IM20201NL

Nummer 2 2020

ADDITIEVE VERVAARDIGING MET GLAS VOOR FAÇADE ENGINEERING AARDAPPELRESTEN KRIJGEN EEN TWEEDE LEVEN IN ZEE ZETSTEEN VAN BAGGERSPECIE PADDENSTOELEN ALS CONSTRUCTIEMATERIAAL VOOR MARS? FOSFAATGLAS MET VLIEGAS TOONT ONVERWACHTE EIGENSCHAPPEN

http://hightechmaterials.4tu.nl

Select key words and find relevant materials scientists or research groups within 4TU.

High-Tech Materials form the key to innovative and sustainable technology

www.4tu.nl/htm @4TU_HTM

4TU.HTM Research Programme New Horizons in Designer Materials | Visibility and accessibility of Materials Science & Engineering | Annual symposium Dutch Materials | 4TU.Joint Materials Science Activities | web application http://hightechmaterials.4tu.nl

Innovatieve Materialen Materialen isis een een vaktijdvak­ Innovatieve tijdschrift over ontwikkelingen op het schrift gericht op de civieltechnische gebied duurzame, innovatieve sector envan bouw.

Het bericht over ontwikkelingen op hetde gebied van duurzame, materialen en/of toepassing daarvan innovatieve materialen en/of de toepassin bijzondere constructies.­ ing daarvan in bijzondere constructies.

Innovatieve Materialen werkt nauw samen met Stichting MaterialDesign Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktiUitgeverij jdschrift voor ingenieurs SJPcivieltechnisch Uitgevers werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw Postbus en verkeerstechniek.

861

4200 AW Gorinchem De redactie staat open voor bijdragen tel. (0183) 66 08daartoe 08 van vakgenoten.

U kunt contact e-mail: opnemen info@innovatievematerialen.nl met de redactie. www.innovatievematerialen.nl

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Uitgeverij

Advertenties

SJP Schoonebeek Uitgevers Drs. Petra e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Postbus 861 4200 AW Gorinchem Een digitaal abonnement in 2020 tel. (0183) 66 08 08 (6 uitgaven) kost € 39,50 (excl.

BTW) e-mail: info@innovatievematerialen.nl KIVI-leden en studenten: www.innovatievematerialen.nl € 25,- (excl. BTW) Een papieren abonnement in 2020 kost €Redactie: 65,- (excl. BTW) Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Bureau Schoonebeek vof Hoofdredactie: Niets uit deze uitgave mag worden Gerard van Nifterik verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, Advertenties zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Drs. Petra Schoonebeek

Innovatieve Materialen platform:

e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Dr.Een ir. Fred Veer, prof. Ir. RobinNijsse digitaal abonnement 2016 (Glass & Transparency Research (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl.Group, BTW) TU Delft), dr. Bert van Haastrecht (M2I), prof. Wim Poelman, dr. Ton Hurkmans (MaterialDesign), prof.dr.ir.

Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Jos Brouwers, (Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Bouwmaterialen, TU Eindhoven), prof.dr.ir.

Sietsma, Niets uit deze uitgaveJilt mag worden (4TU.HTM/ Werktuigbouwkunde, verveelvuldigd en of openbaar worden Maritieme & Technische door middelTechniek van herdruk, fotokopie, Materiaalwetenschappen, 3mE); microfilm of op welke wijze danKris ook, Binon (Flam3D), Guido Verhoeven (Bond zonder voorafgaande schriftelijke toevoor Materialenkennis/SIM Flanders, stemming van de uitgever.

Prof. Dr. ir. Christian Louter Institut für Baukonstruktion Technische Universität Dresden).

14 Additieve vervaardiging met glas voor façade engineering

In de laatste decennia is de rol van glas in moderne façades steeds prominenter geworden. Door de specifieke combinatie van sterkte, transparantie en duurzaamheid biedt glas een unieke combinatie van materiaaleigenschappen die van waarde zijn in verschillende industrieën zoals architectuur, kunst, interieurontwerp, auto’s, jachten, het optische bereik, laboratorium glaswerk, serviesgoed, datakabels, enz. De Technische Universiteit Darmstadt, onderzoekt het potentieel van additief vervaardigde glascomponenten op het gebied van materiaaleigenschappen, productietechnologie, structurele integriteit, ontwerp en mogelijke toepassingen.

19 Aardappelresten krijgen een tweede leven in zee

Nederlandse mariene biologen recyclen aardappelresten tot matten die ze gebruiken voor natuurherstel, zoals kwelders, riffen en zeegrasvelden. Deze Biodegradable Elements for Starting Ecosystems, of BESE-elements, bestaan uit lagen die samen opbouwen tot een biologisch afbreekbare matrixstructuur (Afbeelding 1). Het ontwerp combineert porositeit met een complexe structuur en is modulair. In zekere zin toont het gelijkenissen met de welbekende speelgoed bouwstenen: een eenvoudig ontwerp met oneindige mogelijkheden. Proeven met het materiaal, wereldwijd, hebben als doel de natuur te herstellen.

24 Zetsteen van baggerspecie

Waterschap Scheldestromen is onder andere verantwoordelijk voor de veiligheid van alle dijken en duinen in Zeeland. Om haar kerntaken duurzamer en slimmer uit te voeren is Scheldestromen continu op zoek naar innovatie-partners. Momenteel bereidt het waterschap een dijkverzwaring voor bij het dorp Hansweert. Binnen dit project onderzoekt Scheldestromen, samen met innovatiepartner NETICS, een manier om de benodigde nieuwe steenbekleding van de dijken te verduurzamen door deze van baggerspecie te maken.

30 Paddenstoelen als constructiemateriaal voor Mars?

Wonen op de maan of op Mars vraagt om nieuwe architectonische ideeën. Hoe komen de bouwmaterialen daar bijvoorbeeld? En hoe moet je er überhaupt mee bouwen. Eerder dit jaar sprak NASA Techbriefs met dr. Lynn Rothschild, de hoofdonderzoeker van het zogenaamde ‘myco-architecture project’ van het NASA’s Ames Research Center. Het project onderzoekt een innovatieve manier om onderkomens op de maan en Mars te maken, misschien door daar paddenstoelen te kweken.

34 Fosfaatglas met vliegas toont onverwachte eigenschappen

Glas is transparant en sterk, maar de smelttemperatuur is hoog en het materiaal is broos. Uit promotieonderzoek van Clarissa Justino de Lima blijkt dat het mogelijk is de eigenschappen te verbeteren. Ze ontwikkelde een glas uit fosfaat en vliegas met een lage smelttemperatuur en een ongewone sterkte. Op 30 maart verdedigde Clarissa Justino de Lima haar proefschrift ‘Innovative low-melting glass compositions containing fly ash and blast furnace slag’.

36 ‘Van aardolie naar hout: niet duurder, wel duurzamer’

Een interdisciplinair team van onder andere bio-ingenieurs en economen van de KU Leuven heeft in kaart gebracht hoe hout aardolie kan vervangen in de chemische industrie. Ze keken daarbij niet alleen naar de technologische uitwerking, maar ook of dat scenario economisch haalbaar zou zijn. Een ommekeer van aardolie naar hout zou bovendien voor heel wat minder CO₂-uitstoot zorgen. Het team van KU Leuven publiceerde hun studie onlangs in Science onder de titel ‘A sustainable wood biorefinery for low-carbon footprint chemicals production’

Cover: Aardappelresten krijgen een tweede leven in zee. pag 19

1 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

NIEUWS

Plafco: cellulose als alternatief voor kunststof

In samenwerking met de TU Darmstadt en de Universiteit van Oulu (Finland), heeft de studierichting papiertechnologie Duale Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe (DHBW Karlsruhe) onderzoek gedaan naar zogenaamde All-Cellulose Composites (ACC’s): cellulosecomposieten. Dit zijn vezelcomposietmaterialen die voornamelijk bestaan uit gemodificeerde cellulosevezels en die volledig recyclebaar zijn. Het ontwikkelde proces is inmiddels gepatenteerd en op basis van de onderzoeksresultaten werd het bedrijf Plafco Fibertech opgericht. Het bedrijf richt zich op de industriële productie van het ACC-materiaal dat onder de naam ‘Plafco’ op de markt wordt gebracht.

Het nieuwe materiaal is voor 100 procent gebaseerd op papier dat in bulk beschikbaar is. Het is daarom goedkoop, niet giftig, biologisch afbreekbaar, lost op in water en kan zelfs worden gerecycled.

Als onderdeel van het project worden nieuwe duurzame verpakkingsoplossingen ontwikkeld voor gebieden die tot nu toe werden gedomineerd door kunststoffen. Volgens de ontwikkelaars van het materiaal opent dat de weg voor totaal nieuwe toepassingen en innovaties.

Voorbeeld is een verpakking voor zakdoekjes, wat bijzonder is omdat de zakdoeken en verpakkingen zijn gemaakt van hetzelfde materiaal. Maar Plafco zegt ook drinkkartons te kunnen maken - met 40 procent minder materiaal dan de klassieke Tetrapak.

Daarmee hoopt men een belangrijke bijdrage te leveren aan het behalen van maatschappelijke doelen, zoals het verminderen van CO2-uitstoot en plastic afval.

Het nieuwe materiaal kan worden gebruikt als alternatief voor kunststoffen zoals wegwerprietjes, wegwerpbestek en verpakkingsmateriaal en kan een alternatief zijn voor meerlaagige, papieren verpakkingsmaterialen.

Het Plafco materiaal komt als ‘ready for use’ materiaal op de markt, maar kan ook worden toegesneden op specifieke toepassingen of specificaties.

Volgens de Plafco-website kan het materiaal ook worden gele-

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

verd als meerlaags product. Het materiaal kan bovendien tot een multi-laag composiet worden gecombineerd met Plafco, gewoon papier, PE, PP, lijm enzovoorts.

Het Plafco team wordt geleid door oprichter en CTO prof. dr.

Jukka Valkama en de medeoprichters CFO Miki Kuusinen and CEO Alexander Fuchs. prof. dr. Jukka Valkama geeft ook leiding aan de Paper Technology & Research Department van het DHBW Karlsruhe.

Het bedrijf bereidt momenteel de bouw voor van een productiefaciliteit in Baden-Württemberg, die men eind van dit jaar in productie hoopt te nemen. www.plafco.fi/en> www.karlsruhe.dhbw.de>

NIEUWS

Off grid met hennep en zon In Marokko is onlangs een bouwwerk van hennep voltooid dat volledig off grid functioneert, onafhankelijk van het elektriciteitsnet. Eerder dit jaar besteedde Hemptoday aandacht aan het zogenaamde SUNIMPLANT-project, een eengezinswoning, gebouwd in het kader van de laatste editie van recente ‘Solar Decathlon’. De halfjaarlijkse internationale wedstrijd daagt teams van studenten uit om off grid gebouwen op zonne-energie te ontwerpen en te bouwen, met duurzame materialen.

Solar Decathlon AFRICA wordt georganiseerd door het Amerikaanse Ministerie van Energie en het Marokko’s Centre de recherche en Energie solaire et Energies nouvelles. De laatste competitie vond plaats in Ben Guerir, Marokko, de eerste keer dat de wedstrijd op het Afrikaanse continent werd gehouden.

De uitdaging was om een hennepcomposiet te maken met plantaardige bio-harsen, waarbij technische of synthetische componenten werden vermeden. Het gebouw bestaat uit een dubbelwandige gevel gemaakt van een mengsel van hennep, aarde, pozzolaan, kalk en biocomposiet. De bolvormige, aerodynamische buitenlaag bestaat uit 24 semi-flexibele fotovoltaïsche panelen.

Gebogen bio-composietpanelen ge-

maakt van hennepwol, die de prestaties van de fotovoltaïsche panelen ver­ beteren door hun achterkant te beschermen tegen de extreme weersomstandigheden van het gebied van Ben Guerir.

Het glas werd geleverd door de Franse glasfabrikant Saint Gobain.

De Marokkaanse coöperatie Adrar Nouh leverde het architectonisch ontwerp, ontwikkelde de hennepmaterialen en werkte mee aan de bouw van het gebouw. Andere deelnemers aan het SUNIMPLANT-project waren de Marokkaanse Nationale School voor

Architectuur en de Nationale School voor Toegepaste Wetenschappen, beide gevestigd in Tetouan, Marokko, en het Duitse Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics. https://sunimplant.com/sunimplant-project/ https://hemptoday.net/moroco-hempcrete-project/

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

NIEUWS

Lichtgewicht houten constructies: minder kosten en duurzamer

Lichtgewicht bungalowmodules worden afgeleverd op de Lötschenpass op een hoogte van 2690 meter

De stedelijke infrastructuur van de wereld zal de komende decennia een grote transformatie ondergaan. Lichtere bouwmaterialen, zoals houten elementen, zijn goedkoper en energiezuiniger om te vervoeren en te verwerken op de bouwplaats.

Reden voor houtproducent MetsäWood om lichte, technische houtproducten zoals Kerto LVL (gelamineerd fineerhout) onder de aandacht te brengen. Met zulke lichte houtproducten kan de bouwsector sneller, lichter en groener bouwen. Het gebruik van lichte houten elementen in de bouw heeft volgens het bedrijf uit Zweden veel voordelen - van efficiëntere en kosteneffectievere logistiek tot flexibele hantering van materialen - wat allemaal zorgt voor minder afval.

Volgens Matti Kuittinen, architect en onderzoeker van de Aalto Universiteit bepaalt logistiek een aanzienlijk deel van alle productiekosten, variërend van 12 tot 30 procent. Onderzoek heeft aangetoond dat als de materialen door één centrale leverancier worden geleverd in plaats van door meerdere, er in de logistiek een kostenbesparing van zes procent kan worden bereikt.

En er is meer. Materiaalhandling op de bouwplaats kan 14 procent van de werktijd in beslag nemen en tot 80 procent van de planning van het hele bouwproject. Zo moest bijvoorbeeld de uitbouw van het politiebureau van Parijs snel worden gebouwd, omdat het bouwterrein zich in een drukke omgeving in het oude centrum van Parijs bevond. De prefab elementen werden ‘s nachts naar het terrein gebracht en overdag geplaatst, zonder dat er zware machines nodig waren, zodat de nadelen van het bouwen in het drukke stadscentrum tot een minimum werden beperkt.

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Voorbeeld van een innovatieve lichtgewicht houtconstructie komt uit Zwitserland. Daar een zogenaamde SPA-Bungalow geplaatst, een kleine mobiele woning, compleet met sauna, badkamer, douche en slaapruimte. Het volledige bouwerk is gemaakt van Kerto LVL elementen van MetsäWood. Het kan in de vorm van modules naar afgelegen plekken worden gebracht. De eerste keer gebeurde dat bij de Lötschenpass waar de bungalowmodules met een helicopter naar een hoogte van 2690 meter werden gebracht

MetsäWood> The feasibility of light structures, Matti-Kuittinen.pdf>

NIEUWS

Bouwend Nederland op jacht naar innovaties Bouwend Nederland, de vereniging van bouw- en infrabedrijven, vraagt aanbieders en gebruikers van innovaties in de bouw zich te melden. De vereniging besteedt namelijk tot het eind van het jaar extra aandacht aan innovaties in de sector. Spil van de campagne is een innovatieplatform met bouwinnovatieshop, waarin bouw- en infraondernemingen en innovaties samenkomen.

De speciaal benoemde Innovatiescouts van Bouwend Nederland zijn daarom op zoek naar vernieuwende toepassingen, processen en materialen die gebruikt (kunnen) worden in de bouw- en infrasector. Het gaat met name om innovaties vanuit de bouw- en infrasector die zijn gericht op maatschappelijke opgaven als klimaat, energie, aardbevingen en circulariteit vragen om innovatieve

oplossingen. De Innovatiescouts van Bouwend Nederland zijn te bereiken via innovatiescout@bouwendnederland.nl.

Bouwend Nederland zegt voor haar leden ruimte te willen creĂŤren voor slimmere producten en manieren van werken. De vereniging doet dat via het meerjarenprogramma Innovatie, als mede-initiator van de Bouwagenda en partner in het Bouw en Techniek Innovatiecentrum (BTIC). Nu komen daar dus een campagne en zelfs een webwinkel bij. Startups, scale-ups en aanbieders van innovatieve producten en processen kunnen via de bouwinnovatieshop een pitch delen en zo in beeld komen bij bouw- en infraondernemingen, investeerders trekken, kennis in huis halen of een pilot opstarten.

Meer bij Bouwend Nederland>

Zet jouw innovatie in de etalae Ken je of heb je een bestaande innovatie? Weet je van een veelbelovend initiatief? Of ben je zelf bezig met de ontwikkeling? Laat het weten en plaats jouw idee gratis op onze bouwinnovatieshop.

Klik hier>

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

NIEUWS

Floating Bricks House Het project The Floating Bricks House is het resultaat van de fascinatie van ROFFAA voor reststromen in de bouwsector in combinatie met de esthetische toepassing van baksteenstrips. ROFFAA uit Rotterdam, is een innovatieve architect/ontwerpstudio die zich volgens eigen zeggen bezig houdt met het gezonder maken van de bouw, en dat te combineren met de ontwikkeling van nieuwe bouwproducten en toepassingen.

Veel producenten van bouwproducten hebben hun processen zo gestandaardiseerd dat ze hun product op de voor hen meest efficiënte manier produceren.

Resterende materialen worden opnieuw gerecycled. Bijvoorbeeld verkeerd gesneden glas, afgebroken ruiten of ruiten die niet in de standaardmaat passen, gaan in de glascontainer en worden opnieuw verwerkt tot glas; beschadigde bakstenen worden vermalen en gebruikt in een andere steen of gebruikt als wegvulling.

De vraag die ROFAA stelt is of deze

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

reststromen niet direct zouden kunnen worden toegepast? Is er een manier om deze stromen te definiëren en de productielijnen van de producenten te veranderen? Zou het mogelijk zijn om met nieuwe producten te komen en

nieuwe waarde te creëren voor deze vaak hoogwaardige materialen?

Met de Floating Bricks combineert ROFFAA twee reststromen. Enerzijds afgekeurde materialen van een wandsystemenproducent die niet passen bij hun

NIEUWS modulegrootte en anderzijds afgekeurde steenstrips van een steenproducent.

Het idee is vervolgens dat het brein het werk doet. Mensen denken namelijk dat ze ‘weten’ wat ze zien. Bij het zien van bakstenen, verwachten ze traditioneel metselwerk met cementvoegen. En dat is wat ze ‘zien’. Bij de Floating Bricks zie je in eerste instantie een bakstenen muur. Dichterbij gekomen blijkt echter dat er geen cementvoegen zijn die de muur bij elkaar houden. Elke steen zweeft in de lucht, maar samen vormen ze die stevige bakstenen muur. ROFFAA ontwierp een gevelelement dat de illusie van een bakstenen muur oproept, maar dat in werkelijkheid transparant blijkt te zijn. Met dit principe is het mogelijk om een archetype huis te bouwen van twee

bij drie meter met een dakhelling van 45 graden. En dat is precies wat ROFFAA deed. De voorgevel van de woning is volledig te openen met twee Floating Bricks deuren, en in de woning kan worden geslapen. Aan de binnenkant zorgen de lijmstippen voor een jaren zestig ‘behang’. Gordijnen gemaakt van gerecyclede PET-flessen geven privacy aan de gebruikers en tegelijkertijd de romantische indruk van een hemelbed.

Als ze van buitenaf worden verlicht, wordt schaduw van de stenen als een baksteenpatroon op de gordijnen geprojecteerd. Het huis staat op korte palen; 40 cm boven de grond.

Team: Renske van der Stoep, Georges Taminiau, Rêve Deijkers, Ehab al Hindi, Nino Vogels, Maurits Maas Partners: Wienerberger, Qbiq, Culture Campsite, Bergman fietsen https://roffaa.nl

Video

‘New Horizons in Designer Materials’ The goal of the 4TU.HTM research programme ‘New Horizons in Designer Materials' (2016-2019) was to develop new topics in materials science into research areas at the four universities of technology (Delft University of Technology, Eindhoven University of Technology, University of Twente and Wageningen University.)

Within this programme, six research projects conducted by high-potential postdocs have provided a strong stimulus to materials science in the Netherlands. In collaboration with international experts and various research groups at the four TU’s, they contributed to the high level of materials science research in the Netherlands. As a result they published a series of papers in leading scientific magazines.

As a conclusion of the research programme, 4TU.HTM made a booklet in which the scientific director and the coordinator of 4TU.HTM and the researchers look back at the 4TU.HTM research programme. On the 4TU.HTM website you can

find a page for the book, at which pictures are shared, as well as images and the pdf file of the book. You are welcome to share this information with colleagues.

The publication ‘Stretching the boundaries of materials’ was released March 2020 by the 4TU.Research Centre HighTech Materials. It is available online> www.4tu.nl/htm>

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

NIEUWS

Circulair renoveren Hoe kan de energietransitie worden verbonden met het creëren van een circulaire economie? Het gebruik van een circulaire renovatiecomponent voor het energie-efficiënter maken van woningen biedt een gecombineerd antwoord op de twee uitdagingen. De TU Delft ontwikkelt daarom samen met het AMS-instituut, Dura Vermeer, woningbouwvereniging

Ymere de Circulaire Renovatieschil.

Studenten van de Hogeschool Rotterdam maakten de eerste prototypes om verschillende materialen en montagetechnieken te testen.

Een circulaire economie heeft als doel om minder materiaal te gebruiken, componenten en materialen langer te gebruiken en grondstofkringlopen te

sluiten. Daarnaast moeten veel woningen in Nederland energiezuiniger worden gemaakt. Dit gebeurt vaak door de gevel te isoleren, waardoor veel extra materiaal nodig is. Het onderzoeksproject 'REHAB' richt zich op de ontwikkeling van circulaire bouwcomponenten voor de renovatie van woningen, waarbij beide uitdagingen in één keer worden aangegaan.

Het onderzoek onderscheidt vijf varianten voor de Circulaire Renovatieschil:

• Constructie uit duurzame en biologisch afbreekbare materialen;

• Constructies uit hergebruikte materialen;

• Constructies uit gerecyclede materialen;

• Constructie van hoogwaardige

•

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

bouwproducten met eenvoudige demontage en remontage, waardoor de bouwproducten gemakkelijk zijn te hergebruiken; Constructie van een modulaire gevel, gemaakt van bouwstenen, waardoor het gevelelement gemakkelijk aan te passen en te hergebruiken is.

NIEUWS Prototypes

Studenten van de Hogeschool Rotterdam hebben prototypes ontwikkeld voor de vijf varianten. Vanuit de opleiding Bouwkunde hebben tien studiegroepen de varianten ontworpen, gebouwd en gedurende enkele weken getest. Deze tests varieerden van het testen van bouwfysische eigenschappen tot het in kaart brengen van het gemak van de deen remontage.

Volgende stappen

De samenwerking van TU Delft, het AMS Institute, Dura Vermeer en Ymere moet leiden tot de ontwikkeling van een prototype voor een proefwoning. Daarnaast worden de mogelijkheden voor het circulair maken van de keten verkend, in

combinatie met de ontwikkeling van een circulair businessmodel.

Versnelling energietransitie

Circulaire principes leveren naast een duurzamer product ook een kans op om de energietransitie te versnellen. Door in het ontwerp te sturen op uitbreidbare modules, kan er in verschillende cycli worden gerenoveerd. Zo kan stapsgewijs worden toegewerkt naar energieneutrale woningen. Daarnaast bieden circulaire bedrijfsmodellen mogelijkheden om de initiĂŤle investeringen laag te houden.

Projectpartners

De prototypes zijn mede mogelijk gemaakt door Lomax Systems, Mosa, STO, Oskam V/F, BMN, Dura Vermeer Projectteam Erasmus MC, Ecomat, Metisse, VRK-isolatie, Wovar, Aannemersbedrijf Batenburg, Davelaar interieur, Bouwcenter, Alblashout en bouwmaterialen, Eco-boards, Soprema, Kruyt bouw en industrie, en TOM SOLD.

Bron: BK TU Delft> Meer over REHAB> Video

HĂŠt expertisecentrum voor materiaalkarakterisering.

Integer, onafhankelijk, objectief onderzoek en advies. ISO 17025 geaccrediteerd.

Wij helpen u graag verder met onderzoek en analyse van uw innovatieve materialen.

Bel ons op 026 3845600 of mail info@tcki.nl www.tcki.nl

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

‘s Werelds eerste aerogels van rubberen banden

Een team van NUS-onderzoekers onder leiding van Assoc prof. Duong Hai-Minh (eerste rij links) en prof.

Nhan Phan-Thien (eerste rij, midden), ontwikkelde ‘s werelds eerste aerogels gemaakt van rubberen banden

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Een onderzoeksteam van National University of Singapore (NUS) heeft een nieuwe methode ontwikkeld om afvalrubberbanden om te zetten in superlichte, breed toepasbare aerogels.

Volgens NUS is het is voor het eerst dat aerogels worden gemaakt van rubberen banden. De nieuwe rubberen aerogels hebben bijzondere eigenschappen - ze zijn extreem licht, zeer absorberend, zeer duurzaam en ze zijn ook efficiënte isolatoren, zowel als het gaat om warmte als om geluid.

Het onderzoek werd eind vorig jaar gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects onder de titel: ‘Advanced fabrication and multi-properties of rubber aerogels from car tire waste’ Jaarlijks worden er wereldwijd ongeveer een miljard rubberen banden afgedankt.

Slechts 40 procent wordt gerecycled tot producten met een lage toegevoegde waarde, terwijl 49 procent wordt

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 verbrand om energie op te wekken.

Minstens 11 procent komt terecht op stortplaatsen Om de rubberen aerogels te maken, worden gerecyclede autobandvezels eerst vermalen tot fijnere vezels. Deze fijne rubbervezels worden behandeld met een oplossing van crosslinkers in water, waarna het mengsel twintig minuten wordt geroerd tot er een homogene dispersie is ontstaan. Die wordt vervolgens twaalf uur gevriesdroogd bij - 50 °C, waarbij het rubber-aerogel materiaal ontstaat.

Volgens assoc. prof. Duong, leider van het onderzoeksteam, gaat het om een relatief eenvoudig proces, kostenbesparend en milieuvriendelijk. Het hele productieproces duurt 12 tot 13 uur en kan ook eenvoudig worden opgeschaald voor massaproductie.

De nieuwe rubberen aerogels, zijn volgens de onderzoekers geschikt voor veel toepassingen.

Ze zijn bijvoorbeeld extreem licht en stijver dan commercieel schuim. Ze zijn bovendien poreus en absorberen twee keer meer dan conventionele absorberende middelen zoals de polypropyleen mat.

Verder hebben ze uitstekende geluidsabsorberende eigenschappen: rubberen aerogels zijn 27 procent effectiever dan vergelijkbare commerciële schuimisolatie met dezelfde dikte.

And last but not least: rubberen aerogels hebben volgens NUS een hoge hittebestendigheid.

Volgens professor Nhan Phan-Thien, senior lid van het onderzoeksteam, is de marktpotentie van de rubber aerogels enorm. Ze zijn geschikt als isolatiemateriaal voor industriële doeleinden zoals in

onderzeese systemen, olieraffinaderijen en industriële gebouwen, maar ook in huizen, koelkasten, thermisch comfort en vooral in de bestrijding van voertuiglawaai.

Het onderzoek werd gesponsord door vastgoedontwikkelaar Mapletree Investments. Het proces is inmiddels gepatenteerd.

NUS>

Video

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

MAKE IT MATTER

MAKE IT MATTER De rubriek MAKE IT MATTER wordt in samenwerking met MaterialDistrict (MaterialDistrict.com) samengesteld. In deze rubriek worden opvallende, en/of interessante ontwikkelingen en innovatieve materialen uitgelicht.

Pomastic Pomastic is een biobased plastic materiaal, gemaakt van onder meer olijvenafval en andere volledig biobased bestanddelen.

Het projectteam werkt nog steeds aan het verbeteren van de functionele en mechanische eigenschappen van het materiaal, net als aan de esthetische kwaliteiten zoals glans, textuur en kleur.

Meer bij MaterialDistrict>

Gelamineerde bamboefiets Veltra is een duurzame, lichtgewicht fiets, handgemaakt in RoemeniĂŤ van gelamineerd bamboe. Het is naar verluidt de eerste gelamineerde bamboefiets ter wereld. Bamboe is de snelst groeiende plant ter wereld, waardoor het materiaal duurzaam is. Het heeft bovendien een hoge sterkte/gewichtsverhouding en werkt als een natuurlijke schokdemper, wat resulteert in een trillingsdempende fiets.

Meer bij MaterialDistrict>

BIPV BIPV staat voor Building Integrated Photo Voltaic: esthetische full colour PV-panelen met grote ontwerpvrijheid. Met BIPV is het mogelijk om designgevels te maken die energie opwekken.

Meer bij MaterialDistrict>

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

MAKE IT MATTER DEDOTS Gekleurde 3D DOTS kunnen in elk gewenst patroon op een gaaspaneel worden gemonteerd. Levendige afbeeldingen, alle denkbare patronen of grafische kunst; dit is mogelijk met DEDOTS. Afgezien van zijn esthetische mogelijkheden, is DEDOTS geschikt voor een breed scala aan binnen- en buitentoepassingen. De DOTS zijn brand-, UV- en weerbestendig en de ECO DOTS zijn gemaakt van 100 procent gerecyclede materialen.

Meer bij MaterialDistrict>

Freebooter Freebooter is een biofiel gebouw in Amsterdam, ontworpen door architectenbureau GG-loop. Het is geïnspireerd door het Nederlandse maritieme verleden en de materialen die zouden worden gebruikt bij de constructie van een schip: vooral hout, staal en glas, zoals in een scheepsromp. Het gebouw is een hybride structuur van Cross Laminated Timber (CLT) en staal, en werd op een andere locatie geprefabriceerd.

Meer bij MaterialDistrict>

Meubels van gerecycled polycarbonaatafval Het Nederlandse bedrijf Plasticiet gebruikt gerecycled plastic plaatmateriaal met een gemarmerd of parelmoer uiterlijk, om meubels te maken. Plasticiet haalt inspiratie uit rotsformaties.

Elk type plastic heeft zijn eigen viscositeit en bevat vaak verontreinigingen. Dat betekent dat het materiaal grondig moet worden getest voordat het kan worden toegepast als plaatmateriaal.

Meer bij MaterialDistrict>

Antiek spiegelglas De studio van Dominic Schuster Ltd maakt wandbekleding die de natuurlijke afbraak van kwik/verzilverde spiegels nabootst.

Volgens Dominic Schuster is het maken van een ‘verouderd’ glazen spiegelpaneel of -tegel een artistiek proces. Er wordt een verscheidenheid aan technieken gebruikt om het gewenste verouderingseffect te bereiken. Het resultaat is een decoratief materiaal dat in schrijnwerk kan worden geplaatst, als wandbekleding of als servies kan worden gebruikt.

Meer bij MaterialDistrict>

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

ONDERZOEK

Additieve vervaardiging met glas voor façade engineering Figuur 1: Additieve vervaardiging met glas: render van een beoogde toekomstige spider-verbinding

In de laatste decennia is de rol van glas in moderne façades steeds prominenter geworden.

Door de specifieke combinatie van sterkte, transparantie en duurzaamheid biedt glas een unieke combinatie van materiaaleigenschappen die van waarde zijn in verschillende industrieën zoals architectuur, kunst, interieurontwerp, auto’s, jachten, het optische bereik, laboratorium glaswerk, serviesgoed, datakabels, enz. Afhankelijk van de samenstelling kan glas worden ervaren als transparant of doorschijnend en als gekleurd of helder. Ondanks het feit dat glas vaak als zodanig wordt bestempeld, is het echter nooit onzichtbaar. De Technische Universiteit Darmstadt, met in het bijzonder het Institute of Structural Mechanics and Design (ISMD), het Center for Structural Materials (MPA-IfW) en het Glass Competence Center (GCC), onderzoekt het potentieel van additief vervaardigde glascomponenten op het gebied van materiaaleigenschappen, productietechnologie, structurele integriteit, ontwerp en mogelijke toepassingen.

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

ONDERZOEK Additieve vervaardiging

Er is tegenwoordig een grote verscheidenheid aan additieve vervaardigingsprocessen beschikbaar. Wat deze technieken, zoals Rapid Manufacturing, Rapid Tooling, Rapid Prototyping of, meer in het algemeen, additieve vervaardiging (Additive Manufacturing (AM)), met elkaar verbindt, is het feit dat ze allemaal gebaseerd zijn op 3D-computer gegenereerde data als raamwerk voor een productieproces. De gewenste componenten worden digitaal ontworpen voordat deze gegevens worden omgezet in een toegepaste computertaal, die het AM-systeem de opdracht geeft om de specifieke componenten te vervaardigen. De meest gebruikte methoden voor additieve vervaardiging zijn (figuur 2):

a)

b)

aan gebieden te ontwikkelen waarvoor producten kunnen worden vervaardigd.

Tegenwoordig gebruiken al deze methoden van AM één of twee materialen tegelijk en het kruisen van deze processen en daarmee het verbeteren van de materiaaleigenschappen lijkt de kern van de zaak te zijn.

Naast kosten en materiaalefficiëntie als argumenten om het gebruik van AM-technologieën te rechtvaardigen, kan een derde en minstens even belangrijk argument worden gegeven in termen van vormvrijheid. De vormvrijheid die deze technologieën bieden, kan onder meer bestaan uit betere structurele en technische materiaal- of producteigenschappen, naast een toename van de individuele ontwerpmogelijkheden.

c) Fused Deposition Modelling (FDM): Deze technologie is een continu filamentgeleidingsproces door een verwarmde nozzle, waarbij laag voor laag een complexe geometrie wordt gecreëerd. Door de nozzle en/of de bouwplaat te bewegen, kan elk driedimensionaal coördinaat binnen het volume van de printer worden bereikt. d) Digital Light Processing (DLP): Deze technologie presenteert een vergelijkbaar proces als SLA, waarbij het belangrijkste verschil de bron van het licht is.

Door een meer conventionele lichtbron te gebruiken en deze in één keer op het gehele oppervlak van de hars aan te brengen, is het over het algemeen sneller dan SLA.

c)

d)

e)

Figuur 2: De meest gebruikte methoden voor additieve vervaardiging, a) SLA, b) SLS, c) FDM, d) DLP, e) DIW

a) Stereolithography (SLA): Deze techniek beschrijft een laag voor laag printstijl waarbij een lichtbron monomeren in een bad met elkaar verbindt tot polymeren. b) Selective Laser Sintering (SLS): Bij deze technologie wordt een laserstraal als krachtbron gebruikt om plaatselijk poedervormig materiaal samen te sinteren. De laser is gericht op specifieke punten die zijn afgeleid van een 3D-model, waarbij alleen daar waar gewenst een solide structuur wordt gecreëerd.

De technologie is nauw verwant aan Selective Laser Melting (SLM), waarbij het belangrijkste verschil is dat het materiaal bij SLM volledig smelt in plaats van gesinterd te worden, wat leidt tot verschillen in materiaaleigenschappen zoals kristalstructuur, porositeit, enz.

e) Direct Ink Writing (DIW): Deze technologie vertoont grote gelijkenis met FDM, aangezien een kleine nozzle filament of een pasta extrudeert terwijl deze over een bouwplatform beweegt. Het verschilt van FDM omdat het geprinte object niet afhankelijk is van directe stolling of droging om zijn vorm te behouden na extrusie. In plaats daarvan wordt het hele gedrukte en vaak nog fragiele deel achteraf gedroogd en gesinterd om zijn gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen.

Al deze methoden hebben met elkaar gemeen dat ze 3D-data zonder extra gereedschap omzetten in fysieke modellen door het stollen van lagen materiaal op elkaar. Het hebben van een groot aanbod aan toepasbare materialen stelt de ingenieur in staat om een breed scala

Als we kijken naar de huidige stand van zaken bij additieve vervaardiging, dan zien we dat componenten van metalen en kunststoffen de afgelopen jaren wereldwijd veel aandacht hebben gekregen van onderzoekers en beschouwd kunnen worden als een state of the art technologie in verschillende industrieën.

Vergeleken met metalen en kunststoffen kan AM met glas nog steeds worden beschouwd binnen een embryonale staat van onderzoek.

AM met glas

Tot nu toe hebben ongeveer 25 gedocumenteerde projecten zich gericht op AM met glas, waarbij het eerste project dateert van 1995 van de Universiteit van Texas, VS. Het is duidelijk zichtbaar dat het onderzoek met betrekking tot dit onderwerp de laatste jaren aanzienlijk is

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

ONDERZOEK toegenomen. De projecten worden gedreven door een breed scala aan industrieën zoals optica, architectuur, bio-engineering, microfluïdica en meer. In deze projecten zijn veel verschillende printtechnieken en glassoorten onderzocht.

Bovendien kan een verscheidenheid aan schaalniveaus worden geïdentificeerd, variërend van 3D-geprinte glasobjecten met een totaaldiameter van minder dan 5 mm en een resolutie van 150 µm tot glasobjecten met een totaaldiameter van 25 cm en een resolutie van ongeveer 5 mm. De meest bekende projecten met betrekking tot AM met glas werden uitgevoerd door MIT, zoals gepubliceerd in Innovatieve Materialen nummer 1 2019.

Aan de Technische Universiteit Darmstadt werd het onderzoek naar AM met glas in eerste instantie aangestuurd door het Institute of Structural Mechanics and Design (ISMD), afdeling Façade Engineering. Door het analyseren van de huidige manier waarop glazen façade panelen worden gemonteerd, is het denkbaar om het huidige verlijmen en/of het boren van gaten in de glasplaat te vermijden, inclusief de bijbehorende nadelen zoals veroudering en voortijdig falen van de glasplaat. Als mogelijke oplossing stelt de TU Darmstadt zich de mogelijkheid voor om de verbindingen van de glazen façade panelen direct op een glasplaat te printen (zie figuur 1). Om dit te onderzoeken moest een proof of concept worden opgesteld dat de samenwerking tussen ISMD, het Center for Structural Materials (MPA/IfW) en het Glass Competence Center (GCC) van de TU Darmstadt in gang zette. Het doel van dit proof of concept was het verkrijgen van een verbinding tussen een glasplaat en het geprinte glas zodat krachtoverdracht door dit versmolten gebied mogelijk zou zijn. Het onderzoek omvatte experimenten met soda-lime-silicaatglas en borosilicaatglas en produceerde punt-, lijn- en gestapelde polylijn samples zoals te zien is in figuur 3.

Er is besloten om deze samples met de hand te vervaardigen met behulp van de ervaring van de glasblazers van de faculteit Scheikunde van de TU Darmstadt.

Deze handgemaakte samples bieden voldoende kwaliteit voor een proof of concept en vormen tevens de basis waarop de blauwdrukken voor een toe-

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

a)

b)

c) Figuur 3: met de hand vervaardigde versmolten glas samples: a) punt b) lijn c) gestapelde polylijn

ONDERZOEK

a)

b)

Figuur 4: Microscoopbeeld van een versmolten glazen lijn sample (gekleurd borosilicaatglas) op een glasplaat (borosilicaatglas) a) overzicht (doorsnede) en b) nano-indentaties in het versmolten gebied

komstige glas 3D-printer zijn gebaseerd.

De belangrijkste uitdaging voor het bouwen van deze printer is namelijk het omzetten van de kennis en ervaring van vakmensen in een geautomatiseerde machine en daarmee het vertalen van subjectieve vaardigheden naar objectieve parameters zoals temperatuur, printsnelheid, extrusiesnelheid en meer (zie FGDM-video op volgende pagina).

Deze printer is nodig om objecten te maken met herhaalbare kwaliteit in een sterk gecontroleerde omgeving waarbij de procestemperaturen variëren van kamertemperatuur tot meer dan

a)

1000 °C. Een grote uitdaging in het productieproces zijn de thermische en brosse materiaaleigenschappen van glas.

Daarnaast kunnen thermische restspanningen, poriën en materiaalinhomogeniteit (bijvoorbeeld kristallisatie) tijdens de productie optreden, met glasbreuk als mogelijk gevolg.

Na de productie van de glas samples werden materiaal- en componentonderzoeken uitgevoerd om de homogeniteit (restspanning, morfologie, enz.) en de prestaties (sterkte, hardheid) van het verbindingsoppervlak en het raakvlak tussen de versmolten glaslagen en de

b)

c)

glasplaat te analyseren (figuur 4). De handgemaakte punt samples werden vervolgens onderworpen aan een destructieve buigproef die veelbelovende resultaten liet zien. Als voornaamste resultaat is aangetoond dat belastingoverdracht door de versmolten glasverbindingen mogelijk is, waardoor het concept wordt bewezen en een groen licht werd gegeven voor het bouwen van een 3D-printer om het proces te automatiseren en het onderzoek naar een hoger niveau te tillen in 2020.

d)

Figuur 5: Het potentieel van AM met glas in façade engineering waarbij zowel de conventionele manier (links) als de beoogde verbeterde alternatieven (rechts) van a) glasverbindingen, b) lokale versteviging, c) VIG-unit en d) IGU te zien zijn

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

ONDERZOEK

Potentiële toepassingen

Zoals in figuur 1 al was te zien, is een mogelijke toepassing vanuit het perspectief van de afdeling façade engineering om AM met glas te gebruiken voor het ontwerpen van glasverbindingen direct op een glasplaat. Vanuit een ontwerpperspectief is voor te stellen welke mogelijkheden er hier zijn op het gebied van transparantie en vormvrijheid, terwijl de huidige technische problemen met betrekking tot lijmen of boorgaten kunnen worden geëlimineerd.

Bovendien zou het mogelijk zijn om lokaal glas op een glasplaat te printen om deze zonodig te verstevigen op basis van een constructieve analyse, waardoor zowel de hoeveelheid gebruikt materiaal als het totale gewicht van de glasplaat tot een minimum kan worden beperkt.

Een derde toepassing vanuit het perspectief van façades zou zijn om AM met glas te gebruiken voor een nieuwe generatie vacuüm geïsoleerde beglazing (VIG) waarbij de kleine zwarte afstandhouders tussen de glasplaten vervangen zouden kunnen worden door transparante afstandhouders van glas die direct op een van de glasplaten gedrukt worden. Het zou ook een mogelijkheid zijn om AM met glas te gebruiken om de parameter van de VIG te dichten, vergelijkbaar met een lasproces.

Ten vierde is het denkbaar dat voor geïsoleerde beglazing (IGU) een hoge-

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

re mate van transparantie gewenst is.

AM met glas zou de noodzaak van de (zeer zichtbare) afstandhouder kunnen elimineren, waardoor de omvang van de afdichting (vaak butyl) tot minimale proporties zou kunnen worden teruggebracht.

Vanuit het perspectief van andere industrieën is het denkbaar om AM met glas in de auto- of jachtindustrie te gebruiken als stand-alone object of om nieuwe functionaliteit direct op de beglazing van een auto/jacht te printen. Ook voor binnenhuisarchitecten zou deze technologie een heel nieuw spectrum aan ontwerpmogelijkheden kunnen bieden, met direct denkbare badkamertoepassingen zoals kranen, douchecabines of decoratie. De optische industrie is ook direct een potentiële markt voor de implementatie van AM met glas, gebaseerd op hun wens voor complexe glasobjecten met een extreem hoge kwaliteit en nauwkeurigheid die denkbaar is met een computergestuurde technologie.

Hoe de additieve vervaardiging met glas zich ook precies zal ontwikkelen, de TU Darmstadt streeft ernaar om op de voorgrond te staan met geavanceerd onderzoek, waarbij de grenzen voortdurend kunnen worden verlegd.

Auteurs: Robert Akerboom, akerboom@ismd.tu-darmstadt.de, Matthias Seel

Het artikel ‘Fused glass deposition modelling for applications in the built environment’ is online (pdf)> Research team: Robert Akerboom1, Matthias Seel2, Ulrich Knaack1, Matthias Oechsner2, Jens Schneider1, Peter Hof2 Technical University of Darmstadt, Faculty of Civil Engineering and Environmental Engineering, Institute of Structural Mechanics and Design, ISMD, Franziska-Braun-Straße 3, 64287 Darmstadt, Germany.

1

Technical University of Darmstadt, Center for Structural Materials, MPAIfW, Grafenstraße 2, 64283 Darmstadt, Germany.

2

Video: met de hand vervaardigde versmolten glas sample

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Afbeelding 1: BESE-elements. Module opgebouwd uit zes lagen. De lagen hebben een afmeting van 922x455x20 mm

Structuur voor natuur:

Aardappelresten krijgen een tweede leven in zee Nederlandse mariene biologen recyclen aardappelresten tot matten die ze gebruiken voor natuurherstel, zoals kwelders, riffen en zeegrasvelden. Deze Biodegradable Elements for Starting Ecosystems, of BESE-elements, bestaan uit lagen die samen opbouwen tot een biologisch afbreekbare matrixstructuur (afbeelding 1). Het ontwerp combineert porositeit met een complexe structuur en is modulair. In zekere zin toont het gelijkenissen met de welbekende speelgoed bouwstenen: een eenvoudig ontwerp met oneindige mogelijkheden.

Proeven met het materiaal, wereldwijd, hebben als doel de natuur te herstellen.

Het materiaal is ontstaan door een samenwerking van partijen die het belangrijk vinden dat materialen die we inzetten in de natuur en voor natuurherstel, niet achterblijven in de natuur.

Daartoe is een link gelegd tussen een

partij met praktijkkennis van de natuur, een universiteit met brede kennis van hoe de natuur functioneert, een bedrijf met ervaring in spuitgieten en een bedrijf gespecialiseerd in het verwerken van reststromen tot biopolymeren. Na

twee jaar ontwikkeling, met de nodige uitdagingen, was in 2013 de eerste batch BESE-elements beschikbaar en werd in 2014 een eerste test uitgevoerd in de Waddenzee.

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Potato farm

Cora l

Ma ng rove

Sea grass

Oyster/mussel

Potato chi p facto ry

Sa lt mars h

C hi ps

Ec osystem restoration projects

Starch (wa ste)

ELEMENTS

B i o po ly me r facto ri e s Afbeelding 2: De resten uit de patatindustrie dienen als grondstof voor de biopolymeren waarvan BESE-elements gemaakt zijn

Natuurfundament

De modules dienen als startpunt: een tijdelijke structuur die aanhechting, stabiliteit en bescherming biedt voor organismen, zowel plant als dier. Normaal gesproken doet de natuur dit zelf, maar door toedoen van de mens zijn natuurgebieden, en daarmee structuurvormende planten en dieren, op veel plekken verdwenen. Zonder de bescherming van de oudere planten is het voor veel jonge planten en dieren niet mogelijk op een nieuwe plek te starten: de omstandigheden zijn te moeilijk. De structuur neemt de bescherming tijdelijk over, remt op kleine schaal de stroming en golven en zorgt dat in de luwte vestiging kan plaatsvinden. Na vestiging vormt de natuur zelf een structuur en is kunstmatige ondersteuning niet meer nodig. Tijdens deze ontwikkeling kan het materiaal langzaam afbreken en neemt de natuur het over.

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Afbeelding 3a: BESE-elements voor begroeiing met kwelderplanten (Salicornia en Spartina)

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Afbeelding 3b: BESE-elements volgroeid met kwelderplanten (Salicornia en Spartina) een jaar na plaatsing. Op dezelfde locatie zijn ook planten geplaatst zonder structuur, maar deze hebben het niet overleefd

Materiaaleigenschappen

Het materiaal bestaat uit losse lagen, die stapelbaar zijn voor transport en vervolgens ter plaatse op elkaar kunnen worden geklikt (afbeelding 1). Samen vormen de aan elkaar geklikte lagen een complexe driedimensionale structuur, met een groot oppervlak en veel holtes.

De hernieuwbare grondstof, Solanyl, is biologisch afbreekbaar, koolstofneutraal en niet giftig.

Vorm

Het materiaal is ontworpen voor modulaire assemblage en installatie waardoor, afhankelijk van de behoeften, verschillende combinaties, structuurhoogten en afmetingen mogelijk zijn (afbeelding 1).

Het basiselement is een rechthoek van circa 0,5 x 1 meter. Het aantal lagen en de vorm past men aan op de gewenste locatie, toepassing of soort. De kleur is naar wens aan te passen met een biologisch afbreekbare kleurstof.

Biologisch afbreekbaar

Het materiaal is gemaakt van Solanyl, een hernieuwbare grondstof die bestaat uit een mengsel van biolpolymeren. Een belangrijke component die als grondstof gebruikt is, bestaat uit aardappelresten uit de patatindustrie (afbeelding 2). Het materiaal voldoet aan het Vincotte OK Compost en zijn gecertificeerd conform EN13432 (industrial composting).

Buiten de gecontroleerde composteer-

Afbeelding 4: Voor en na: BESE-elements gebruikt als rif voor vissen in AustraliĂŤ, te zien zijn koralen, schelpdieren en vissen

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Afbeelding 5: Mangrove herstel met BESE-elements in Pumicestone passage, Australië (foto: HLW)

omgeving, die de certificerende instanties gebruiken, is biologische afbreekbaarheid een proces dat onderhevig is aan de elementen. Ter vergelijking: een tafel van hout, een materiaal dat biologisch afbreekbaar is, kan eeuwen blijven bestaan in een droog binnenklimaat, maar zal in een vochtige bosgrond snel wegrotten. Dit maakt dat er op locaties een sterk wisselende afbreektijd van het materiaal waar te nemen is. In een zoetwaterbron in Florida was het materiaal na drie jaar helemaal zacht.

In Nederlands buitenwater zien we dat het wellicht één of meerdere decennia gaat duren. Er is daarom sinds 2019 een tweede materiaalmix beschikbaar die sneller afbreekt, in circa een tot twee jaar. De afbraak gebeurt door micro-organismen en resulteert uiteindelijk in water, koolstofdioxide en microbe biomassa.

• Herstel van natuur o.a. kwelders, • •

mangroves, zeegras, duinvegetatie, riffen en veengebieden; Aquacultuur en waterkwaliteit; Creëren van (onderwater) habitat.

Prijzen en expo

De structuur won in 2018 de Circulaire Innovatie Challenge van de Unie van Waterschappen. Het materiaal heeft daarnaast architecten en kunstenaars geïnspireerd en is onder andere tentoongesteld bij Art Park, Warapuke, Nieuw Zeeland (‘Biobased Experiments’ Natasja Rodenburg 2017), de Boston Society of Architects (‘NatureStructure’ 2018, met

Wereldewijde toepassingen

De voornaamste toepassing, momenteel gebruikt op locaties verspreid over vier continenten, zijn watersystemen en kustecosystemen die onder druk staan door menselijke activiteiten. Deze ecosystemen zijn van groot belang, onder andere voor kustbescherming, drinkwatervoorziening, recreatie en aquacultuur.

Daarom is het vooral in deze systemen belangrijk dat er gewerkt wordt aan herstel van kwetsbare natuur, bijvoorbeeld door het gebruik van Biodegradable Elements for Starting Ecosystems.

De mogelijke toepassingen voor deze 3D-structuren zijn veelzijdig. Een greep uit de potentiële mogelijkheden:

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Afbeelding 6: BESE-elements in een etalage

boekuitgave in 2020) en in eigen land in Huis Marseille (‘When Red Disappears’, Elspeth Diederix 2019). Ook is het materiaal te zien als achterwand bij expo’s en in etalages (afbeelding 6).

Tekst: Bureau Waardenburg

ONDERZOEK

Recycling van balsa-composiet rotorbladen Onderzoekers van het Duitse Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI, hebben een nieuwe recyclingtechniek ontwikkeld om balsahout in de rotorbladen van windturbines terug te winnen en te verwerken tot isolatiematten. In Duitsland zijn 30.000 windturbines in bedrijf, waarvan er veel verouderd beginnen te raken en moeten worden vervangen en herverwerkt. Alleen al in 2019 werden zo tweeduizend rotorbladen afgedankt. Een studie van het Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologie ICT voorspelt dat in 2024 ongeveer 15.000 rotorbladen moeten worden verwerkt en in 2027 nog eens 72.000. Die rotorbladen zijn grotendeels gemaakt van glasvezelversterkte kunststof en balsahout (gemiddeld 15 m3 per rotorblad), verlijmd met epoxy of polyesterhars. Die verbinding is extreem sterk, en dat moet ook want de rotorbla-

den halen snelheden van meer dan 250 kilometer per uur, waardoor een enorme kracht moeten verduren. Maar in geval van recycling is juist die sterke binding een probleem, aangezien het erg moeilijk is om de afzonderlijke componenten van het composietmateriaal te scheiden.

Het restmateriaal wordt nu doorgaans verbrand, meestal in cementfabrieken.

ReRoBalsa

Fraunhofer en een aantal industriële partners zeggen nu dus een nieuwe techniek te hebben ontwikkeld om dit balsahout te recyclen: het zogenaamde ReRoBalsa-project: ‘Recycling of rotor blades in order to recover balsa wood/ foam for the production of insulation materials’.

Eerst worden de afgedankte rotoren ter plekke met een waterstraallans in grote stukken gesneden, waarna de

segmenten met een mobiele shredder in stukken worden gehakt ter grootte van een hand. Ten slotte worden de stukken bij hoge snelheid vermalen waarbij de individuele componenten worden gescheiden. Het composietmateriaal desintegreerd omdat het hout viscoplastisch is, terwijl glasvezels en hars erg hard zijn.

Bij Fraunhofer WKI worden de balsa-stukken verwerkt tot onder meer ultralichte houtvezelisolatiematten.

Met een dichtheid van minder dan 20 kilogram per kubieke meter hebben deze matten isolerende eigenschappen die te vergelijken zijn met die van materialen op basis van polystyreen.

Fraunhofer ReRoBalsa>

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Duurzame dijkbekleding:

Zetsteen van baggerspecie Waterschap Scheldestromen is onder andere verantwoordelijk voor de veiligheid van alle dijken en duinen in Zeeland. Om haar kerntaken duurzamer en slimmer uit te voeren is Scheldestromen continu op zoek naar innovatie-partners. Momenteel bereidt het waterschap een dijkverzwaring voor bij het dorp Hansweert. Binnen dit project onderzoekt Scheldestromen, samen met innovatiepartner NETICS, een manier om de benodigde nieuwe steenbekleding van de dijken te verduurzamen door deze van baggerspecie te maken.

Waterschap Scheldestromen beheert 424 km aan primaire waterkeringen.

Momenteel wordt de veiligheid van deze keringen beoordeeld aan de hand van de nieuwe normering WBI2017. Het primaire dijktracé Westerscheldedijk rond Hansweert met een lengte van 4,5 km moet volgens deze wettelijke normering extra veilig zijn, gezien de lage ligging van het dorp in een kleine kom. Zodoende bleek na het berekenen en controleren van de dijk dat hier een versterkingsopgave wacht om deze dijk toekomstbestendig te maken.

De dijk bij Hansweert is opgenomen in het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). Binnen deze alliantie van

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

de waterschappen en Rijkswaterstaat wordt gewerkt aan de versterking van de primaire waterkeringen zodat deze in 2050 voldoen aan de wettelijke normen vastgelegd in de Waterwet. Naast het ‘gewone’ werk stimuleert het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) dat waterschappen innoveren. Daarmee hoopt het kosten te verminderen van de enorme opgave die Nederland te wachten staat: circa 1100 km dijken versterken tot 2050. Scheldestromen heeft voor Dijkverzwaring Hansweert een innovatieprogramma opgezet, voor zowel procesals technische innovaties.

Volledig circulair

Waterschap Scheldestromen heeft als doelstelling om in 2025 volledig energieneutraal te zijn en in 2050 volledig circulair. De productie en het transport van zetsteen voor dijken is daarbij een aandachtspunt. Voorheen kwamen deze stenen uit groeves op honderden tot duizenden kilometers afstand. De laatste decennia worden de blokken vooral in betoncentrales geproduceerd. Eén van de technische innovaties die Scheldestromen in het programma van Hansweert oppakt is het toepassen van het afvalmateriaal bagger bij de productie van zetsteen voor de dijkbekleding. Door

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Kloostermop

Breuksteen

Megablok

baggerspecie te gebruiken als bouwmateriaal hoeft geen beton meer te worden geproduceerd en getransporteerd. Met de NETICS innovatie ‘GEOWALL Zetsteen van baggerspecie’, wordt de grondstof gewonnen uit de directe omgeving en zal zo een belangrijke bijdrage leveren aan minder CO2-uitstoot. De zetsteen is eenvoudig her te gebruiken doordat de baggerspecie met technieken weer is terug te winnen. Dit zorgt voor meer circulariteit, niet alleen in Zeeland maar wereldwijd.

gorie Waterveiligheid.

De zetstenen van bagger zijn innovatieve blokken, die volgens de door NETICS gepatenteerde GEOWALL techniek* zullen worden geproduceerd. Deze techniek maakt het mogelijk om hoogwaardige bouwelementen te ontwikkelen uit laagwaardige baggerspecie. Deze bouwelementen ontstaan door vermenging van natuurlijke binders met het gebaggerde sediment die vervolgens, door middel van een specialistische pers werkend onder zeer hoge druk, mechanisch gestabiliseerd worden tot blokken. Deze blokken kunnen in verschillende groottes, vormen en sterktes geproduceerd worden, afhankelijk van de gewenste toepassingseisen en de randvoorwaarden die volgen uit het ontwerp van de constructie. De uitdaging hierbij is om met het specifieke basismateriaal, de unieke soort baggerspecie die lokaal

gewonnen wordt, de gewenste producteigenschappen te verkrijgen. Voor verschillende toepassingen zijn er door NETICS in het verleden al diverse blokvormen van baggerspecie ontwikkeld, zoals de kloostermop (30 x 14 x 9 cm), breuksteen (40 x 40 x 40 cm) en mega­ blokken (160 x 80 x 80 cm).

Bouwen met bagger

Samen met het Nederlandse ingenieursbureau NETICS, dat al verschillende innovaties binnen het thema ‘bouwen met bagger’ ontwikkelde, start Waterschap Scheldestromen in 2020 het onderzoek.

Het idee werd eind 2019 al genomineerd voor de Waterinnovatieprijs in de cate-

Gesloten keten

Door te bouwen met bagger ontstaat een gesloten circulaire keten, waarbij geen afval wordt gegenereerd en bouwprojecten duurzamer worden en bijdragen aan een circulaire economie.

Dankzij de GEOWALL-techniek hoeft baggerspecie niet langer als afval beschouwd te worden, maar juist als een gift van de natuur. Nu en in de toekomst kunnen veel primaire grondstoffen hierdoor vervangen worden in tal van constructies, waaronder dijken, oevers,

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

dammen, golfbrekers, maar ook gebouwen, geluidsschermen, kabelgoten en infrastructuur. Elke toepassing stelt andere eisen aan de kwaliteit en vorm van het blok. In de afgelopen zeven jaar is techniek in de basis ontwikkeld en zijn de eerste eenvoudige blokken van baggerspecie gemaakt. Zo zijn er inmiddels oevers, kademuren en kleine gebouwen met deze blokken gemaakt.

De volgende stap is het geschikt maken van de blokken voor toepassingen in haven- en kustgebieden als duurzaam en goedkoper alternatief voor breuksteen of als afdeklaag van een dijk. Doordat

de blokken moeten voldoen aan strenge wet- en regelgeving komt hier veel bij kijken en wordt tijdens de pilot in Hansweert uitgezocht en getest hoe de blokken hieraan kunnen voldoen.

Techniek

Het ontwikkelen van de zetsteen klinkt misschien als een eenvoudige klus, maar schijn bedriegt. De toepasbaarheid van baggerspecie hangt namelijk sterk samen met de milieukundige en geofysische kwaliteit van het materiaal. De milieukundige kwaliteit van baggerspecie wordt gekenmerkt door de mate van

verontreinigingen en bepaalt of de wetgeving toestaat dat deze baggerspecie ergens mag worden toegepast. De geofysische kwaliteit anderzijds is bepalend voor de verwerkbaarheid van de bagger en is dus een maat voor de potentie van baggerspecie om hergebruikt te worden als bouwstof.

Om van natte baggerspecie naar sterke en duurzame blokken te gaan, dient in elk geval de geofysische kwaliteit aanzienlijk verbeterd te worden. Hiervoor zijn verschillende opwerkingstechnieken beschikbaar welke grofweg zijn onder te verdelen in vier hoofdmethoden:

• Biologische stabilisatie = verbeteren • • •

structuur door natuurlijke rijping/ landfarming Fysische stabilisatie = verbeteren korrelverdeling door additie ander type grond Scheikundige stabilisatie = verhogen bindingskrachten door toevoeging vezels & binders Mechanische stabilisatie = verbeteren pakkingsgraad onder invloed van compactie

Naast het stabiliseren van de baggerspecie tot blok zijn ook de juiste dimensies en vormen van belang. Grote blokken

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

zijn lastiger te maken, doordat ook de kern van het blok gestabiliseerd moet worden. Daarnaast is het geven van een vorm aan een blok cruciaal om bijvoorbeeld dijkbekleding te kunnen maken, maar geeft dit tegelijkertijd ook een enorme uitdaging in het productieproces.

Pilot zetsteen Hansweert

Voor de innovatie ‘Zetsteen van baggerspecie’ zal er zowel een laboratoriumonderzoek als praktijktest worden uitgevoerd. Dit betekent dat eerst onderzocht wordt hoe de baggerspecie maxi-

maal kan worden gestabiliseerd om aan de eisen de voldoen. Vervolgens wordt deze stabilisatiemethode opgeschaald en getoetst in zowel een proefopstelling op schaal alsook in een werkelijk stuk dijkvak op ware grootte. Onderzocht wordt of de ontwikkelde techniek voldoet aan de randvoorwaarden en eisen. Door een continue monitoring wordt nagegaan hoe de zetstenen zich houden bij diverse type belastingen en onder wisselende weersinvloeden.

Tijdens de eerste fase wordt in het laboratorium de meest geschikte sta-

bilisatiemethode bepaald. De nieuw te ontwikkelen zetsteen zal grotendeels, voor naar schatting 80 procent, gemaakt worden van lokaal gebaggerd hoog organisch sediment. Om de stenen van elk type baggerspecie te kunnen produceren worden er unieke recepten ontwikkeld.

Hierbij zijn toevoegingen mogelijk van primaire en secundaire binders. Ook de werking van puzzolanen, geopolymeren, vezels zoals cellulose en tal van andere beschikbare binders wordt onderzocht.

Naast de scheikundige stabilisatie is ook de mechanische stabilisatie een essen­ tieel onderdeel van het productieproces.

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 onderzoeken of de uitvoering haalbaar is en of de zetsteen geschikt is om alle optredende belastingen en klimaatschommelingen te kunnen doorstaan. Naast het onderzoeken van de uitvoering is het van belang om de ecologische waarde van de zetsteen van baggerspecie te onderzoeken. Zo zal er bijvoorbeeld op de zetstenen van baggerspecie algengroei en ontwikkeling van zeewier plaatsvinden, hetgeen ook gemonitord wordt.

Naast dat dit in veel gevallen zorgt voor een esthetische meerwaarde, blijkt ook de ontwikkeling van unieke aquatische milieus voor een ecologische diversiteit te zorgen. Een goed voorbeeld van ‘building with nature’.

Door de steen onder een hoge drukkracht samen te persen krijgt deze de juiste vorm, sterkte en duurzaamheid.

Het bepalen van het juiste recept en de drukkracht gebeurt tijdens hoogwaardige praktijktests. Uiteindelijk wordt de zetsteen getest op sterkte, dichtheid, stabiliteit, erosiegevoeligheid, vervorming, structuur en uitloging. Ook wordt nagegaan of de ontwikkelde zetsteen

geschikt is om op grote schaal, met de huidige uitvoeringstechnieken en machines, te worden gebruikt.

De GEOWALL Zetsteen wordt ook buiten het laboratorium uitgebreid getest en onderzocht op eigenschappen als sterkte, duurzaamheid, fysische eigenschappen en vormvastheid. De pilotproef op werkelijke schaal is ook van belang om te

In 2020 zetten NETICS en Waterschap Scheldestromen de eerste stappen om zetsteen voor dijken te produceren uit baggerspecie. Wanneer uit labonderzoek is bepaald hoe en waarmee het GEOWALL Zetsteen van baggerspecie het best geproduceerd kan worden, wordt in 2021 een proeflocatie op een bestaande dijkbekleding ingericht. Het doel is om al in het HWBP project Dijkversterking Hansweert, dat tussen 2022 - 2024 wordt uitgevoerd, profijt te hebben van deze innovatie. Na Hansweert kan men deze techniek toepassen in vele dijkverzwaringen in Nederland, maar ook daarbuiten. * GEOWALL is een door NETICS gepatenteerde technologie (patent: NL B1 2012739) Ir. J.J. Pieterse (Waterschap Scheldestromen), ir. H.H.M. Ekkelenkamp (NETICS), drs. L.J. Kranenburg (NETICS)

Video

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

ONDERZOEK

Beton-schuim-glas sandwich Afgelopen januari besteedde detail-online.com aandacht aan het onderzoeksproject ‘Composietverbinding in sandwichelementen van hardschuimbeton’ van de Universiteit van Siegen.

Het onderzoek richtte zich op een nieuw type sandwichelement voor gevels, gemaakt van sandwichpanelen van beton, hardschuim en glas.

Thermische isolatie-composietsystemen zijn niet nieuw. Ze bestaan meestal uit een dragende laag van gewapend beton, een thermische isolatielaag van hardschuim en een vaak gladde gevelbekleding. De verbinding tussen deze afzonderlijke lagen is meestal mechanisch en wordt uitgevoerd met bevestigingsankers. Het weglaten van deze bevestigingspunten zou interessant zijn in termen van materiaalbesparing en productiecomplexiteit. Daarnaast zou de thermische isolatie er op vooruit gaan en zouden de panelen wellicht dunner kunnen worden uitgevoerd. En dat is precies wat de onderzoekers van Siegen hebben onderzocht.

In een onderzoeksproject in samenwerking met de leerstoel Structural Design

aan de Universiteit van Siegen werd een nieuw type sandwichconstructie ontwikkeld waarbij de glaslaagbekleding en de isolatielaag worden verbonden met een versterkingslaag van gewapend beton zonder mechanische verankering. De trekkrachten en schuifkrachten, worden in de scheidingslagen tussen de drie materialen uitsluitend door een hechtlaag overgedragen.

Er zijn uiteenlopende tests uitgevoerd om de hechting te karakteriseren tussen enerzijds de verschillende hardschuimpanelen en anderzijds het betonnen draagmateriaal. In het laatste geval is gekeken naar zowel ‘gewoon’ beton (ordinary performance concrete, OPC) als ultra sterk beton (ultra-high performance beton, UHPC). De hardschuimpanelen bestonden uit geëxpandeerd polystyreen (EPS), geëxtrudeerd polystyreen (XPS) en polyurethaan (PUR) en hadden verschillende oppervlaktestructuren.

Er zijn verschillende oppervlakken in de composietverbinding tussen het glas en het isolatiemateriaal onderzocht, net als de hechting tussen het beton en het isolatiemateriaal. Uit de analyse

van de breukoppervlakken valt vooral het belang van een hechtprimer op.

Het stijve schuim verwerkt met een hechtingsbevorderaar heeft aanzienlijk kleinere poriën in hogere aantallen bij het grensvlak met het glas. In vergelijking met hardschuim zonder hechtingsprimer, resulteert dat in een groter effectief oppervlak voor de overdracht van hechtings- en schuifkrachten, wat op zijn beurt weer leidt tot een sterkere binding tussen het glasoppervlak en het hardschuim.

Het project bevestigt volgens de onderzoekers de technische haalbaarheid van sterke glas-hardschuim-beton-sandwichelementen. Verdere tests zullen moeten uitwijzen hoe het materiaal zich gedraagt onder mechanische en klimatologische spanningen.

Detail-online> Universität Siegen>

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Bakstenen geproduceerd met mycelium, tuinafval en houtsnippers als onderdeel van het myco-architectuurproject. Vergelijkbare materialen kunnen worden gebruikt om onderkomens op de maan of op Mars te bouwen (Bron: 2018 Stanford-Brown-RISD iGEM-team/NASA)

Zijn paddenstoelen het constructiemateriaal voor Mars?

Wonen op de maan of op Mars vraagt om nieuwe architectonische ideeën. Hoe komen de bouwmaterialen daar bijvoorbeeld? En hoe moet je er überhaupt mee bouwen. Eerder dit jaar sprak NASA Techbriefs met dr. Lynn Rothschild, de hoofdonderzoeker van het zogenaamde ‘myco-architecture project’ van het NASA’s Ames Research Center. Het project onderzoekt een innovatieve manier om onderkomens op de maan en Mars te maken. Het idee is simpel: breng de materialen niet naar Mars, want dat vergt enorme energiekosten, maar kweek ze gewoon daar met paddenstoelen, of beter: met de myceliumdraden.

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 (re)produceert zichzelf, zodat de habitat in de toekomst kan worden uitgebreid en zichzelf bovendien kan herstellen.

Bio-engineering

Myceliummaterialen worden al commercieel geproduceerd. Ze zijn gekende isolatoren en hebben brandvertragende eigenschappen. Aangezien mycelium normaal enzymen uitscheidt, zou het mogelijk moeten zijn om ze zodanig met bio-engineering biologisch aan te passen, dat ze bruikbare materialen gaan aanmaken, zoals bioplastics of latex en op die manier een biocomposiet vormen.

Op die manier kan een op myceliumbouwwerk kunnen worden gemaakt, bestaande uit ‘stand alone’ myceliumcomposiet, al dan niet in combinatie met gesinterd regoliet (oppervlakte materiaal van Mars)1. En als de onderkomen inmiddels door mensen zijn bewoond, kunnen er extra structuren worden gekweekt met grondstoffen van door missie geproduceerde organische afvalstromen. Mits goed beschermd, kunnen de mycomaterialen een lange levensduur hebben, maar aan het einde van de levenscyclus kan het materiaal als mest worden gebruikt voor landbouw op de planeet.

Het ultieme doel van het ‘myco-architectuurproject’ is om compacte onderkomens te kunnen bouwen op ver afgelegen plaatsen zoals Mars. En dat op basis van lichtgewicht, ‘slapende’ schimmels, die prima kunnen worden bewaard en meegenomen op lange ruimtereizen.

Bij aankomst wordt dan een basisstructuur uitgevouwen, water toegevoegd, waarna de schimmels rond dat raamwerk kunnen groeien tot een volledig functioneel onderkomen. En dat alles onder afgesloten condities om verontreiniging van het Marsoppervlak te voorkomen.

En zo ontstaat een zichzelf vormende constructie van lichtgewicht, vezelmateriaal met volgens NASA uitstekende mechanische eigenschappen. Het materiaal kan droog, nat, bevroren met water worden toegepast of omgezet tot composietmateriaal met isolerende eigenschappen; beschermend tegen straling en dampdicht. Het materiaal

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 Drielagige koepel

Ook een mycelium moet kunnen eten en ademen. Dat is waar zogenaamde cyanobacteriën op het toneel verschijnen: een bacteriesoort die energie van de zon kan gebruiken om water en kooldioxide om te zetten in zuurstof en voedingsstoffen.

NASA stelt zich een habitatconcept voor met een drielagige koepel. De buitenste laag bestaat uit bevroren water, ijs dus, dat uit de Marsbodem kan worden gewonnen. Dat water dient als bescherming tegen straling en druppelt naar de tweede laag, waar de cyanobacteriën zich bevinden. Deze laag kan dat water opnemen en er vindt fotosynthese plaats onder invloed van het buitenlicht dat door de ijzige laag schijnt. Deze fotosynthese zocht voor de productie van zuurstof voor en voedingsstoffen voor de myceliumlaag: de eigenlijke constructie.

Volgens Rothschild is dit nog maar het

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

begin. Mycelium kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt voor waterfiltratie, vochtigheidsregeling, bioluminescente verlichting en voor biomining-systemen die mineralen uit afvalwater kunnen halen (een ander project dat actief is in het Rothschild-laboratorium) en self healing onderkomens die zichzelf kunnen repareren. En al die technieken kunnen ook waardevol zijn voor toepassing op aarde.

‘Als we ontwerpen voor de ruimte, zijn we vrij om te experimenteren met nieuwe ideeën en materialen met veel meer vrijheid dan we op aarde zouden doen’, zei Rothschild op de NASA-website. ‘En nadat deze prototypes zijn ontworpen voor andere werelden, kunnen we ze terugbrengen naar de onze.’

1

Regoliet is een laag losse, heterogene oppervlakkige afzettingen die massief gesteente bedekken. Het bestaat uit stof, zand, gebroken

gesteente en andere soortgelijke materialen en is onder meer aanwezig op aarde, de maan, Mars en op sommige asteroïden. Er wordt aangenomen dat regoliet kan worden gebruikt als constructiemateriaal, bijvoorbeeld voor het bouwen van constructies en onderkomens, waardoor menselijke missies naar de maan of naar Mars minder gecompliceerd zouden worden.

Meer bij NASA> Zie ook: ‘A new approach to biomining: Bioengineering surfaces for metal recovery from aqueous solutions’> Direct Formation of Structural Components Using a Martian Soil Simulant>

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Materials+Eurofinish+Surface 2020 wordt verplaatst naar 26 en 27 mei 2021 Mikrocentrum, VOM en Vereniging ION hebben in navolging van de aangescherpte regels rondom het Coronavirus, besloten het kennis- en netwerkevent Materials+Eurofinish+Surface 2020 te verplaatsen naar 26 en 27 mei 2021. De huidige ontwikkelingen en de onzekerheid die dit voor het welzijn van alle betrokkenen met zich meebrengt, heeft de organisatie dit besluit doen nemen.

‘Het welzijn van de bezoekers, de exposanten en alle andere betrokkenen heeft voor ons als organisatie de hoogste prioriteit. Als organisatoren hebben we vanaf het begin van de samenwerking, de intentie en de wens om het vernieuwde en gecombineerde event tot een groot succes te maken. Gezien de huidige ontwikkelingen zal het moeilijk zijn om die doelstelling in juni van dit jaar te realiseren. De verscherpte regels door de overheid in combinatie met diverse geuite zorgen door exposanten gaf ons de doorslag om het event te verplaatsen.’

Aldus organisatoren Timo van Leent (Mikrocentrum), Veerle Fincken (VOM) en Egbert Stremmelaar (Vereniging ION).

‘Het is nu belangrijk dat we er als maatschappij voor zorgen dat we zo gezond mogelijk door deze komende periode heen komen. Vandaar dat we ervoor gekozen hebben het event te verschuiven naar 2021. Zo kunnen we er alsnog een geweldig, grensoverschrijdend kennis- en netwerkevent van maken!’

Het concept blijft ongewijzigd, evenals de locatie. De nieuwe datum is vastgelegd op woensdag 26 en donderdag 27 mei 2021 op dezelfde locatie: NH Conference Centre Koningshof te Veldhoven (Nederland). Het concept, de opzet van de beursvloer en de beoogde thema’s in lezingenprogramma blijven, voor zover mogelijk, gewaarborgd. Inmiddels is er vanuit de organisatie contact gezocht met alle exposanten en wordt per deelnemer gekeken naar de wensen en mogelijkheden.

Over Materials+Eurofinish+Surface

Materials+Eurofinish+Surface is het kennis- en netwerkevent waar men alle aspecten ontdekt voor een goed en duurzaam eindproduct. Bezoekers vinden een compleet overzicht van de laatste ontwikkelingen binnen de gehele keten; van grondstof tot en met gerealiseerd product. Denk aan hierbij aan materiaalkunde, analysetechnieken, verbindingstechnieken, productontwikkeling en oppervlaktetechnieken. Materials+Eurofinish+Surface is dan ook de centrale ontmoetingsplaats waar Nederlandse en Belgische specialisten elkaar ontmoeten.

Webinar en meer informatie

Momenteel wordt gezocht naar digitale oplossingen om virtuele interactie mogelijk te maken voor alle professionals die op zoek zijn naar info over materialen, coatings of mogelijke marktspelers. Meer informatie over de invulling hiervan en over Materials+Eurofinish+Surface 2021 is binnenkort te vinden op: www.materials-eurofinish-surface.com

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Fosfaatglas met vliegas toont onverwachte eigenschappen Glas is transparant en sterk, maar de smelttemperatuur is hoog en het materiaal is broos.

Uit promotieonderzoek van Clarissa Justino de Lima blijkt dat het mogelijk is de eigenschappen te verbeteren. Ze ontwikkelde een glas uit fosfaat en vliegas met een lage smelttemperatuur en een ongewone sterkte. Op 30 maart verdedigde Clarissa Justino de Lima haar proefschrift ‘Innovative low-melting glass compositions containing fly ash and blast furnace slag’.

Standaard glas bestaat voor een belangrijk deel uit silica of siliciumdoxide en heeft een ongelooflijke theoretische sterkte van wel 7000 MPa. Maar helaas, door zijn broosheid haalt het een praktische sterkte van slechts 35 tot 70

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

MPa. Breekbaarheid blijft de achilleshiel, ook bij architectonische toepassingen, zoals glasstenen. Zijn er geen mogelijkheden om dat te verbeteren, vroeg De Lima zich af? Zij experimenteerde in het laboratorium met nieuwe glassamen-

stellingen, om te beginnen met fosforpentoxide (P2O5) en een beetje vliegas en hoogovenslak - afvalproducten uit verbrandings- en hoogovens.

Helemaal nieuw is fosfaatglas niet. Al sinds de jaren ’50 zijn geavanceerde

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 glassoorten ontwikkeld met fosfaat, dat zorgt voor lagere smelttemperatuur en vermindering van de viscositeit. Een belangrijk probleem is volgens De Lima dat fosfaat veel water absorbeert. Het geproduceerde glas bleek buitengewoon hygroscopisch. Om de kwaliteit te testen dompelde ze het geproduceerde werkstuk een maand lang onder in water. Resultaat: het glaswerk verloor 100 procent van zijn gewicht, alle fosfaat was eruit verdwenen.

Toen ze een proef deed met glas met een gehalte van 85 procent kaliumfosfaat, was na een maand de helft van de massa verdwenen. Volgens De Lima Het was het geen glas meer, het was een soort gel. Dat veranderde toen ze het gehalte kaliumfosfaat verlaagde naar een percentage van 50 tot 75 procent en tenminste 15 procent aluminiumoxide (Al2O3) toevoegde, ter vergroting van de waterbestendigheid. Verder krikte ze het gehalte vliegas en hoogovenslak flink op.

In dit geval bleek het verlies aan massa verwaarloosbaar.

Transparantie

Vliegas en hoogovenslak zijn veelgebruikt als toeslagstof in cement, maar bleken bij dit experiment ook prima geschikt voor gebruik in glas. De transparantie ervan blijkt pas te worden aangetast bij een gehalte van meer dan 35 procent. Bij een hoger percentage

zorgt de vliegas voor kristallisatie bij het afkoelen - en dat is niet gunstig voor de sterkte en de transparantie. Bij verandering van de samenstelling van de toeslagmaterialen zag De Lima ook de kleuren van het glas veranderden. Ze produceerde kleurloos, maar ook bruin, blauw, geel en groen glas.

De diverse mengsels fosfaatglas die uit de proeven rolden hadden alvast één prettige eigenschap: een lage smelttemperatuur. Die bedroeg zo’n 1200°C in plaats van 1500 tot 1600°C zoals borosilicaat- en natronkalkglas. Dat scheelt fors in de energiekosten en in milieubelasting. De prijs is bovendien per kilo grofweg drie maal lager dan genoemde glassoorten. In potentie is dus een interessant product, mits de mechanische eigenschappen voldoen.

3D-printer

De Lima voerde laboratoriumtests uit om die eigenschappen vast te stellen.

Daaruit bleek dat de elasticiteitsmodulus en hardheid van het geproduceerde fosfaatglas lager zijn dan die van standaard silicaatglas, maar de breukbestendigheid van sommige mengsels is hoger. Dat kan van pas komen bij het gebruik van fosfaatglas als constructiemateriaal. Ook de thermische stabiliteit is hoog, terwijl de uitzetting beperkt blijft. Sommige mengsels zouden daardoor geschikt kunnen zijn voor gebruik in de 3D-printer.

Anisotroop

Het labonderzoek leverde nog een interessante vondst op. Bij bepaalde samenstellingen kan het ontwikkelde fosfaatglas - anders elke andere glassoort - anisotroop zijn. Dat is volgens De Lima uitzonderlijk, want het betekent dat het in de ene richting een grote deformatie zou kunnen hebben, terwijl er in andere richting slechts een kleine vervorming is. Het kan dus betekenen dat het veel sterker in de ene richting is dan in de andere.

Opmerkelijk is bovendien dat het anisotrope glas zijn transparantie behield. In theorie maakt dit glas mogelijk met buitengewone eigenschappen.

Een constructie vervaardigd uit dit type fosfaatglas zou door slimme oriëntatie bestand kunnen zijn tegen specifieke belastingen. Is het daarmee geschikt voor toepassingen in de bouw, bijvoorbeeld als glazen bouwstenen of elementen voor de bouw van bruggen? Vervolgonderzoek zal dat moeten uitwijzen.

Tekst: TUDelft> Innovative low-melting glass compositions containing fly ash and blast furnace slag

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

‘Van aardolie naar hout: niet duurder, wel duurzamer’

Een interdisciplinair team van onder andere bio-ingenieurs en economen van de KU Leuven heeft in kaart gebracht hoe hout aardolie kan vervangen in de chemische industrie. Ze keken daarbij niet alleen naar de technologische uitwerking, maar ook of dat scenario economisch haalbaar zou zijn. Een ommekeer van aardolie naar hout zou bovendien voor heel wat minder CO₂-uitstoot zorgen. Het team van KU Leuven publiceerde hun studie onlangs in Science onder de titel ‘A sustainable wood biorefinery for low-carbon footprint chemicals production’ De onderzoekers publiceerden al eerder over hoe hout kan worden omgezet n bruikbare chemicaliën. Dat proces werd nu volledig in kaart gebracht. Bovendien berekenden ze dat een bioraffinaderij die hout verwerkt tot andere grondstoffen financieel haalbaar kan zijn.

Om bruikbare componenten uit hout te halen, wordt het eerst met een chemische reactor omgezet in papierpulp en lignine-olie. De pulp kan onder andere gebruikt worden om bijvoorbeeld bio-

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

brandstof van de tweede generatie of natuurlijk isolatiemateriaal mee te maken, terwijl de lignine net zoals aardolie verder bewerkt kan worden om er chemische grondstoffen als fenol, propyleen en componenten voor inkt uit te halen.

De lignine kan ook worden gebruikt om alternatieve bouwstenen voor plastics te maken. Chemische componenten op basis van lignine zijn volgens de KU Leuven minder schadelijk voor mensen, in vergelijking met vergelijkbare compo-

nenten op basis van aardolie.

Volgens professor Bert Sels van het Departement Microbiële en Moleculaire Systemen, KU Leuven, wordt in de papierindustrie lignine genoeg als een restproduct gezien en meestal verbrand. Dat is jammer, want het kan veel waardevolle toepassingen, mits het op de juiste manier wordt gescheiden van de cellulosepulp en er de juiste chemische bouwblokken worden uitgehaald.

Zo zou hout volgens Sels prima aardolie

INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020 in de in de chemische industrie kunnen vervangen.

Bijzonder aan de nieuwe studie is volgens Sels dat dat de onderzoekers nu de economische haalbaarheid van een omschakeling van aardolie naar hout hebben berekend. Om een realistisch scenario uit te werken, namen ze tevens een Belgisch-Japans inktbedrijf in de hand. Stoffen uit lignine kunnen namelijk ook gebruikt worden om inkt te maken.

Uit de resultaten zou blijken dat een chemische fabriek die hout als grondstof heeft, al na enkele jaren winstgevend kan zijn. Bovendien Door verstandig beheer van bossen kan volgens Sels hout op een duurzame manier worden geoogst. Bovendien is er door de krimpende papierindustrie nu

al een overschot aan hout in Europa. De onderzoekers zien ook mogelijkheden om snoeihout en ander afvalhout te gebruiken en werken daarvoor samen met afvalverwerkers en landschapsbeheerders.

De productie van chemische stoffen op houtbasis zorgt bovendien voor minder uitstoot van broeikasgassen. Bovendien zijn producten die worden gemaakt op basis van hout net zoals bomen opslagplaatsen voor CO₂.

Om de haalbaarheid van hun onderzoek echt aan te tonen, gaat het team nu het proces op een grotere schaal herhalen.

De eerste testfase daarvoor loopt al. Uiteindelijk willen ze een fabriek realiseren in België. De onderzoekers kijken intussen ook al naar verschillende partners

uit het bedrijfsleven om de cellulosepulp en lignine-olie te verwerken in allerlei producten.

De studie ‘A sustainable wood biorefinery for low-carbon footprint chemicals production’ door Yuhe Liao, Steven-Friso Koelewijn, Gil Van den Bossche, Joost Van Aelst, Sander Van den Bosch, Tom Renders, Kranti Navare, Thomas Nicolaï, Korneel Van Aelst, Maarten Maesen, Hironori Matsushima, Johan Thevelein, Karel Van Acker, Bert Lagrain, Danny Verboekend en Bert F. Sels werd gepubliceerd in Science.

KU Leuven>

In memoriam Pim Groen 1962-2020 Het doet ons groot verdriet te moeten melden dat Pim Groen, hoogleraar en afdelingsvoorzitter van Aerospace Structures & Materials, op woensdag 6 mei 2020 is overleden. Pim was als hoogleraar ‘Smart Materials’ verbonden aan de onderzoeksgroep Novel Aerospace Materials aan de faculteit Luchtvaarten Ruimtevaarttechniek.

Pim studeerde in 1987 af in Scheikunde aan de Rijksuniversiteit Leiden. In 1990 promoveerde hij op het onderwerp keramische supergeleiders. Van 1987 tot 2002 werkte Groen voor Philips Research in zowel Nederland als Duitsland en daarna als R&D manager voor het bedrijf Morgan Electroceramics. Van januari 2008 tot september 2011 werkte Groen als afdelingshoofd van de groep Materials Performance bij TNO Science & Industry. Vanaf 2011 was hij programmamanager ‘Large Area Printing’ en ‘Printed Conductive Structures’ bij het Holst Centre van TNO. In 2009 kwam Pim Groen bij de afdeling Novel Aerospace Materials op het gebied van ‘Smart Materials & Sensors’. In 2012 werd hij hoogleraar op de leerstoel ‘Smart Materials’ bij deze groep. Hij combineerde deze functie met zijn werk bij het Holst Centre.

Samen met de mensen in zijn groep richtte hij zich op de ontwikkeling van slimme, multifunctionele materialen, zoals bijvoorbeeld piezo-elektrische composietmaterialen. Sinds 2018 verzorgde hij voor Innovatieve Materialen een reeks overzichtsartikelen over Smart Materials.

Onze gedachten zijn bij Pims vrouw Nelleke, zijn familie en zijn vrienden en collega’s.

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

AGENDA De corona-crisis maakt het onzeker of evenementen op de werkelijk op de geplande datum zullen plaatsvinden. Veel evenementen worden uitgesteld, soms naar 2021. Onderstaande agenda geeft de stand van zaken weer per mei 2020.

Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl

Challenging Glass, Gent Uitgesteld tot september, 2020

Techni-Mat 2020 7 - 8 oktober 2020, Kortrijk

17th Brick and Block Mansonry Conference; online 5 - 8 juli 2020, Kraków, Polen

Architect@Work 2020 Deutschland 7 - 8 oktober 2020, Berlijn

Digital Concrete; online 6 - 9 juli 2020, Eindhoven

Nationale Staalbouwdag 2020 13 oktober 2020, Rotterdam

ESEF 2020 1 - 4 sptember 2020, Utrecht

Fakuma 2020 13 - 17 oktober 2020, Friederichshafen

Architect@Work 2020 16 - 17 september 2020, Rotterdam

HK Härterei Kongress 2020 20 - 22 oktober 2020, Keulen

9th Forum on New Materials 21 - 29 september 2020, Montecatini Terme

Glasstec 2020 20 - 23 oktober 2020, Düsseldorf

CeramicExpo 2020 22 - 23 september 2020, Cleveland

81th Congress on Glass Problems 26 - 29 oktober 2020, Columbus

Aluminium Association Annual Meeting 23 - 25 september 2020, Wasington DC

SurfaceTechnology GERMANY, 27 - 29 oktober 2020, Stuttgart

SE Conference 20 Amsterdam 30 september - 1 oktober 2020, Amsterdam

EuroBLECH 2020, 27 - 30 oktober 2020, Hannover

EFIB 2020 5 - 6 oktober 2020, Frankfurt a M

iENA Nuremberg 29 oktober - 1 november 2020, Neurenberg

Plastics Recycling World Exhibition 2020 6 -7 oktober 2020, Essen

Composites Europe 10 - 12 november 2020, Stuttgart

38 | INNOVATIEVE MATERIALEN 2 2020

Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Innovatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is an interactive, digital magazine about new and/or innovatively applied materials.

Innovative Materials provides information on material innovations, or innovative use of materials. The idea is that the ever increasing demands lead to a constant search for better and safer products as well as material and energy savings. Enabling these innovations is crucial, not only to be competitive but also to meet the challenges of enhancing and protecting the environment, like durability, C2C and carbon footprint.

By opting for smart, sustainable and innovative materials constructors, engineers and designers obtain more opportunities to distinguish themselves.

As a platform Innovative Materials wants to help to achieve this by connecting supply and demand.

Innovative Materials is distributed among its own subscribers/network, but also through the networks of the partners. In 2019 this includes organisations like M2i, MaterialDesign, 4TU (a cooperation between the four Technical Universities in the Netherlands), the Bond voor Materialenkennis (material sciences), SIM Flanders, FLAM3D, RVO and Material District.