um die Stäbe, der wie Baumringe stetig wächst. Außerdem verhindert die Elektrolyse, dass der Stahl unter Wasser rostet. „Biorock“ nennt sich dieses stabile und harte Material.

Einer der Biorock-Pioniere ist der Biogeochemiker Thomas Goreau. „Über die Spannung können wir dosieren, wie schnell die Riffe wachsen“, sagt er. „Das sind im Normalfall ein, zwei Zentimeter Umfang pro Jahr.“ Das Material sei ein perfekter Nährboden für das Kalkskelett von Korallen, die Forscher wie Goreau per Hand am Gitter anbringen. Biorock verkürzt die Zeit bis zum Anwachsen der Korallen und beschleunigt ihr Wachstum um ein Vielfaches, wie zahlreiche Studien zeigen. „Zu schnell wachsen lassen darf man die Riffe aber nicht, sonst überwuchert der Kalkstein die frisch angewachsenen Polypen und erstickt sie“, sagt der Meeresforscher.

Aktuell berät er Oceanix beim Aufbau der elektrischen Riffe. Goreau würde sich mehr solcher Riffe auch anderswo wünschen, besonders auf den Malediven. „Ohne Korallenriffe als natürliche Schutzschilde werden auch künstlich aufgeschüttete Inseln langfristig wieder abgetragen“, mahnt er. Die maledivischen Korallenriffe wurden früher vor allem als Baumaterial ausgegraben. Als natürliche Barrieren gingen sie damit verloren.

Ironischerweise wurden aus dem Korallenschutt auch Schutzwälle gegen die Küstenerosion errichtet, obwohl die Riffe lebend im Meer deutlich mehr leisten würden. Gesunde Korallenriffe fangen 97 Prozent der Wellenenergie auf, wie eine internationale Studie von 2014 zeigt. „Einen besseren Erosionsschutz finden Sie nicht“, sagt Goreau.

Letzte Hürde: die Gesetzeslage

Damit wäre Oceanix also bereit, gebaut zu werden. Technisch betrachtet haben die Aquatekten für das Leben auf dem Meer rasch Lösungen gestrickt, was auch einem gewissen Pragmatismus zu verdanken ist. Weil sie auf bewährte Technik wie Beton, Wärmepumpen und Photovoltaik setzen, haben sie viel Zeit gespart. Jetzt müssen sie nur noch auf grünes Licht der Juristen warten. Denn rechtlich muss noch einiges für den Hausbau auf dem Meer geklärt werden. Dazu zählt zum Beispiel die Frage, wer das „Grundstück“ unter einer schwimmenden Plattform besitzt. In der Amsterdam musste dafür umständlich das sogenannte Hausboot-Gesetz geändert werden, erst dann konnte der Bau von Schoonschip beginnen.

Oceanix-Chefingenieur Pietrobelli ist zuversichtlich, dass das auch in Busan bald klappen wird. „Die erste von drei rechtlichen Hürden haben wir bereits geschafft.“ Die beiden letzten seien in Griffweite. Wenn er einen Wunsch für sein Projekt frei hätte, welcher wäre das? „Technisch haben wir unsere Hausaufgaben gemacht“, sagt Pietrobelli. „Da gibt es keine Wünsche mehr.“ Nur der Bürokratie würde er gerne einen kleinen Schubs geben. Damit er endlich mit dem Bau loslegen kann.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…