das zelt von astana

Beim Bremer Unternehmen Vector Foiltec wird Globalisierung greifbar. Die rund 100 Mitarbeiter stammen aus aller Herren Länder. Manche sprechen nicht einmal Deutsch. Englisch ist Konferenzsprache. Weitere 150 Mitarbeiter verteilen sich auf weltweite Niederlassungen. Das Unternehmen hat sich einem Produkt verschrieben, dessen Markt jährlich um rund 10 Prozent wächst. Es stellt eine neue Art von Glas her, mit dem Architekten spektakuläre Bauwerke realisieren können: federleichte Plastikfolien aus Ethylen-Tetrafluorethylen, kurz ETFE. Vector-Foiltec-Geschäftsführer Stefan Lehnert gehört zu den Gründern der Firma, die seit 1982 mit der Technologie arbeitet und ihr zum Durchbruch verholfen hat. Heute ist das Unternehmen Weltmarktführer.

ETFE wurde schon in den 1940er-Jahren von Forschern des amerikanischen Chemieunternehmens DuPont entwickelt, kam aber erst 1970 als Kabelisolierung in den Handel. Es ist chemisch verwandt mit Polytetrafluorethylen (PTFE), das als Teflon die Küchenarbeit am Herd erleichtert. Seine Karriere als transparenter Baustoff für Dächer und Fassaden begann in den 1980er-Jahren. Seither sind damit imposante Bauten entstanden. Etwa die Münchner Allianz-Arena, die trotz ihrer enormen Größe schwerelos wirkt – wie ein Raumschiff, das auf der grünen Wiese gelandet ist. Oder das olympische Schwimmstadion in Peking, das wie eine blaue Lagune leuchtet. Doch die Möglichkeiten, die in dem Material stecken, sind damit noch längst nicht ausgeschöpft. Zum architektonischen Hoffnungsträger wird ETFE vor allem durch die Kombination mit der organischen Elektronik – einer jungen, aufstrebenden Technologie, die elektronische Bauteile wie Beleuchtungselemente, Displays und Solarzellen aus Kunststoff statt Silizium formt. Die leichten Folien lassen sich mit Solarzellen bestücken und liefern dann Strom, ohne ihre Transparenz einzubüßen. Sie können als riesige Leinwände dienen, die Fußballspiele übertragen oder Nachrichten zeigen. Nachts können sie bunt leuchten, ohne viel Strom zu verbrauchen.

Solche Ideen lassen sich schon heute umsetzen, wenn auch das Preis-Leistungs-Verhältnis noch zu wünschen übrig lässt. Der Weg bis dahin war steinig. In den Gründerjahren musste Stefan Lehnert gegen das hartnäckige Vorurteil vieler Architekten und Bauherren ankämpfen: „Das kann nicht funktionieren!” Denn eine wabbelige Folie von 0,2 Millimeter Dicke, die an eine Klarsichthülle erinnert, wirkt nicht gerade vertrauenerweckend.

Den Praktikern schien es kaum vorstellbar, dass die Folie stabil genug ist, um Schnee- und Windlasten aufzunehmen. Vector Foiltec arbeitete in den Pionierjahren sogar – völlig überflüssige – Drähte in den Kunststoff ein, um die Ängste der Kunden zu zerstreuen. Inzwischen sind solche Tricks nicht mehr nötig. Doch die Technologie ist immer noch so neu, dass bislang keine Bauvorschriften ihre Anwendung regeln. Nur in China gibt es eine Norm. Daher sind für Bauaufträge stets auch statische Nachweise und aufwendige Tests erforderlich. Dabei hat ETFE viele Vorzüge: Es ist vor allem unschlagbar leicht, sodass sich damit weit ausladende Dachflächen konstruieren lassen.

Chemische Keule überflüssig

Die braucht man etwa für Fußballstadien, wo Stützen die Sicht aufs Spielfeld rauben würden. Oder für große Atrien und Schwimmbäder: Dort kommt Glas wegen seines hohen Gewichts als Baustoff nicht infrage. Außerdem lässt ETFE mehr Licht passieren als Glas, macht die Räume also heller. Die Sicht nach draußen ist zwar ein wenig milchig getrübt, weil die Folie das Licht stärker bricht. Dafür lässt ETFE – anders als Glas – UV-Strahlung passieren. Das ist gut, wenn Pflanzen unter der Hülle wachsen sollen. Denn die aggressive UV-B-Strahlung tötet Keime und beugt so einem Pilzbefall vor. Gärtner müssen nicht ständig die chemische Keule schwingen wie in gläsernen Treibhäusern. Das „ Eden Project” im britischen Cornwall ist ein imposantes Gewächshaus aus ETFE: ein botanischer Garten, der mit seinen Kuppeln wie eine futuristische Mondkolonie wirkt. Er beherbergt den größten Indoor-Regenwald.

Auch für neue Fußballstadien sind die leichten ETFE-Folien ein idealer Werkstoff. Denn die Vereine müssen Regenschutz und Naturrasen unter einen Hut bringen: Das Grün braucht Licht, das Dach nimmt Licht. Mit ETFE ist es leicht, beidem gerecht zu werden, wie das Forsyth-Barr-Rugby-Stadion in Neuseeland zeigt. Die Sportstätte, die 2011 für die Weltmeisterschaft gebaut wurde, ist komplett überdacht. Dennoch gedeiht der Rasen darunter prächtig. Ein weiterer Vorteil von ETFE: Das Material hat – wie sein chemischer Verwandter Teflon – eine geringe Oberflächenspannung, sodass kaum etwas an ihm haften bleibt. Regenwasser perlt ab und spült den Schmutz einfach fort. Auch Schnee rutscht gleich herunter, wenn das Dach entsprechend geneigt ist.

Allerdings: Das Glas in Fensterscheiben wird ETFE nicht ersetzen können. Denn das leichtgewichtige Baumaterial schottet Lärm nicht ab. Außerdem dürfte sich kaum jemand sicher fühlen hinter einer dünnen Haut, die ein Einbrecher einfach mit einem scharfen Messer zerschneiden könnte. Doch mit ETFE-Folien lassen sich zum Beispiel Innenhöfe überdachen und so für die Bewohner besser nutzbar machen. Am meisten spielt der Werkstoff seine Stärken bei repräsentativen Großbauten aus. Schon 1960 erregte der amerikanische Architekt Richard Buckminster Fuller Aufsehen mit der Idee, große Teile Manhattans mit einer transparenten Kuppel zu überdachen. Die Fotomontage ging um die Welt. Zuvor hatte Fullers deutscher Fachkollege Frei Otto eine ähnliche Kuppel vorgeschlagen, um darunter in der lebensfeindlichen Arktis eine Stadt für Ölarbeiter zu errichten.

Der Gedanke hinter diesen Visionen: In Gegenden mit ungünstigem Klima, wo extreme Temperaturen, hohe Schadstoffbelastung oder Mückenschwärme das Leben erschweren, soll unter einer transparenten Schutzhülle eine künstliche Welt geschaffen werden. Die garstige Umgebung mit Regen, Frost und Hitze bliebe ausgesperrt. Damals fehlte aber ein geeigneter Werkstoff, um die Pläne umzusetzen. Heute könnten die Träume wahr werden. Stefan Lehnert ist überzeugt: „Großflächige Klimahüllen werden der größte Markt für ETFE.”

Schutz vor extremen Temperaturen

Erste Projekte, die darauf zielen, wurden bereits realisiert. In Kasachstans Hauptstadt Astana, wo die Temperaturen zwischen minus 40 Grad Celsius im Winter und plus 40 Grad Celsius im Sommer schwanken, schufen Ingenieure ein 150 Meter hohes ETFE-Zelt, unter dem eine kleine Stadt steckt: das Khan-Shatyr-Kulturzentrum mit Geschäften, Restaurants, Hotel, einem tropischen Park und Seen. In Peking, wo neben extremen Temperaturwechseln auch die verdreckte Luft das Leben erschwert, überspannt eine ETFE-Hülle einen ganzen Wohnblock mit mehreren Gebäuden, darunter ein 17-geschossiger Büroturm.

Eine Klimahülle ist auf ein wärmedämmendes Material angewiesen. Eine einlagige ETFE-Folie scheidet dafür aus, denn sie kann zwar Regen und Wind abhalten, nicht aber Kälte und Hitze. Wie bei Glas sind mehrere Lagen nötig, zwischen denen ein Gas für die nötige Isolierung sorgt. Die Zahl der Lagen richtet sich nach den Erfordernissen des Bauwerks: Bessere Dämmung geht mit einer geringeren Lichtausbeute einher. Ein Fenster-Element aus ETFE sieht allerdings anders aus als die bekannte gläserne Doppelscheibe. Die Folien werden nicht stramm auf einen Rahmen gespannt, sondern an den Rändern verschweißt und mit einem leichten Überdruck zu einem Kissen aufgeblasen, das die Größe einer Garage erreichen kann. So entstehen interessante architektonische Formen wie bei der Münchner Allianz-Arena. Weil das Plastik-Material nicht völlig dicht ist und stets ein wenig Luft nach außen dringt, muss immer wieder nachgepumpt werden.

Die Kissen passen sich allen Verformungen des Tragwerks mühelos an – ein großer Vorteil: Wo Glasscheiben herausfallen oder zerspringen würden, gehen die luftigen Ballons einfach in die Breite und Dicke. Das macht sie zu idealen Partnern von leichten Seilkonstruktionen, wie man sie zur Überbrückung großer Spannweiten braucht. Der Größe einer Klimahülle sind mithin kaum Grenzen gesetzt. Würde man eine Klimahaut wie eine Hängebrücke an Pylonen aufhängen, wären Spannweiten von weit mehr als einem Kilometer möglich. Unter diesem Schutzschirm entstünde ein gewaltiger Raum.

Für das Klima darin spielt unter anderem die Wahl der Folie eine Rolle. Inzwischen gibt es etliche Varianten, die sich vor allem in der Licht- und Wärmedurchlässigkeit unterscheiden. Allerdings sind die Lösungen noch längst nicht so ausgefuchst wie beim Fensterglas. „ETFE hat einen Entwicklungsrückstand von 50 Jahren gegenüber Glas”, sagt Andreas Kaufmann. Er ist Geschäftsführer der Fraunhofer-Allianz Bau, eines Zusammenschlusses von 16 Fraunhofer-Instituten, die sich mit ETFE-Folien beschäftigen. Bei Glas sind Beschichtungen üblich, um die Eigenschaften zu manipulieren. So wird eine hauchdünne Aluminiumschicht aufgedampft, wenn die Wärmestrahlung reflektiert werden soll. Bei einer ETFE-Folie sind Beschichtungen schwierig, weil die nötige Haftung fehlt. Was vor Dreck schützt, erschwert die Bearbeitung. Außerdem darf die dünne Haut beim Biegen der Folie nicht aufreißen.

Für dieses Problem haben Experten inzwischen eine Lösung gefunden. Sie rauen die glatte Oberfläche mit chemischen Mitteln, durch elektrische Entladung oder Bestrahlung auf, um die Oberflächenspannung zu reduzieren. Dadurch bleiben die aufgetragenen Schichten haften, und die Reflexions- und Absorptionseigenschaften lassen sich je nach Bedarf variieren. Das macht intelligente Gebäudehüllen möglich, die ein Aufheizen der Innenräume verhindern und trotzdem genug Licht passieren lassen. Mehr noch: Die Eigenschaften der Kissen lassen sich sogar je nach Wetterlage verändern. Denn man kann die eingeblasene Luft vorbehandeln, indem man sie temperiert oder trocknet. Und: Man kann die Kissen dicker oder dünner aufblasen.

Fraunhofer-Experten haben sogar ein Adersystem in eine Folie eingeschweißt, das an den menschlichen Blutkreislauf erinnert. Durch die dünnen Röhrchen zirkuliert eine Flüssigkeit und führt überschüssige Wärme ab. Während dieser Ansatz noch im Forschungsstadium steckt, sind Folien mit integrierter Photovoltaik bereits auf dem Markt. Die Stromausbeute ist zwar noch gering, doch auf dem Dach des Bremer Weserstadions wurde diese Lösung schon verwirklicht. Auch die geplanten Fußballarenen in Katar, wo die WM 2022 stattfinden wird, sollen auf diese Art Energie liefern. Nach Ansicht des Fraunhofer-Bauphysikers Kaufmann sind mit ETFE-Folien sogar Plus-Energie-Wohngebäude machbar.

Sehr Gutmütig bei Feuer

Ob ETFE das Gesicht der Städte in Zukunft prägen wird, hängt letztlich von den Vorlieben der Architekten und Bauherren ab. Die Berührungsängste vor dem wabbeligen Werkstoff scheinen jedenfalls zu schwinden – zumal viele Vorbehalte unbegründet sind: So verhält sich ETFE bei einem Feuer sehr gutmütig. Der Kunststoff erträgt Temperaturen bis weit über 150 Grad Celsius. Erst bei etwa 260 Grad Celsius schmilzt er und lässt die gefährlichen Rauchgase durch die entstandene Öffnung abziehen. Außerdem ist die dünne Folie viel robuster, als sie aussieht. Auf manchen Kissen kann sogar ein Mensch laufen. Und: Vorhandene Risse wachsen nicht – wie Laufmaschen – immer weiter. Natürlich kann es passieren, dass eine Folie kaputt geht, sei es durch Hagelschlag oder durch Vandalismus. Doch dafür gibt es einen Kleber, mit dem sich der Schaden beheben lässt. Nach allen bisherigen Erfahrungen halten ETFE-Gebäudehüllen viele Jahrzehnte – länger als Glasfassaden. Und danach müssen sie nicht auf den Müll, denn ETFE lässt sich problemlos recyceln. Aus dem Kunststoff können zwar keine Kissen mehr werden, weil Verunreinigungen seine Eigenschaften verändern würden, dafür aber zum Beispiel Ventile oder Leitungen. Vielleicht steht dann auf einem Wasserrohr: „Ich war die Allianz-Arena.” ■

Klaus Jacob ist diplomierter Bauingenieur. Zur Studienzeit des regelmäßigen bdw-Autors galt noch die Maxime: Glas ist unersetzlich.

von Klaus Jacob