IM20213NL

Nummer 3 2021

DIGITAAL BAMBOE PAVILJOEN CO2 UIT DE LUCHT MET CELLULOSE VEZELS EERSTE WEG VAN 100 PROCENT NEDERLANDS LIGNINE 3D-GEPRINTE MILESTONE HUIS IS BEWOOND CIRCULAIRE ELEKTRONICA DIGORY: 3D-GEPRINT IVOOR VAN CO2 NAAR SILICIUMCARBIDE

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

INHOUD Innovatieve Materialen is een vak­ tijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.­ Innovatieve Materialen werkt nauw samen met Stichting MaterialDesign

Uitgeverij SJP Uitgevers

Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Advertenties

Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Een digitaal abonnement in 2021 (6 uitgaven) kost € 40,70 (excl. BTW) KIVI-leden en studenten: € 25,- (excl. BTW) Een papieren abonnement in 2021 kost € 69,- (excl. BTW) Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Innovatieve Materialen platform: Dr. ir. Fred Veer, prof. ir. Rob Nijsse (Glass & Transparency Research Group, TU Delft), dr. Bert van Haastrecht (M2I), prof. Wim Poelman, dr. Ton Hurkmans (MaterialDesign), prof.dr.ir.

Jos Brouwers, (Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Bouwmaterialen, TU Eindhoven), prof.dr.ir. Jilt Sietsma, (4TU.HTM/ Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen, 3mE); Kris Binon (Flam3D), Guido Verhoeven (Bond voor Materialenkennis/SIM Flanders, Prof. dr. ir. Christian Louter (Institut für Baukonstruktion Technische Universität Dresden).

2 CO2 uit de lucht met cellulose vezels

Het CORA-project (een acronym voor CO2 Raw Material from Air) heeft tot doel een technologie te ontwikkelen waarmee CO2 uit de atmosfeer kan worden gehaald, die op te slaan of te gebruiken als grondstof. Lucht dus als hernieuwbare en vrijwel onuitputtelijke grondstof, waarmee de huidige fossiele koolstofbronnen (ruwe olie, aardgas en steenkool) zouden kunnen worden vervangen. Onlangs heeft een aantal Duitse instituten en bedrijven de krachten gebundeld om een technologie uit te wer­ ken waarbij met een gemodificeerd cellulose weefsel CO2 uit de lucht wordt gehaald.

4 Digitaal bamboe paviljoen

Studenten van ETH Zürich ontwikkelden met behulp van innovatieve digitale fabri­ cagetechnologie een extreem lichtgewicht en filigrein paviljoen van bamboe: het Di­ gital Bamboo-paviljoen. Het doel was om de combinatie van een natuurlijk materiaal met digitale fabricage te onderzoeken.

20 Eerste weg van 100 procent Nederlands lignine

Infrabedrijf Roelofs starte begin juni met de aanleg van ‘s werelds eerste testweg van bio-asfalt gemaakt met Nederlands lignine. De lignine wordt geproduceerd door Avantium, een technologiebedrijf gespecialiseerd in hernieuwbare chemie. De volledig plantaardige lignine wordt gebruikt als vervanger van bitumen in asfalt, dat wordt gewonnen uit ruwe olie. In samenwerking met de provincie Groningen zal het 250 meter lange proefvak op basis van lignine worden aangelegd in het noorden van Nederland, op de N987 tussen Siddeburen en Wagenborgen. Deze testweg maakt deel uit van het CHAPLIN XL-project, een samenwerking van industriële en academi­ sche partijen die wil aantonen dat lignine als bitumenvervanger effectief werkt op schaal en leidt tot een aanzienlijke CO2-reductie van de wegenbouw.

23 Eerste 3D-geprinte Milestone huis is bewoond

Op 30 april heeft de eerste huurder van de eerste Nederlandse woning van 3D-ge­ print beton de sleutel gekregen. Het Eindhovense huis, het eerste van vijf van ‘Project Milestone’, voldoet volledig aan alle strikte Nederlandse bouwvereisten. Het project is een gezamenlijk bouw- en innovatieproject van Eindhoven University of Technology, Van Wijnen, Saint-Gobain Weber Beamix, Vesteda, gemeente Eindhoven en Witteveen+Bos. De groep van TU/e-hoogleraar Theo Salet is een van de drijvende krachten van het project.

28 Circulaire elektronica

De verwachting is dat de hoeveelheid elektronica - batterijen, sensoren, micropro­ cessoren, enzovoorts - de komende jaren fors zal toenemen. Uiteindelijk zorgt dat voor een groeiende berg aan elektronica-afval, terwijl dat er schaarste dreigt aan grondstoffen, zoals zeldzame metalen. Onderzoekers over de hele wereld zoeken daarvoor oplossingen. Het Zwitserse EMPA ontwikkelde een biologisch afbreekbare minicondensator, de Texas A&M University (TAMU) kwamen met een metaalvrije batterij en ingenieurs van Duke University claimen ‘s werelds eerste volledig recycle­ bare geprinte elektronica te hebben ontwikkeld.

32 Digory: 3D-geprint ivoor

In 1989 werd de handel in ivoor internationaal verboden. Om ivoren onderdelen van oude kunstvoorwerpen te restaureren, moeten sindsdien vervangende materialen zoals botten, schelpen of plastic worden gebruikt. Een echt bevredigende oplossing is er echter nog niet. Onderzoekers van de TU Wien en het spin-off 3D-printbedrijf Cubicure GmbH, hebben nu een hoogwaardig alternatief materiaal ontwikkeld: ‘Di­ gory’ (digital ivory), gefabriceerd van kunsthars en calciumfosfaatdeeltjes.

Omslag: Digitaal bamboe paviljoen (pag 4) Fotografie: ETH Zürich

INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

DITF cellulose vezels als filtermateriaal (Foto: DITF)

CO2 uit de lucht met cellulose Het valt niet mee om de klimaatdoelstel­ lingen te halen door alleen de wereld­ wijde CO2-uitstoot te beperken. Er zullen namelijk altijd onvermijdelijke CO2-emis­ sies blijven bestaan, die toch moeten worden gecompenseerd. Het CORA­ project (een acronym voor CO2 Raw Material from Air) moet daar wat aan doen. Doel van CORA is om een techno­ logie te ontwikkelen waarmee CO2 uit de atmosfeer kan worden gehaald, die op te slaan of te gebruiken als grondstof. Lucht dus als hernieuwbare en vrijwel onuit­ puttelijke grondstof, waarmee de huidige fossiele koolstofbronnen (ruwe olie, aardgas en steenkool) zouden kunnen worden vervangen. Onlangs heeft een aantal Duitse instituten en bedrijven1 de krachten gebundeld om de technologie uit te werken.

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Onderzoek naar zogenaamde ‘directe luchtafvangtechnologieën’ is niet nieuw.

En terwijl er internationaal volop wordt gezocht naar de beste technologie om CO2 in grote hoeveelheden en winstge­ vend uit de lucht te halen, staat de eco­ nomie een echte doorbraak in de weg.

Het geringe aandeel CO2 in de atmosfeer vereist namelijk dat enorme hoeveel­ heden lucht door filters moet worden gepompt om er een serieuze hoeveel­ heid CO2 uit te kunnen halen. Voor het scheiden van het geabsorbeerde kooldioxide van de filters is bovendien veel warmte nodig en dat is energetisch al snel onhandig en dat zit de economi­ sche haalbaarheid in de weg. Kortom, een economisch rendabele CO2-afvang vraagt om zowel een hoge efficiëntie, als om minimaal energieverbruik.

En dat is precies waar het CORA-project op mikt.

Voor het huidige onderzoeksproject is gekozen voor cellulose-gebaseerde vezelmaterialen. De vezels voor de filters worden gesponnen in het Biopo­ lymer Materials Competence Center en chemisch zo gemodificeerd dat er zich amino-groepen aan het oppervlak bevin­ den. De aminen zorgen voor de tijdelijke binding van de CO2 aan het filtermate­ riaal. Volgens de onderzoekers zit het voordeel van de keuze voor celluloseve­ zels vooral in de open, luchtdoorlatende structuur. Ze laten niet alleen veel lucht door, maar hebben ook een enorm groot specifiek oppervlak, wat gunstig is voor het binden van een zo groot mogelijke hoeveelheid CO2. Doel van de chemische

NIEUWS modificatie van cellulose is om zowel de vezel zelf, als de binding van de ami­ nen dusdanig te optimaliseren dat het adsorptievermogen voor CO2 zo volledig mogelijk kan worden benut.

De bedoeling is dat in het kader van het

Het laboratoriumwerk aan het veelbelovende CORA-onderzoeksproject is gestart (Foto: ZSW)

CO2-Absorptiie uit de lucht en desoptie in de rollebaaninstallatie (Illustratie: ZSW)

onderzoek een volledig nieuw proces zal worden ontwikkeld. Zo wordt er geen statisch filter gebruikt, zoals gewoonlijk het geval is. In plaats daarvan is het fil­ tratieproces geïntegreerd in een continu, energie-efficiënt proces. Als het systeem wordt aangesloten op bestaande lucht­

stromen zoals airconditioningsystemen in gebouwen of afvoerlucht, zijn er geen energie-intensieve ventilatoren nodig.

Het filter bestaat uit een band zonder eind van nonwoven cellulosemateriaal.

Deze banden lopen op rollenbanen door de inkomende luchtstroom en binden daar de CO2. Verderop in het proces worden de banden vervolgens verwarmd in drie temperatuurzones in een ruimtelijk gescheiden desorptiege­ bied. Daar wordt CO2 (en water) van de aminogroepen gescheiden. Het continu proces van de non-woven banden, zorgt volgens de betrokken partijen voor een kostenbesparende en onderhoudsarme procesvoering. Het CORA-project heeft een looptijd van vier jaar.

1

Het samenwerkingsverband bestaat uit het Zentrum für Sonnenenergieund Wasserstoff­ Forschung (ZSW, Baden-Württemberg), de Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), het Instituut voor energie- en milieuonderzoek Heidelberg (IFEU) en MercedesBenz Sindelfingen.

De consortiumleider is het Centrum voor zonneenergie en waterstofonderzoek (ZSW), Stuttgart.

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)> Zie ook Themendesk energie van ZSW (Duits)>

WE KUNNEN NIET ZONDER NATUUR Word nu lid op natuurmonumenten.nl en ontvang 4 x per jaar het magazine Puur Natuur

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Digitaal bamboe paviljoen Studenten van ETH Zürich ontwikkelden met behulp van innovatieve digitale fa­ bricagetechnologie een extreem lichtge­ wicht en filigrein paviljoen van bamboe: het Digital Bamboo-paviljoen. Het doel was om de combinatie van een natuur­ lijk materiaal met digitale fabricage te onderzoeken. Bamboe is een uitstekend duurzaam bouwmateriaal door zijn snelle groei en zeer lage gewicht/sterkte­ verhouding. Om de ultralichte structuur te kunnen ontwerpen ontwikkelden ze speciale rekenhulpmiddelen, waarmee de op maat gemaakte verbindingen wer­ den ge-3D-print. De constructie beslaat meer dan 40 m² met een totaal gewicht van slechts 200 kg.

De zonweringspanelen van het paviljoen zijn ontworpen met een speciaal ontwik­ keld computerproces en vervaardigd van

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS Dankzij de modulaire opzet kan de constructie snel worden gemonteerd en gedemonteerd. De voorgemonteerde onderdelen van het paviljoen werden in slechts 48 uur ter plekke in elkaar gezet.

Volgens de ontwikkelaars van Digital Bamboo is het systeem een goed voor­ beeld van hoe digitale fabricage kan lei­ den tot een duurzame bouw. Door lokaal geproduceerde materialen te combine­ ren met 3D-geprinte onderdelen kunnen nieuwe architectonische concepten worden ontwikkeld.

In het midden van het paviljoen bevindt zich een uniek verbindingssysteem, gemaakt van roestvrij staal (Dinorah Martinez Schulte, dbt)

een 3D-geprinte recyclebare, UV-besten­ dige thermoplast op een lichtgewicht lycra-textiel. 3D-printen verstevigt en vormt de stof tot flexibele op maat ge­ maakte panelen.

De composietelementen zijn lokaal versterkt, waardoor er minder materiaal nodig is.

De uiteindelijke constructie is vijf meter hoog en gemaakt van meer dan 900 bamboestokken, die zijn verbonden via digitaal ontworpen verbindingen en vervaardigd van nylon en roestvrij staal met een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter. In totaal zijn er 379

aansluitingen en een groot aantal kleine onderdelen gebruikt.

Het constructiesysteem dat is ontwikkeld voor het Digital Bamboo-paviljoen heeft tot doel de logistieke inspanningen van de constructie te verminderen en tege­ lijk de voordelen van digitale fabricage te benutten voor een duurzamere bouwcul­ tuur. De kleine onderdelen kunnen over de hele wereld worden gedistribueerd en gemaakt met een 3D-printer. Deze op maat gemaakte onderdelen kunnen worden gebruikt om hoogwaardige con­ structies samen met lokale materialen te bouwen.

Het Digital Bamboo Pavilion is ontwor­ pen door studenten van de Master in Advanced Studies in Architecture and Digital Fabrication 2019-2020 aan de ETH Zürich en is gebaseerd op onder­ zoek van de leerstoel Digital Building Technologies.

ETHZ> Fotografie: ETH Zürich

video

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Hittebestendige reactorwanden met vloeibaar metaal In een fusiereactor heersen extreme omstandigheden. De wand van het reactorvat moet bijvoorbeeld tegen extreme hitte bestand zijn. Veel veelbelovende wandmaterialen zijn al eerder getest en daarbij te licht bevonden. Een wand met vloeibare metalen lijkt nu de oplossing. DIFFER en de Techni­ sche Universiteit Eindhoven krijgen een NWO Groot-beurs van 2,5 miljoen euro om een laboratorium te bouwen waar die nieuwe technologie kan worden onderzocht: het LiMeS-lab.

In de toekomst kan kernfusie een duurzame en veilige ener­ giebron zijn, maar voor het zover is moeten er nog een aantal obstakels worden overwonnen. In het binnenste van een fusiereactor wordt zeer veel energie opgewekt in de vorm van warmte. Die energie moet uiteindelijk door de wand heen naar buiten.

Wolfraam is een hittebestendig metaal, dat daarom vaak als wandmateriaal dient. Maar zelfs dat materiaal redt het niet, ondanks een smeltpunt van 3422 graden °C. Maar wat heb je aan een fusiereactor, als de wand om de haverklap kapot gaat? Daarom werkt het fusieonderzoek sinds een aantal jaren aan een nieuw type hitteschilden voor de wand, hitteschilden van wolfraam met vloeibaar metaal. In een vloeistof kan je immers geen deuk slaan; het kan niet scheu­ ren, breken of barsten.

Vloeibare wandmaterialen worden daarom gezien als de oplossing voor het ‘wandprobleem’. De wand van de reactor zou dan bestaan uit een soort sponsachtige structuur, waar het vloeibare metaal in zit.

DIFFER en de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) werken al een aantal jaren samen aan dit onderzoek, ze lopen hierin voorop. Zij ontwikkelden samen een plan om voor dit onder­ zoek een laboratorium te bouwen, waarin materialen en ont­ werpen kunnen worden ontwikkeld en getest: het LiMeS-Lab.

TU/e researcher Peter Rindt. Foto: Bart van Overbeeke

Dit plan wordt nu financieel gesteund door NWO. Het laboratorium heeft twee hoofdonderdelen. Zo wordt er een 3D-printer gebouwd voor het printen van onder meer wolfraam, een veelbelovende productiemethode voor de benodigde sponsachtige-structuren. Dit is een nieuwe techno­ logie.

Daarnaast wordt er een grote plasma-opstelling gebouwd, waarin een prototype getest kan worden. Het wordt dan met een plasma beschoten, en ervaart bijna dezelfde condities als in een echte fusiereactor; ondertussen kan er door de we­ tenschappers worden meegekeken hoe het wanddeel de test doorstaat.

De 3D-printer komt in het Additive Manufacturing Lab van de TU/e, de plasma-opstelling wordt bij DIFFER gebouwd. De apparatuur kan ook worden ingezet voor andere vakgebieden waarbij hoge temperaturen een rol spelen, zoals bij andere energiebronnen, EUV-plasmalithografie en neutronenbronnen.

De bouw van het nieuwe LiMeS-laboratorium zal naar ver­ wachting tot 2024 duren. Het project versterkt de intensieve samenwerking van de TU/e en DIFFER op het gebied van fusieonderzoek.

Tekst: TU/e>

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Wij leveren complete installaties voor ontstoffing, luchtreiniging en pneumatisch transport Technieken voor o.a.: - Ontstoffing van productieruimtes (MAC) - Reduceren van geuremissies (NER) - Reduceren van stofemissies (NER) Componenten die wij o.a. kunnen leveren: - Natfilters & Droogfilters - Cyclonen - Gaswassers - Topsteen- / Frogreinigers - Naverbranders

Natfilter met slibtransporteur

Projecten kunnen turn-key worden uitgevoerd Wij garanderen de emissie & grenswaarden Engineering, bouw en onderhoud in eigen beheer

Hoog vacuüm stofzuiginstallatie

Frogreiniger

Mesys Industrial Air Systems BV Molenstraat 27, 6914AC Herwen

www.mesys.nl

+31 (0) 316 248744

Info@mesys.nl

Hét 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

NIEUWS

Overtreders-W

Tentoonstelling Kunst & Kunststof

Ontwerpen voor een betere wereld Plastic is voor kunstenaars een dank­ baar onderwerp om kritiek te uiten op onze consumptiemaatschappij. Maar ook laten steeds meer kunstenaars en ontwerpers zien dat plastic niet moet worden weggegooid als nutteloos materiaal. Er moet juist zuinig mee worden omgegaan; het hergebruiken, er mooie dingen van maken. Tegelijker­ tijd zoeken creatieve ontwerpers naar duurzame alternatieven voor kunststof, zoals materialen op basis van natuurlijke grondstoffen, planten of gemaakt door micro-organismen.

De tentoonstelling Kunst & Kunststof laat bezoekers anders kijken naar plastic, het materiaal dat in de genen zit van Zuid­ Limburg en zeker ook van Sittard-Geleen.

Het is te zien in Museum Hedendaagse Kunst De Domijnen in Sittard tot en met 19 september 2021.

Steeds meer jonge ontwerpers gaan op zoek naar alternatieve materialen, laat de expositie zien. Polina Baikina maakte een set huishoudelijke artikelen van brandnetels, De Zwitserse Sarah

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Lilian van Daal: Radiolaria (Foto: Lonneke van der Palen)

NIEUWS Harbarth ontwikkelde een biologisch afbreekbaar materiaal uit bananenschil­ len. Mona Abusamra, student industri­ eel ontwerpen in Wenen en Belgrado, gebruikte bacteriën en gefermenteerde vloeistoffen om te komen tot het nieuwe kunststofachtige materiaal New Culture.

De Nederlandse Emma van der Leest zit op datzelfde spoor met een soort bioleer vervaardigd door bacteriën. Samen met het Radboudumc in Nijmegen ontwikkelt ze een coating op basis van schimmels om dat bioleer ook waterafstotend te maken en te voorzien van geur en kleur.

Ze heeft er al een merknaam voor: Fungkee.

Naast deze experimentele projecten laat Kunst & Kunststof voorbeelden zien van concrete, duurzame producten van de Nederlandse kunststofindustrie.

Er worden projecten getoond van het Chill LAB, de leer-, werk- en onderzoek­ omgeving op de Brightlands Chemelot Campus in Geleen, waar bedrijven en kennisinstellingen samenwerken aan innovaties. Enkele van deze presentaties zijn interactief.

Kodai Iwamoto: plasticblowing

Kunst & Kunststof is gecureerd door Leonne Cuppen (Yksi Connect) in samenwerking met Marcel Sloots, Marlon van Schellebeek en Walter van Hulst.

www.yksi.nl>

Gundega Strauberga

Waar ren jij mee?

Ga naar rentegenkanker.nl

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Hybride sandwichwandelement Het Finse bedijf Metsä Wood presen­ teerde eerder dit jaar een hybride sand­ wichwandelement, speciaal ontworpen voor prefab bouwen. Volgens Metsä Wood is het materiaal - een combinatie

van beton en Kerto LVL (gelamineerd fineerhout) - een eenvoudige manier om standaard betonnen sandwichelementen te vervangen. Er is volgens Metsä drin­ gend behoefte aan zulke duurzamere op­

lossingen, want de bouwsector veroor­ zaakt 30 procent van alle CO2-uitstoot.

Het hybride sandwichwandelement combineert innovatie en een efficiënte constructie garandeert.

Metsä Wood werkte samen met Finse bouw- en constructiebedrijven om het optimale hybride sandwichwandelement te ontwerpen, waaronder fabrikant van prefab elementen Lipa-Betoni.

Volgens Metsä Wood wordt in Finland jaarlijks ongeveer 1 miljoen vierkante meter betonnen wandelementen geproduceerd wat zorgt voor 45.000 ton CO2-uitstoot. Als alle betonnen muren zouden worden vervangen door hybride sandwichwandelementen, zou de CO2uitstoot met 30.000 ton per jaar dalen en zou er 95.000 ton koolstof worden opgeslagen.

De nieuwe zagerij van Metsä Fibre in Rauma is het eerste bouwproject waar de hybride sandwichwandelementen worden gebruikt. De elementen worden geproduceerd in de fabriek van LipaBetoni in Pieksämäki, Finland en zijn in juni geplaatst.

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Van links naar rechts: beton, isolatie, Kerto

Video: de hybride stad

Uitgangspunt voor het nieuwe elementontwerp was een gemeenschappelijk woongebouw van zeven verdiepingen met een betonconstructie inclusief kanaalplaten en eveneens uit beton vervaardigde partijwanden.

Bij het hybride sandwichwandpaneel is het dragende binnenpaneel vervangen door een Kerto LVL Q-paneel.

Desalniettemin blijft de structuur van het element hetzelfde; de gevel is van beton en het element is voorzien van een isolatielaag.

Als materiaal is Kerto LVL volgens de producent zeer vergelijkbaar met beton. De druksterkte van het Kerto

LVL-paneel is even hoog als die van C25beton, 26 MPa. Ook is de treksterkte van het paneel op hetzelfde niveau, terwijl in beton het is 10 procent van de druksterkte zonder stalen wapening.

Bij een hybride sandwich-element is de wapening alleen in de gevel nodig. www.metsawood.com

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

‘Incremental Equilibrium’, Team: Raluca Bratfae-Igna, Ingo Aelbers, Lucas Mézière, Adrian Beijaard, Teacher: Henri van Bennekom(Bron: TUDelft)

Paviljoen voor Paleis Soestdijk Studenten van Complex Projects hebben als inzending voor een prijsvraag van Paleis Soestdijk elf ontwerpen gemaakt voor een duurzaam, circulair, en modu­ lair paviljoen. Het winnende ontwerp zal verder ontwikkeld worden en uiteindelijk worden gebouwd. Dit ontwerp krijgt bij de opening van ‘Paleis Soestdijk | Made

by Holland’ een plek op het landgoed.

De opdracht was een paviljoen te ontwerpen waar exposities en presen­ taties over innovaties op het gebied van natuur, gezondheid en een duurzame toekomst kunnen plaatsvinden. Boven­ dien moest het paviljoen - naast duur­ zaam en circulair - modulair zijn, zodat het op verschillende plekken kan worden opgebouwd.

Uitgangspunt voor deze opdracht was

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

het AREA Framework, een analyse- en ontwerptool ontwikkeld in een afstu­ deerstudio van Complex Projects. Met deze tool wordt duurzaam ontwerpen op een holistisch-integrale wijze benaderd.

Er wordt niet alleen rekening gehouden met energie, milieu en grondstoffen, maar ook met sociale en economische aspecten.

Het AREA Framework gaat uit van een holistische aanpak. Er is volgens de initiatiefnemers dringend actie nodig op verschillende sociale en ecologische on­ derwerpen. Miljarden mensen wereld­ wijd hebben geen fatsoenlijk onderdak, geen toegang tot zorg en leven onder de armoedegrens. Tegelijkertijd kampt onze planeet met aantasting van het milieu, uitputting van bronnen en klimaatveran­

dering. Om op al deze vlakken stappen vooruit te zetten heeft de UN verschil­ lende Sustainable Development Goals (UNSDG’s) geïdentificeerd. Daarnaast worden er steeds meer keurmerken in het leven geroepen om duurzaamheid te stimuleren. Toch zien we dat de huidige ontwerp- en certificeringsmethoden maar in beperkte maten integraal zijn.

Zo maken duurzaam gekenmerkte ontwerpen dus lang niet altijd een echt duurzame impact, omdat ze onvol­ doende bijdragen aan de totaalsom van UNSDG’s. Bij toepassing van het AREA Framework worden deze aspecten juist integraal benaderd.

Voor deze studio van Complex Projects hebben zich 48 studenten ingeschreven

NIEUWS die over elf groepen zijn verdeeld, die gedurende tien weken aan de opdracht hebben gewerkt. In de eerste drie weken is onderzoek gedaan naar het AREA Framework. Op basis daarvan is het inte­ graal en alomvattend programma eisen gedestilleerd.

De jury was onder de indruk van het kwaliteitsniveau van alle elf gepresen­ teerde ontwerpen. Na een lange beoor­ deling is er besloten om twee finalisten uit te roepen: ‘Incremental Equilibrium’ en ‘Routes over Roots’. Voor beide pro­ jecten is meer onderzoek en verfijning van het ontwerp nodig. De directie van ‘Paleis Soestdijk | Made by Holland’ zal zich de komende maanden beraden over hoe dit proces verder zal verlopen.

Tekst: TU Delft Bouwkunde Meer info paleis soestdijk>

‘Routes over Roots’. Team: Jelmer Eising, Jaap Koopman, Agata Mila, Dino Vojvodic; Teacher: Aleksander Staničić

De Bond voor Materialenkennis (BvM) is een netwerk van experts op het gebied van materiaaltechnologie. Leden zijn onderzoekers en technici bij universiteiten, hogescholen, onderzoeksinstituten en de industrie. Het doel van de BvM is om kennis van de verwerking en toepassing van materialen te verspreiden, binnen en buiten het materialenveld.

De BvM initieert symposia, cursussen, technisch-wetenschappelijke publicaties, onderzoeksactiviteiten en bevordert de educatie in materialen.

De totale aangeboden technologische kennis van ieder deelgebied metalen, kunststoffen, keramiek, biogebaseerde materialen, lasertechnologie, verbindingen, verftechnologie, reologie, tribologie, corrosie, warmtebehandelingstechniek, duurzaamheid en betrouwbaarheid - maakt de BvM een krachtige beroepsorganisatie in Nederland en België.

Voordelen van het lidmaatschap van de BvM:  Gratis studentenlidmaatschap: Vertel het verder!  BvM-leden genieten van het FEMS- en het EFC-lidmaatschap van de BvM FEMS is de Federation of European Materials Societies EFC is de European Federation of Corrosion  Korting op activiteiten van de BvM  Toegang tot een groot materialennetwerk

Kijk voor meer informatie en contact op de nieuwe website van de Bond voor Materialenkennis: https://www.bondvoormaterialenkennis.nl/

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Foto: Poly Products/Gijs Proost Fotografie

‘s Werelds grootste kunststof 3D-geprinte beelden staan langs de Belgische kust In opdracht van Beaufort heeft Poly Products uit Werkendam een bijzonder kunstwerk van kunstenares Goshka Ma­ cuga ge-3D-print.

Beaufort is een driejaarlijkse kunsthap­ pening die sinds 2003 plaatsvindt langs de zeedijken, stranden en duinen van de hele Belgische kustlijn. Langs deze kust staan dertig bijzondere kunstwerken die samen het Beaufort Beeldenpark vormen. Het is de grootste openlucht­ tentoonstelling van België, in het decor van de kust.

Het 3D-geprinte kunstwerk wordt ge­ vormd door een groep beelden op een sokkel die een klein familietafereel voor­ stellen, onder de titel ‘Family Module’.

De afmetingen, met een totale hoogte van zes meter, maken het een opvallen­

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

de verschijning aan de promenade van Nieuwpoort (België).

Ondanks de omvang van het kunstwerk van Goshka Macuga zijn de beelden enorm licht en kunnen zonder zware fundering worden geplaatst.

De in 2019 bij Poly Products geïnstal­ leerde XXL 3D-printtechnologie heeft een sleutelrol gespeeld in de realisatie van dit project. De basis van het kunst­ werk waren kleimodellen van circa 40 cm hoog. De uitdaging was om deze tien maal uit te vergroten zonder dat de objecten zwaar zouden worden. Een digitaal proces met hoge-resolutie-scans, CAD-nabewerking en de XXL 3D-printer boden uitkomst. Elk detail uit de model­ len werd overgenomen en is uiteindelijk

verwerkt in het enorme eindresultaat.

Het 3D-printproces leidde niet direct de eindoplossing. De printer werkt met kunststoffen, maar onderdeel van de uitdaging was het creëren van een betonachtige uitstraling en geen ‘plas­ tic-look’. Om die reden is de basisvorm geprint met een recyclede rPETG met glasvulling.

Het is de tweede keer dat Poly Products een kunstwerk levert voor de open­ luchttentoonstelling Beaufort in België.

In 2018 leverde Poly Products ‘De Drie Wijsneuzen Van De Panne’: drie pilaren van vijftien meter hoog met grote hoof­ den midden op het strand.

Door de inzet van gerecyclede mate­ rialen met een zeer lange levensduur

NIEUWS en lage milieu-impact bij de productie zijn deze beelden volgens Poly Products een goed voorbeeld van een nieuwe manier van produceren: afval inzetten als waardevolle grondstof voor nieuw gebruik voor toepassingen die een posi­ tieve impact hebben op mens, milieu en maatschappij.

De materialen van dit kunstwerk kunnen na hun gebruik worden gerecycled.

Meer over Beaufort> Over 3D-printen bij Poly Products>

Video

Foto: Poly Products/Gijs Proost Fotografie

EcoTerra: Betonsteen met cementloos oppervlak Na zeven jaar onderzoek en ontwikkeling heeft het Duitse familiebedrijf METTEN Stein+Design een nieuwe technologie op de markt gebracht die het mogelijk maakt betonstenen te produceren, met een cementloze toplaag. De nieuwe technologie maakt de steen volgens de producent duurzamer in termen van CO2-footprint, en bovendien beter be­ stand tegen invloeden van buitenaf.

Voor de productie van cement is veel energie nodig en komt veel CO2 vrij. De toepassing van een EcoTerra betonsteen verlaagt volgens de producent de CO2-belasting met vijftien procent per m2. Daarnaast wordt de klimaatbelasting ook nog eens wezenlijk verminderd door het gebruik van gerecyclede grondstof­ fen en een klimaatneutraal productie­ proces.

De stenen zijn ook ‘groener’ gemaakt doordat ze leverbaar zijn in waterdoor­ latende en waterpasseerbare varianten

met al dan niet met een luchtzuiveren­ de BlueAir-toplaag. Daarmee worden met behulp van de titaandioxideka­ talysator en onder invloed van dag­ licht stikstofoxiden (NOx) uit de lucht omgezet in kleine hoeveelheden in water oplosbaar onschadelijk nitraat.

Het nitraat wordt aan het oppervlak van het betonblok gebonden en spoelt na een regenbui af naar het riool.

Op de EcoTerra-technologie is patent aangevraagd.

Meer bij METTEN>

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

NIEUWS

Duurzame sloepen van gerecycled materiaal Sloepmakerij B.V., een nieuw bedrijf in het waterrijke Woudsend, is gestart met het initiatief duurzamesloepen.nl. Het gaat om een elektrische sloep met een 3D-geprinte romp van afvalplastic, die volledig duurzaam wordt afgebouwd.

De materiaalkeuze bepaalt uiteindleijk de mate van duurzaamheid. Maar wat is ‘duurzaam’? Om die vraag te kunnen be­ antwoorden wordt nu samen met de TU Delft de duurzaamheid van de sloepen in kaart gebracht. Duurzame sloepen is een initiatief van twee Friese ondernemers Marieke de Boer en Jörgen de Jong.

Een duurzame sloep is een 3D-geprin­ te sloep van gerecycled materiaal. De eerste sloep is gemaakt van polypropeen (PP), afkomstig uit huisvuil. De sloep is verder uitgerust met een elektrische inboard motor en de afbouw is volledig duurzaam. De vloeren zijn gemaakt van bamboe, kurk of flexiteek (scheepsvlon­ derplanken); buiskappen van PET-fles­

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Jachthaven waar vanaf januari 2022 de productie van duurzame sloepen zal plaatsvinden

NIEUWS sen; kussensets van gebruikte zeilen of spijkerstof en een duurzame vulling.

Zelfs de vlag is gemaakt van PET-flessen.

Volgens het bedrijf zijn er meer moge­ lijkheden. Klanten kunnen naar wens hun eigen duurzame sloep samenstellen.

Voor alle duurzame opties lopen mo­ menteel diverse onderzoeken, die onder meer duidelijk moeten maken welke materialen in aanmerking komen en hoe duurzaam die in werkelijkheid zijn.

Daarmee wil het bedrijf aantoonbaar onderscheid maken tussen een ‘goed verkoopverhaal’ en echte duurzaamheid.

Om aan te tonen dat de duurzame sloe­ pen uit Woudsend ook echt duurzaam zijn, heeft het bedrijf de TU Delft bena­ derd. Momenteel werken vijf studenten samen met prof. Jilt Sietsma, hoogleraar Materiaalkunde aan de TUD, aan een life cycle assessment, waarbij wordt gekeken naar de milieu-impact van de duurzame sloep in vergelijking met traditionele sloepen. De bedoeling is dat de TU een model ontwikkelt die de duurzaamheid van de sloepen kan aantonen. Zo moet het mogelijk worden om een sloep die bijvoorbeeld al 70 procent duurzaam is, nog duurzamer te maken door andere materiaalkeuzes; bijvoorbeeld door te kiezen voor een bamboe- of een kurk­ vloer. Zo kan het vaartuig in gradaties duurzaam worden geleverd. De TU Delft

Het team van TU delft en Duurzame Sloepen

rekent uit welk onderdeel hoeveel pro­ cent bijdraagt aan duurzaamheid.

De nieuwe sloep wordt inmiddels uitvoe­ rig getest volgens het CE keurmerk. Dat is nodig, omdat het materiaal waarvan de romp is gemaakt aanvankelijk nog niet bestond, en er sterkteberekeningen moeten worden gedaan. De keuringen zijn belangrijk, want die bepalen of er

bijvoorbeeld op de Waddenzee of het IJsselmeer mag worden gevaren.

Inmiddels heeft het bedrijf een jachtha­ ven aangekocht, ook in Woudsend, waar in 2022 de productiefaci­ liteiten zullen worden gevestigd.

Duurzame sloepen>

A week of immersion in the world of 3D manufacturing!

December 6 to 10 2021, International multi-event – Benelux region

The International multi-event - 3D Delta Week - will be orga­ nized from 6 - 10 December 2021. The 3D Delta Week will cre­ ate value for users and providers along the 3D Manufacturing Value Chain. It will be the 3D manufacturing meeting point for expert and layman, inside or outside the Benelux region.

The 3D Delta week is already gathering a dozen of renown events and will continue growing as the place-to-be, with ac­ tivities aimed at specific sectors, at R&D and industry, at users and suppliers. The scheduling of events will allow participants to easily move from one activity to another.

The Benelux area (the Delta) is a top region in terms of 3D

production, with a myriad of academic and applied research centres, a particularly high number of 3D-printers and numerous promising start-ups and established enterprises.

On the user side, the region boasts a multitude of application areas - all in all, an extremely versatile and high-quality ecosys­ tem. Now, the appropriate podium has been created to bring this leading 3D production region to the fore.

The 3D Delta Week is an initiative initially set up by Brainport Eindhoven, Flam3D, Jakajima and Mikrocentrum. www.3ddeltaweek.com

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

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.

3D-geprint hout De start-up Forrust (VS) ontwikkelde een methode om zaagsel 3D te printen tot objecten die eruitzien en aanvoelen alsof ze uit hout zijn gemaakt. Het materiaal kan worden geschuurd en opnieuw afgewerkt als echt hout. Ook de sterkte van het materiaal is vergelijkbaar met echt hout. De 3D-printtechnolo­ gie maakt het mogelijk om elke houtnerf te imiteren. Het biedt ook nieuwe ontwerpmogelijkheden in hout omdat er onderde­ len kunnen worden gemaakt die met traditionele houtbewer­ kingsmethoden complex of zelfs onmogelijk te maken zijn.

Meer bij MaterialDistrict>

Fenix Fenix NTA is een materiaal dat wordt geproduceerd onder in­ vloed van warmte en druk, waardoor een homogeen, niet-po­ reus product met hoge dichtheid ontstaat. De kernstructuur is samengesteld uit papier, geïmpregneerd met thermohardende hars. Het buitenoppervlak is gemaakt van een metalen sub­ straat dat is behandeld met acrylharsen die als een meerlaagse coating op het substraat zijn aangebracht. Het resultaat: een sterk metalen oppervlak, extreem mat, zacht aanvoelend en krasbestendig.

Meer bij MaterialDistrict>

Reveneer Stukken fineer - restanten van de industrie - worden samenge­ perst tot een stevig geheel. Door de verschillende lagen fineer op elkaar te drukken, gecombineerd met massief houten delen, wordt het materiaal gevormd en krijgt het zijn sterkte.

Studio Jeroen Wand gebruikt een simpele vacuümtechniek waardoor ze geen ingewikkelde mallen hoeven te maken en ook geen extra energie of materialen nodig hebben. Het handmatige proces biedt vrijheid bij het rangschikken van de verschillende delen van fineer, waarbij elk object een individu­ ele, unieke structuur kan hebben.

Meer bij MaterialDistrict>

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

MAKE IT MATTER Spuitkurk Decoproyec spuitkurk is een elastische en onderhoudsvrije coating op basis van natuurkurk die gebouwen beschermt tegen weer en wind. Decoproyec is ademend, waterafstotend en bestand tegen zoute lucht, waardoor het een erg geschikte coating is voor gebouwen aan zee. Het materiaal hecht goed op beton, gips en steen, maar ook op kunststof, metaal en hout.

Meer bij MaterialDistrict>

Design zonnepanelen Studio Solarix werkt aan innovatieve gekleurde, energieopwek­ kende gevelpanelen, waarbij veel aandacht wordt besteed aan de juiste opbouw en materialisatie van de kleuren in combi­ natie met hoge energieopbrengsten. Dat, plus de keramische kleurtechniek van Solarix Colours zorgt ervoor dat de kleuren van hun gevelpanelen door de matte uitstraling goed combi­ neren met andere materialen in de constructie, zoals steen, composiet hout of aluminium.

Meer bij MaterialDistrict>

Parabeam 3D Glass Fabrics Parabeam 3D Glass Fabrics is een 100 procent geweven glasve­ zelmateriaal dat bestaat uit twee deklagen die in verticale rich­ ting zijn verbonden. Tijdens het impregneren met een thermo­ hardende hars wordt de stof samengedrukt, maar keert daarna onmiddellijk terug naar zijn oorspronkelijke omvang. Het resulterende laminaat is sterk, stijf, lichtgewicht en duurzaam.

Het materiaal kan worden toegepast in sandwichconstructies in de scheepvaart, bouw en transportindustrie, opslagtanks en in corrosieve omgevingen.

Meer bij MaterialDistrict>

Doluflex Doluflex is een gekromde aluminium plaat die koud wordt gevormd. De plaat wordt tussen twee vlakke lagen gelijmd, wat resulteert in een extreem stijf en lichtgewicht sandwichpa­ neel dat kan worden gebogen en tot onderdelen kan worden gevormd.

Meer bij MaterialDistrict>

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Eerste weg van 100 procent Nederlands lignine Infrabedrijf Roelofs starte begin juni met de aanleg van ‘s werelds eerste testweg van bio­ -asfalt gemaakt met Nederlands lignine. De lignine wordt geproduceerd door Avantium, een technologiebedrijf gespecialiseerd in hernieuwbare chemie. De volledig plantaardige lignine wordt gebruikt als vervanger van bitumen in asfalt, dat wordt gewonnen uit ruwe olie. In samenwerking met de provincie Groningen zal het 250 meter lange proefvak op basis van lignine worden aangelegd in het noorden van Nederland, op de N987 tussen Siddeburen en Wagenborgen. Deze testweg maakt deel uit van het CHAPLIN XL-project, een samenwerking van industriële en academische partijen die wil aantonen dat lignine als bitumenvervanger effectief werkt op schaal en leidt tot een aanzienlijke CO2-reductie van de wegenbouw.

Bij eerdere proeven met lignine-asfalt werd gebruik gemaakt van zogenaamd Kraft lignine afkomstig van een Finse papierfabriek. In dit geval wordt een ander type lignine gebruikt, dat volledig is gemaakt van houtafval afkomstig uit Nederland, en wordt geproduceerd in Nederland.

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Avantium ontwikkelt en commerciali­ seert innovatieve technologieën voor de productie van plantaardige chemica­ liën en materialen. In haar DAWN pilot bioraffinaderij in Delfzijl (Nederland) zet het bedrijf houtachtige grondstoffen om in industriële suikers en lignine. Lignine kan worden gebruikt voor energieop­

wekking, maar is ook geschikt voor vele hoogwaardige toepassingen, zoals voor bio-asfalt. In totaal werd ongeveer 1.000 kg Avantium lignine aan het asfalt toege­ voegd ter vervanging van een deel van het bitumen voor de productie van de toplaag van het proefvak op de N987.

INNOVATIEVE MATERIALEN

Foto: Avantium

CHAPLIN XL CHAPLIN staat voor Collaboration in aspHalt Applications with LIgniN: een consortium dat wil bijdragen aan de vergroening van de we­ genbouw. De asfaltproducerende partners van CHAPLIN-XL zullen de processen in hun asfaltfabrieken verbeteren, waardoor de technolo­ gie van op lignine gebaseerd asfalt kan worden opgeschaald naar het niveau van demonstratie van sys­ teemprototypes in een operationele omgeving.

De CHAPLIN XL projectleden bestaan uit academische en industriële orga­ nisaties. Projectleden zijn Avantium, Roelofs, Universiteit Utrecht, Wa­ geningen Food & Biobased Rese­ arch, Asfalt Kennis Centrum, H4A Infratechniek en Stichting Biobased Delta. De Rijksdienst voor Onder­ nemend Nederland (RVO) heeft het CHAPLIN XL-project in 2020 een subsidie van 1,5 miljoen euro toegekend.

Wageningen Food & Biobased Research>

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN De asfaltproducerende partners van CHAPLIN XL hebben het proces om bioasfalt te produceren in conventionele asfaltcentrales verbeterd, waardoor de op lignine gebaseerde asfalttechnologie kan worden opgeschaald. Avantium werkt nauw samen met Roelofs, die als doel heeft om over te stappen op bio-asfalt. Roelofs zal ook een tweede proefvak aanleggen op de N987 met conventionele Kraft lignine van een Finse papierfabriek.

De CHAPLIN XL-partners zullen de nieu­ we lignine testweg uitgebreid analyseren op performance, op techno-economi­ sche haalbaarheid en op milieuvoorde­ len via een levenscyclusanalyse. Voor­ lopige resultaten wijzen erop dat asfalt op basis van lignine een aanzienlijke vermindering van de koolstofvoetaf­ druk mogelijk maakt in vergelijking met het huidige asfalt op basis van fossiele brandstoffen.

Meer bij Avantium> Roelofs>

Video: how it works

Avantium Avantium ontwikkelt nieuwe techno­ logieën op basis van hernieuwbare koolstofbronnen als alternatief voor chemicaliën en kunststoffen op basis van fossiele grondstoffen. Het bedrijf heeft momenteel drie technologieën in de demonstratiefase. De meest geavanceerde technologie is de YXY planten-naar-plastic-technologie die plantaardige suikers katalytisch omzet in een breed scala aan chemicaliën en

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

kunststoffen, zoals PEF (polyethyleen furanoaat).

De tweede technologie is de Dawn Technology (zie video) die niet voor voedsel-bestemde biomassa omzet in industriële suikers en lignine om de chemische en materiaalindustrie te laten overschakelen naar niet-fossiele grondstoffen. In 2018 opende Avanti­ um de DAWN-proefbioraffinaderij in Delfzijl, Nederland.

De derde technologie heet Ray Techno­ logy en zet industriële suikers kataly­

tisch om in plantaardige MEG (mono­ ethyleenglycol): plantMEG. Avantium is bezig met het opschalen van de Ray Technology en de demonstratiefabriek in Delfzijl is in november 2019 geo­ pend.

Naast de ontwikkeling en commerci­ alisering van hernieuwbare chemie­ technologieën levert het bedrijf ook geavanceerde katalyse R&D-diensten en -systemen aan klanten in de raffina­ ge- en chemische industrie.

INNOVATIEVE MATERIALEN

Fotografie: Milestone/Houben/Van Mierlo architecten (A.I: YuconVR)

3D-geprinte Milestone huis is bewoond Op 30 april heeft de eerste huurder van de eerste Nederlandse woning van 3D-geprint be­ ton de sleutel gekregen. Het Eindhovense huis, het eerste van vijf van ‘Project Milestone’, voldoet volledig aan alle strikte Nederlandse bouwvereisten. Het project is een gezamenlijk bouw- en innovatieproject van Eindhoven University of Technology, Van Wijnen, Saint-Go­ bain Weber Beamix, Vesteda, gemeente Eindhoven en Witteveen+Bos. De groep van TU/e-­­ hoogleraar Theo Salet is een van de drijvende krachten van het project.

De Technische Universiteit Eindhoven startte het onderzoeksprogramma 3D Concrete Printing (3DCP) in 2015. Het doel van het programma was om van betonprinten een levensvatbare nieuwe methode te maken om betonnen ele­ menten en gebouwen te vervaardigen,

en om de processen ervan bovendien fundamenteel te begrijpen. De onder­ zoeksgroep ontwikkelde inmiddels een eigen 3D-betonprinter bij de faculteit Bouwkunde. De printer bestaat uit een vierassige portaalrobot met een print­ bed van circa 9,0x4,5x3 m3, gekoppeld

aan een betonmengpomp.

Voor het financieren en ondersteuning van het 3DCP-programma werkt de TU/e samen met een groep van aannemers, bouwmaterialenleveranciers en ingeni­ eursbureaus.

De ambities bleken hoger te liggen.

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Fundamenteel onderzoek en experimen­ teren moet leiden tot voorspelbaarheid van het gedrag van materiaal en materi­ eel, in wisselende omstandigheden. Met als uiteindelijk doel dat constructieve elementen en constructies op een ver­ antwoorde manier worden gemaakt.

Dat leidde uiteindelijk tot project Milestone, waarmee in de stad Eindho­ ven vijf 3D-geprinte betonnen huizen worden gebouwd. Het project is ‘s werelds eerste commerciële woonpro­ ject op basis van 3D-betonprinten. De woningen worden allemaal bewoond, voldoen aan alle moderne comforteisen en worden aangekocht en verhuurd door een makelaardij.

Geen experiment

Project Milestone kan volgens de betrok­ ken partijen met recht om vele redenen als mijlpaal worden gezien. Niet alleen vanuit het oogpunt van de technologie en de bouwers, maar ook vanuit het ontwerp, de gemeente, de toekomstige bewoner en de verhuurder.

Uiteindelijk zullen er vijf huizen worden ge-3D-print, waarbij zowel de technolo­

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

gie van het printen als het ontwerp van de woning steeds complexer zal worden.

Wordt de gelijkvloerse eerste woning nog off-site geprint, de twee verdiepin­ gen tellende vijfde woning zal geheel on-site worden vervaardigd. De ontwik­ keling van de 3D-betonprinttechniek zal dan ook goed waarneembaar zijn. Voor

de samenwerkende partners is Milesto­ ne echter nadrukkelijk geen experiment.

Zij zien de ontwikkeling als een omvang­ rijke innovatie die essentieel kan zijn voor de (woning)bouwsector. Beton is immers het meest gebruikte bouwmate­ riaal ter wereld.

INNOVATIEVE MATERIALEN

Voordelen

Eén van de belangrijkste voordelen van 3D-betonprinten is dat de betonprinter de mogelijkheid heeft om alleen beton te leggen waar het constructief nodig is.

Traditioneel gestort beton is solide en bevat veel meer beton dan noodzaknlijk is en dat is slecht voor de CO2-footprint, want bij de productie van cement komt veel van dit broeikasgas vrij.

Belangrijk voordeel is de vormvrijheid.

Met 3D-betonprinten zijn zeer gede­ tailleerde betonconstructies mogelijk.

Bij het traditioneel storten van beton bepaalt de bekisting de vorm van beton.

Met betonprints kunnen bouwers straks concrete details zo klein als een erwt maken, en ronde, holle of bolle vormen.

Hierdoor zijn betonnen gebouwen en constructies met geheel nieuwe vormen mogelijk.

Een andere, nieuwe optie is het bedruk­ ken van verschillende soorten, kwalitei­ ten en kleuren beton, alles in één geïnte­ greerd product. Dit betekent dat er een complete wand bedrukt kan worden met alle benodigde functionaliteiten. Zo’n muur moet verstevigd worden met isole­ rende draadvezels en aan de buitenkant vuilafstotend gehouden worden, en aan de binnenkant een laag die zorgt voor een prettige akoestiek. Verder bevat het de vereiste uitsparingen en interne afvoerbuizen van waterdicht beton. Dat maakt het bouwproces veel sneller.

Door het 3D-printen van beton ontstaat

bovendien de mogelijkheid om sensoren direct op de juiste plek van de construc­ tie te plaatsen. Daarbij kan worden gedacht aan draadloze sensoren die temperatuur meten, sensorgestuurde verlichting of die worden gebruikt voor beveiliging. Deze kunnen direct in het drukproces worden verwerkt, in plaats van achteraf. Dat scheelt tijd en geld.

Ten slotte heeft betonprinten ook be­ langrijke voordelen in termen van werk­ omstandigheden. Traditionele verwer­ king van beton is zwaar en veeleisend werk. De trillingen van gestort beton en het vlechten van de stalen wapenings­ netten zijn zwaar. Bij 3D-geprint beton

zijn dit soort werkzaamheden niet nodig.

TU Eindhoven/Milestone project> Fotografie: Milestone/Houben/Van Mierlo architecten. A.I: YuconVR

Video:

3DPC Doel van 3D Concrete Printing (3DCP) is de productiviteit van de Architecture, Engineering and Construction (AEC -industrie te verhogen en de milieu-impact te verminderen. Het 3DCP-onderzoek is gericht op de wetenschappelijke onderbou­ wing die nodig is voor de ontwikkeling van 3D-print-technologie voor structurele toepassingen beton.

Het programma wordt geleid door de leerstoel Betonconstructies van de Unit Structureel Ontwerpen, in nauwe samenwerking met de leerstoel Innovatief Structureel Ontwerpen en de leerstoel Architectonisch Ontwerpen en Enginee­ ring. Binnen het 3DCP-programma worden tal van PhD-, MSc- en andere onder­ zoeksprojecten uitgevoerd. De onderzoeksactiviteiten worden ondersteund door industriële partners, een aantal particuliere ondernemingen die de hele produc­ tieketen van beton voor de bouw bestrijken: Ballast Nedam, BAM, Bekaert, Con­ crete Valley, CRH, CyBe, M-Tec, SGS Intron, Siemens, Verhoeven Timmerfabriek Nederland, Weber Beamix, Van Wijnen, Witteveen + Bos en Stichting SKKB.

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

De cement-batterij Stel dat de constructie van een compleet gebouw zou kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te slaan. Onderzoekers van de afdeling Architectuur en Civiele Techniek, van de Chalmers University of Technology, Zweden, publiceerden on­ langs een artikel over een nieuw concept voor oplaadbare batterijen, gemaakt van cement. Het idee draait om een mengsel op cementbasis, waaraan kleine hoe­ veelheden korte koolstofvezels worden toegevoegd om de geleidbaarheid en buigvastheid te vergroten. Vervolgens is in het mengsel een met metaal gecoat koolstofvezelgaas ingebed - ijzer voor de anode en nikkel voor de kathode.

De oplaadbare batterij op cementbasis van Chalmers bereikte een gemiddelde energiedichtheid van 7 Wattuur per vier­ kante meter (of 0,8 Wattuur per liter).

Dat is weliswaar laag in vergelijking met commerciële batterijen, maar daar staat het enorme volume waarmee de batterij kan worden gebouwd tegenover.

Er werden vervolgens verschillende combinaties voor de elektroden getest.

Illustratie: Yen Strandqvist

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Daaruit bleek dat een ijzeranode en een op nikkel gebaseerde oxidekatho­ de de beste resultaten opleverden. De geleidbaarheid van het cementmengsel kon bovendien worden verhoogd door korte koolstofvezels toe te voegen. Uit experimenten bleek 0,5 procent koolstof optimaal te zijn.

De mogelijkheden zijn volgens de on­ derzoekers vrijwel onbeperkt. Ze zien toepassingen die kunnen variëren van het voeden van LED’s, het leveren van 4G-verbindingen in afgelegen gebieden of kathodische bescherming tegen cor­ rosie in betonnen infrastructuur. Het sys­ teem kan wellicht ook worden gebruikt om elektriciteit te leveren aan monito­ ringsystemen op snelwegen of bruggen, waar sensoren die worden aangedreven door een betonnen batterij scheuren of corrosie kunnen detecteren.

Het idee van de cement-batterij verkeert evenwel nog in een pril stadium. Er moe­ ten belangrijke technische problemen worden opgelost, zoals het verlengen

van de levensduur van de batterij en de ontwikkeling van recyclingtechnieken.

Aangezien betonnen infrastructuur meestal wordt gebouwd voor een le­ vensduur van vijftig of zelfs honderd jaar, zouden de batterijen daarop moeten worden geoptimaliseerd. Bovendien zouden ze dan ook eenvoudig moeten kunnen worden vervangen en gerecy­ cled.

Meer bij Chalmers> Het onderzoek werd uitgevoerd door doctor Emma Zhang en professor Luping Tang, Chalmers University of Techno­ logy, Sweden. De onderzoeksresultaten warden eerder dit jaar gepubliceerd in ‘Buildings’ onder de titel ‘Rechargeable Concrete Battery’.

ONDERZOEK

Gerecycled plastic in beton Plastic afval is een wereldwijd probleem.

In een recente studie ontdekten onder­ zoekers van MSU’s Norm Asbjornson College of Engineering dat plastic dat met bacteriën is behandeld, in aan­ zienlijke hoeveelheden aan beton kan worden toegevoegd zonder dat dat ten koste gaat van de structurele sterkte. De studie werd in april gepubliceerd in het tijdschrift Materials.

Het toevoegen van plastic of ander vulmateriaal aan het betonmengsel verstoort doorgaans de sterkte van het materiaal. Het MSU-team ontdekte dat bepaalde bacteriën een minerale coating rond plasticdeeltjes kunnen maken, waardoor plastic veel beter aan cement bindt. Betonmonsters die tot vijf procent van dergelijk met bacteriën be­ handeld plastic bevatte, hadden volgens het onderzoek vrijwel dezelfde sterkte als traditioneel beton.

Omdat beton zo wijdverbreid en in zulke grote hoeveelheden wordt gebruikt, kan het toevoegen van slechts vijf procent ervan leiden tot massaal hergebruik van plastic. En omdat beton zo ener­ gie-intensief is om te maken, denken de onderzoekers dat de plastic vulstof de uitstoot van kooldioxide aanzienlijk zal kunnen verminderen. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency is de betonproductie een van de grootste industriële bronnen van het klimaatveranderende gas in het land.

In het Center for Biofilm Engineering van MSU behandelden de onderzoekers plastic met een waterige oplossing van calcium en ureum die bovendien de

(onschadelijke) bacterie Sporosarcina pasteurii bevatte. De bacteriën, die 24 48 uur in de oplossing werden gelaten, bleken vervolgens op het plasticopper­ vlak een biofilm van calciet te vormen, een hard mineraal waaruit kalksteen bestaat. Het plastic werd vervolgens gemengd in kleine betonnen cilinder vormige monsters die op sterkte werden belast.

Hoewel de onderzoekers begonnen met versnipperd plastic van wegwerpflessen, bereikten ze vergelijkbare resultaten met een mengsel van doorgaans moeilijk te recycleren verpakkingsplastic.

In de volgende stap is MSU van plan onderzoek te doen naar de duurzaam­ heid van het materiaal op lange termijn en naar hoe het proces kan worden op­ geschaald.

Meer bij MSU> Het artikel ‘Biomineralization of Plastic Waste to Improve the Strength of Plastic-Reinforced Cement Mortar‘ is online>

Van links naar rechts: Adrienne Phillips, Cecily Ryan en Chelsea Heveran, met doctoraat student Seth Kane en senior Michael Espinal, met laboratorium monsters die werden gemaakt in het kader van hun recente studie over het recyclen van met microben behandeld plastic in beton (Foto: Adrian Sanchez-Gonzalez/MSU)

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

Na twee maanden in de grond begraven te zijn, is de condensator uiteengevallen, waardoor er slechts enkele zichtbare koolstofdeeltjes achterblijven (Afbeelding: Gian Vaitl/ Empa)

Circulaire elektronica (1)

De biologisch afbreekbare batterij De verwachting is dat het aantal data verzendende microprocessoren, bijvoor­ beeld in de verpakkings- en transportlo­ gistiek, de komende jaren sterk zal toe­ nemen. Al die mini-apparaten hebben energie nodig, meestal van batterijen, en daaraan kleven milieubezwaren. Empa­ onderzoekers hebben nu een biologisch afbreekbare minicondensator ontwik­ keld die dat probleem kan oplossen. Het bestaat uit onschuldige materialen als koolstof, cellulose, glycerine en keuken­ zout.

Verder gebruikten ze een conventionele, aangepaste, commercieel verkrijgbare 3D-printer. De echte innovatie zit dan ook niet zozeer in het apparaat, maar in het recept voor de gelatineuze inkt die de printer op een oppervlak kan prin­

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ten. Dat mengsel bestaat uit cellulose­ -nanovezels en cellulose-nanokristallen, plus koolstof in de vorm van carbon black, grafiet en actieve kool. Om alles vloeibaar te maken, gebruiken de onder­ zoekers glycerine, water, twee verschil­ lende soorten alcohol en een snufje keukenzout voor de geleidbaarheid.

Om van deze ingrediënten een functi­ onerende supercondensator te maken, zijn vier lagen nodig, allemaal gemaakt door de 3D-printer: een flexibel sub­ straat, een geleidende laag, de elektrode en ten slotte de elektrolyt. Die worden vervolgens gerangschikt in sandwich­ structuur, met de elektrolyt in het midden. Zo ontstaat een soort mini­ condensator die urenlang elektriciteit

kan opslaan en inmiddels in staat is om een kleine digitale klok van stroom te voorzien. Het is bestand tegen duizen­ den laad- en ontlaadcycli en jarenlange opslag, zelfs bij vriestemperaturen en is bestand tegen druk en schokken.

En last but not least, aan het einde van de levensduur is de batterij eenvoudig composteerbaar. Na twee maanden is de condensator gedesintegreerd, en zijn nog maar enkele koolstofdeeltjes zichtbaar.

Volgens EMPA zou deze biocondensator een belangrijk onderdeel kunnen wor­ den van het Internet of Things. Dergelij­ ke condensatoren kunnen bijvoorbeeld kort worden opgeladen met behulp van een elektromagnetisch veld, waarna ze urenlang stroom kunnen leveren aan

ONDERZOEK een sensor of een microzender. Dat kan dan weer worden gebruikt om bijvoor­ beeld de inhoud van afzonderlijke pak­ ketten tijdens verzending te controleren.

Ze zouden ook kunnen worden ingezet om energie te leveren aan sensoren in milieumonitoring of in de landbouw.

En ze hoeven niet te worden ingeza­ meld, omdat ze simpelweg in de natuur kunnen worden achtergelaten om daar biologisch te worden afgebroken.

Meer bij EMPA>

Video

De biologisch afbreekbare batterij bestaat uit vier lagen, allemaal gemaakt door een 3D-printer. Het is opgevouwen als een sandwich, met de elektrolyt in het midden (Afbeelding: Gian Vaitl/Empa)

Knowledge and networking event

Materials+Eurofinish+Surface 2021 The central meeting place in the Benelux with all the aspects for a good and durable final product

This you can discover: 15 and 16 September 2021 09.30 a.m. – 5.00 p.m.

Brabanthallen, ‘s-Hertogenbosch (NL)

Free entrance Register directly via sh-surface.com www.materials-eurofini

• Inspiring exhibition floor with over 100 exhibitors • Focus on materials, analysis, bonding and surface techniques • Extensive and high-quality conference program • International Meet & Match • Demonstrations and innovations • VIP Meeting Areas • Presentation of the Borghardt Award • Simultaneously with Kunststoffenbeurs • Simultaneously with Nederlandse Metaaldagen Organization:

More info: www.materials-eurofinish-surface.com

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

Circulaire elektronica (2)

Batterij degradeert op commando De introductie van lithium-ion (Li-ion) batterijen heeft een revolutie teweegge­ bracht, wat heeft geleid tot een enorme ontwikkeling in consumptiegoederen in bijna alle sectoren. Maar de populariteit heeft een keerzijde. Ze zorgen ook voor problemen op het gebied van duur­ zaamheid en milieu-impact. De huidige Li-ionbatterijen gebruiken aanzienlijke hoeveelheden metalen, waaronder lithium, kobalt en nikkel en zijn verant­ woordelijk voor een serieuze milieu­ belasting. Slechts een klein percentage van de Li-ion-batterijen wordt gerecy­ cled, waardoor de vraag naar kobalt en andere schaarse elementen nog meer toeneemt.

Een multidisciplinair onderzoeksteam van de Texas A&M University (TAMU) heeft nu een nieuw metaalvrije batterij­ technologie ontwikkeld die zou kunnen leiden tot duurzamere, recyclebare batterijen. In een artikel gepubliceerd in het meinummer van Nature, schet­ sen ze hun onderzoek naar een nieuwe batterijtechnologie die volledig me­ taalvrij is, door gebruik te maken van een organische radicaalconstructie van polypeptiden.

Volgens de onderzoekers zijn deze polypeptidebatterijen afbreekbaar, recyclebaar, niet giftig en over de hele linie veiliger. De volledig polypeptide or­ ganische radicaalbatterij, samengesteld

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Metaalvrije, recyclebare, polypeptide batterij (Bron: Texas A&M Engineering)

uit redox-actieve aminozuurmacromole­ culen, lost volgens de betrokken onder­ zoekers ook het probleem van recycleer­ baarheid op. De componenten van het nieuwe apparaat kunnen op commando (onder zure omstandigheden) worden afgebroken tot aminozuren, en andere relatief onschedelijke afbraakproducten.

Volgens TAMU is de ontwikkeling van deze metaalvrije, volledig organische batterij die ook nog eens op commando kan worden afgebroken, een belangrijke stap in de richting van duurzame, recy­ clebare batterijen. Dat is belangrijk voor

het milieu en verkleint bovendien de af­ hankelijkheid van strategische metalen.

Veel meer bij TAMU> Het onderzoek werd uitgevoerd door prof. Jodie Lutkenhaus, Axalta Coa­ ting Systems en prof. Karen Wooley, Department of Chemistry. Het artikel ‘Polypeptide organic radical batteries’ werd eerder dit jaar gepubliceerd in de mei-editie van Nature.

De samenvatting staat online>

ONDERZOEK

Circulaire elektronica (3)

Volledig recyclebare transistors

Een 3D-weergave van de eerste volledig recyclebare, geprinte transistor (Duke)

Ingenieurs van Duke University claimen ‘s werelds eerste volledig recyclebare geprinte elektronica te hebben ontwik­ keld. Het gaat om een op koolstof geba­ seerde transistor, die vooral is bedoeld als inspiratiebron om de groeiende berg aan elektronisch afval te bestrij­ den. Het onderzoek werd op 26 april gepubliceerd door het tijdschrift Nature Electronics, onder de titel ‘Printable and recyclable carbon electronics using crys­ talline nanocellulose dielectrics’.

Probleem van het elektronisch afval is dat is dat het vaak moeilijk te recyclen

is. Hoewel koper, aluminium en staal prima kunnen worden gerecycled, ligt dat bij siliciumchips heel anders.

Een team onder leiding van Aaron Fran­ klin, professor Electrical and Computer Engineering aan de Duke University, heeft nu een volledig recyclebare, functionele transistor gemaakt met op koolstof gebaseerde inkten die een­ voudig op papier of andere flexibele, milieuvriendelijke oppervlakken kunnen worden geprint.

De truc van het systeem zit hem in het gebruik van een nanocellulose-inkt. De

onderzoekers ontwikkelden een metho­ de voor het suspenderen van nanocellu­ lose kristallen afkomstig van houtvezels, wat een inkt opleverde die het uitste­ kend bleek te doen als isolator in hun geprinte transistors. Met behulp van de drie inkten en een spuitbusprinter fa­ briceerden de onderzoekers volledig op koolstof gebaseerde transistors die goed genoeg bleken te zijn voor gebruik in een breed scala aan toepassingen.

Het team demonstreerde vervolgens de recyclebaarheid van het systeem. Met een aantal eenvoudige processtappen (weken-trillen-centrifugeren) konden de nanocellulose en het grafeen vrijwel volledig worden teruggewonnen. Beide materialen kunnen vervolgens opnieuw worden gebruikt in hetzelfde printpro­ ces, zonder verlies aan eigenschappen.

En omdat de nanocellulose uit hout is gewonnen, kan het simpelweg samen met het papier waarop het is gedrukt, worden gerecycled.

Volgens Franklin is het onderzoek overi­ gens vooral bedoeld als inspiratiebron.

Hij denkt dat recyclebare elektronica zoals deze niet de hele chipindustrie van een half biljoen dollar op zijn kop zal zetten, maar hoopt dat dit soort nieuwe materialen werkt als stimulans voor de ontwikkeling van een nieuw type elek­ tronica.

Meer bij Duke University> ‘Fully printed all-carbon recyclable electronics’ bij researchgate>

Video Onderzoekers testen een biosensor gemaakt van volledig recyclebare, geprinte elektronica (Duke)

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

Digory: 3D-geprint ivoor In 1989 werd de handel in ivoor interna­ tionaal verboden. Om ivoren onderdelen van oude kunstvoorwerpen te restau­ reren, moeten sindsdien vervangende materialen - zoals botten, schelpen of plastic worden gebruikt. Een echt bevre­ digende oplossing is er echter nog niet.

Onderzoekers van de TU Wien en het spin-off 3D-printbedrijf Cubicure GmbH, hebben nu een hoogwaardig alternatief materiaal ontwikkeld: ‘Digory’ (digital ivory), gefabriceerd van kunsthars en calciumfosfaatdeeltjes. Het wordt heet, vloeibaar verwerkt en in de 3D-prin­ ter uitgehard met UV-licht, exact in de gewenste vorm. Het kan vervolgens worden gepolijst en qua kleur worden aangepast, wat een authentiek ogende ivoorvervanger blijkt op te leveren.

Het onderzoeksproject begon met de restauratie van een 17e-eeuwse staats­ kist in de parochiekerk van Mauerbach door team prof. Jürgen Stampfl van

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK het Institute of Materials Science and Technology aan de TU Wien. De kist was versierd met kleine ivoren ornamenten, waarvan sommige in de loop van de tijd verloren zijn gegaan. De vraag was of ze konden worden vervangen door 3D-printtechnologie.

Aan de hand van experimenten is het team van TU Wien en Cubicure erin geslaagd het juiste mengsel te vinden: minuscule calciumfosfaatdeeltjes met een gemiddelde diameter van ongeveer 7 µm werden ingebed in een speciale hars, samen met extreem fijn siliciumoxi­ depoeder. Het mengsel wordt vervolgens bij hoge temperatuur verwerkt met een 3D-printer van Cubicure met behulp van een lithografisch 3D-printproces. Laag voor laag wordt het materiaal uitgehard met een UV-laser tot het volledige object gereed is. Door de juiste hoeveelheid calciumfosfaat toe te voegen, wisten de onderzoekers het materiaal dezelfde doorschijnende eigenschappen als ivoor te geven. Het materiaal bevatte uitein­ delijk 55 gew.% (30 vol.%) TCP-deeltjes (tricalciumfosfaat) om de doorschijnend­ heid van natuurlijk ivoor perfect na te bootsen. Metingen toonden verder aan dat de dichtheid en hardheid van Digory (1,78 ± 0,02 g cm−3; 35,7 ± 1,3 HV bij een belasting van 200 g) vergelijkbaar zijn met de dichtheid en hardheid van ivoor (1,7–1,9 g cm−3; ~35 HV).

Daarna kan de kleur van het object

worden bijgewerkt - het team behaalde goede resultaten met zwarte thee.

Volgens de TU Wien is het nieuwe ma­ teriaal ‘Digory’ niet alleen een betere, mooiere en gemakkelijker te bewerken vervanger voor ivoor, maar maakt de 3D-techniek het ook mogelijk om de kleinste details weer te geven. In plaats van ze nauwgezet uit ivoorkleurig ver­ vangend materiaal te snijden, kunnen

objecten nu binnen enkele uren worden geprint.

Het artikel ‘Developing an ivory-like material for stereolithography-based ad­ ditive manufacturing’ werd gepubliceerd in Applied Materials Today, juni 2021.

TU Wien>

Kom in actie voor kankeronderzoek

kwfthuismarathon.nl

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

Nieuwe bio-geïnspireerde, lichtvangende nanomaterialen Geïnspireerd door de natuur hebben onderzoekers van Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), samen met wetenschappers van de Washington State University, een nieuw materiaal ontwikkeld dat in staat is om lichtener­ gie op te vangen en geschikt te maken voor fotovoltaïsche toepassingen. De resultaten van het onderzoek werden op 14 mei 2021 gepubliceerd in Science Advances.

In de natuur komen volop gestructureer­ de hybride materialen voor zoals botten en tanden. Deze materialen hebben een nauwkeurige atomaire rangschikking waaraan ze hun typische eigenschappen te danken hebben, zoals sterkte en taai­ heid. Materiaalwetenschapper Chun­ Long Chen en zijn medewerkers ont­ wikkelden een nieuw materiaal dat de structurele en functionele complexiteit van zulke natuurlijke hybride materialen nabootst. Dit materiaal combineert de programmeerbaarheid van een eiwitach­ tig synthetisch molecuul met de com­ plexiteit van een op silicaat gebaseerde nanostructuur. Zo’n combinatie maakt het mogelijk om een nieuwe klasse func­ tionele, maar robuuste nanokristallen te maken. Vervolgens wisten ze dit 2D-hy­ bride materiaal te programmeren tot een efficiënt systeem voor het oogsten van licht.

Hoewel dit soort hiërarchisch gestructu­ reerde materialen erg lastig te maken is, wist het team een molecuul te ontwikke­

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

len dat in staat is zo’n materiaal te vor­ men. De onderzoekers ontwierpen een eiwitachtig cluster en maakten dat vast aan een andere, op silicaat gebaseerde structuur (een zogenaamde polyhedral oligomeric silsesquioxane, kortweg POSS). Vervolgens ontdekten ze dat, onder de juiste omstandigheden, deze moleculen zichzelf konden rangschikken in 2D-nanolagen. Dat leverde uiteindelijk een celmembraan-achtige opbouw op, vergelijkbaar met die in natuurlijke struc­ turen, terwijl de stabiliteit en mechani­ sche eigenschappen behouden bleven.

Vervolgens ‘programmeerden’ ze het materiaal door speciale functionele groepen op specifieke locaties in te bouwen. De wetenschappers slaagden er uiteindelijk in een systeem te con­

strueren, dat lichtenergie kon opvangen op dezelfde manier als pigmenten in planten dat doen. Het systeem vertoon­ de een energieoverdrachtsefficiëntie van meer dan 96 procent, waardoor het volgens de onderzoekers één van de meest efficiënte waterige lichtoogstsys­ temen in zijn soort is die tot nu toe zijn gerapporteerd.

Meer bij PNNL> Het artikel ‘Programmable two-dimensional nanocrystals assembled from POSS-containing peptoids as efficient artificial light-harvesting systems’ is online>

ONDERZOEK

Hoe los je het autogene krimpprobleem van geopolymeren/ alkaligeactiveerd beton op?

Geopolymeren of alkaligeactiveerde materialen (AAM’s), als milieuvriendelijk alternatief voor Portlandcement (OPC), heb­ ben de afgelopen decennia steeds meer aandacht gekregen van onderzoekers. In tegenstelling tot cement, dat calcinering van kalksteen vereist, kunnen AAM’s worden gemaakt van industriële bijproducten, of zelfs afval, met behulp van een alkalische activator. De productie van AAM’s verbruikt 40 pro­ cent minder energie en stoot 25 - 50 procent minder CO2 uit in vergelijking met de productie van OPC. Ondanks het milieuvriendelijke karakter van AAM’s bestaan er twijfels over deze materialen als bindmiddel voor beton, bijvoorbeeld vanwege hun volumestabiliteit. Autogene krimp is de volumevermindering veroorzaakt door het materiaal zelf, zonder water- of warmte-uitwisseling met de omgeving.

Wanneer de autogene krimp van een bindmiddel te groot is, kunnen er scheurtjes optreden die de duurzaamheid van beton ernstig aantasten.

derstelde mechanismen worden twee strategieën voorgesteld, gericht op het verminderen van de drijvende krachten van au­ togene krimp: interne nabehandeling met superabsorberende polymeren (SAP’s) en de toevoeging van metakaoline (MK).

Experimenten die tijdens dit onderzoek zijn gedaan, bewijzen dat de hierboven voorgestelde strategieën zeer effectief zijn om de scheurgevoeligheid van beton met alkaligeactiveerde slak en vliegas (AASF) te verminderen. Deze resultaten laten zien dat SAP’s en MK veelbelovende ingrediënten in beton­ mengsels kunnen zijn om op grote schaal te worden gebruikt in AAM-mengsels. De numerieke benaderingen die in deze studie zijn ontwikkeld, zijn ook nuttig in toekomstige studies of toepassingen om de kruip en relaxatie in AAM’s in te schatten.

Het doel van het onderzoek van dr. Zhenming Li was daarom om de autogene krimp en de scheurgevoeligheid van AAM’s te begrijpen en te verminderen.

In eerste instantie werd de autogene krimp van AAM’s expe­ rimenteel bestudeerd. Er is aangetoond dat zelfdroging niet het exclusieve mechanisme van autogene krimp van AAM’s is.

Andere drijvende krachten, zoals de sterische hydratatiekracht tussen colloïden die samenhangen met de verandering in ionenconcentraties in de porie-oplossing, spelen ook een rol, vooral op zeer jonge leeftijd. Bovendien vertonen AAM’s een overduidelijk visco-elastisch karakter, wat lijdt tot een grote tijdsafhankelijke vervorming of kruip. Op basis van de veron­

Figuur 2. Een schematisch diagram van de spanningsontwikkeling en het barsten van beton als gevolg van beperkte krimp

Het promotieonderzoek van dr. Zhenming Li werd uitgevoerd binnen de afdeling Materials, Mechanics, Management & Design, Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology. Zijn supervisors waren dr. Guang Ye en prof.dr.ir.

Klaas van Breugel. Met succes heeft Zhenming Li zijn proef­ schrift verdedigd op 15 maart 2021. De titel van de dissertatie is: ‘Autogenous shrinkage of alkali-activated slag and fly ash materials: From mechanism to mitigating strategies.’

Figuur 1. Schematische weergave van scheurvorming veroorzaakt door beperkte krimp

Het proefschrift is hier te lezen>

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ONDERZOEK

Citrusschillen maken doorzichtig hout ook nog duurzaamer

Vijf jaar geleden ontwikkelden weten­ schappers van het Zweedse KTH Royal Institute of Technology transparant hout; een opmerkelijk materiaal dat licht door­ laat en bovendien warmte kan opslaan.

(Innovatieve Materialen nummer 3, 2016). Onlangs zetten de onderzoekers een nieuwe stap voorwaarts door hun composiet 100 procent hernieuwbaar te maken en zelfs meer doorschijnend.

De truc van transparant hout zit in het verwijderen van de lignine, de belang­ rijkste lichtabsorberende component in hout. Lignine geeft hout echter ook zijn kracht. De lege poriën die ontstaan door de afwezigheid van lignine moeten wor­ den gevuld met iets dat de kracht van het hout herstelt en licht doorlaat.

In vroege versies van de composiet gebruikten onderzoekers van het Wallenberg Wood Science Center van KTH polymeren, gemaakt van fossiele grondstoffen. Nu hebben ze een mili­ euvriendelijk alternatief onderzocht: limoneenacrylaat, een monomeer gemaakt van limoneen. En met succes.

Limoneenacrylaat wordt gemaakt van hernieuwbaar citrusfruit, zoals schilafval dat kan worden gerecycled uit de sinaas­ appelsapindustrie.

Het nieuwe composietmateriaal heeft een optische transmissie van 90 procent bij een dikte van 1,2 mm en een lage

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

troebeling van 30 procent, rapporteren de onderzoekers. In tegenstelling tot andere transparante houtcomposieten die de afgelopen vijf jaar zijn ontwikkeld, is dit bij het KTH ontwikkelde materi­ aal met een sterkte van 174 MPa (25,2 ksi) en een elasticiteit van 17 GPa (of ongeveer 2,5 Mpsi) vooral bedoeld voor structurele toepassing.

Volgens de onderzoekers kan deze nieu­ we technologie een nog onontgonnen scala aan toepassingen mogelijk maken, zoals slimme ramen, hout voor warmte­

opslag, hout met een ingebouwde ver­ lichtingsfunctie - zelfs een houten laser.

Swedish KTH Royal Institute of Technology> De resultaten werden onlangs gepubli­ ceerd in Advanced Science onder de title ‘High performance, fully bio-based, and optically transparent wood biocompo­ sites,’ Advanced Science, DOI: 10.1002/ advs.202100559 Het artikel is online>

De nieuwste versie van transparant hout ontwikkeld door KTH is meer doorschijnend en is gemaakt van hernieuwbaar polymeer (Foto: Celine Montanari)

ONDERZOEK

Van CO2 naar siliciumcarbide Planten hebben het vermogen om CO2 uit de lucht te halen, en dat is interessant in verband met de broeikasproblematiek. Het voordeel van die CO2-opname door planten is echter tijdelijk, aangezien gewassen koolstof uiteindelijk weer afgeven aan de atmosfeer, meestal door ontbinding. Onderzoekers van het Salk Institute for Biological Studies (Californië) hebben nu een meer permanente oplossing gevonden. Ze ontwikkelden een methode waarmee de in planten vastgelegde koolstof een permanente en zelfs nuttige bestemming krijgt in de vorm van siliciumcarbide (SiC). Siliciumcarbide is een interessante grondstof voor de industrie dat wordt gebruikt in keramiek, schuurpapier, halfgeleiders en leds.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift RSC Ad­ vances op 27 april 2021, zetten de Salk-onderzoekers tabak en maïskolven om in SiC en kwantificeerden het proces bovendien gedetailleerder dan ooit.

Het Salk-team zette het plantaardig materiaal in drie fasen om in SiC. In iedere stap werd het koolstofgehalte bepaald. De eerste stap was het zaaien en telen van het gewas, waarbij de onderzoekers voor tabak kozen vanwege het korte groeisei­ zoen. De geoogste planten werden vervolgens bevroren en tot een poeder vermalen en behandeld met verschillende chemi­ caliën, waaronder een siliciumbevattende verbinding. In de derde en laatste fase werden het poedervormige plantaardige materiaal versteend; een proces waarbij het materiaal wordt verwarmd tot 1600 °C. Uit analyses bleek dat het koolstofgehalte van zaad naar ge­ kweekte plant 50.000 keer hoger was geworden; wat overi­ gens de efficiëntie aantoont van waarmee planten CO2 uit de atmosfeer vastleggen. Bij verhitting voor verstening, verliest het plantmateriaal koolstof in de vorm van ontledingsproduc­ ten, maar behoudt uiteindelijk toch nog veertien procent van de door de plant vastgelegde koolstof.

De onderzoekers berekenden dat het proces om 1,8 g SiC te maken ongeveer 177 kW/h aan energie kostte, waarbij het grootste deel van die energie (70 procent) werd gebruikt voor de oven in het versteningsproces. Dat energieverbruik is volgens de auteurs te vergelijken met dat van de gebruikelijke productieprocessen voor SiC uit koolstof en SiO2.

Het van plant-naar-SiC-proces is dus weliswaar niet CO2-neu­ traal, maar de onderzoekers denken dat met nieuwe, groene energievormen de energiekosten kunnen worden verlaagd.

De onderzoekers richten zich nu op andere plantensoorten, zoals paardenstaart of bamboe, die van nature grote hoeveel­ heden silicium bevatten.

Meer bij Salk>

Scanning elektronenmicroscopie-opname van SiC-versteende maïskolven (Bron: UC San Diego)

Het artikel ‘Plant-based CO2 drawdown and storage as SiC’ (DOI: 10.1039/d1ra00954k) is online>

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Enterprise Europe Network (EEN) helpt bedrijven bij internationale ambities Het Enterprise Europe Network (EEN) is een initiatief van de Europese Commis­ sie dat ondernemers ondersteunt bij het zoeken van partners om te innoveren en ondernemen in het buitenland. Het Enterprise Europe Network bestaat uit meer dan 600 organisaties in ruim 60 landen.

Databank

Elk bedrijf kan haar aanbod en/of vraag in de vorm van een profiel laten op­ nemen in een databank. Vervolgens wordt het bedrijf onder de aandacht gebracht in het land waarin zij actief wil worden en tegelijkertijd kan ook zelf naar partners worden gezocht. EEN-advi­ seurs helpen actief bij het opstellen van het profiel, dat in een bepaald format wordt opgesteld. Op de EEN-websites staan ook buitenlandse bedrijven die Nederlandse bedrijven en organisaties zoeken voor commerciële of technolo­ gische samenwerking. De EEN adviseurs ondersteunen bij de zoektocht naar een samenwerkingspartner door de contacten binnen het netwerk actief in te zetten. Daarnaast worden regelmatig Company Missions en Match Making

Events georganiseerd. Al deze diensten zijn kosteloos.

Er zijn vijf soorten profielen: • Business Offer: • het bedrijf biedt een product aan Business

• Request: het bedrijf zoekt een

Video: Hoe werkt Enterprise Europe Network

product

• Technology Offer: het bedrijf biedt een technologie aan

• Technology Request: het bedrijf zoekt een technologie

• Research & Development Request:

de organisatie zoekt samenwerking voor onderzoek

Het kan ook voorkomen dat een be­ drijf zowel een Business Offer als een Business Request heeft (of een andere combinatie). In dat geval worden er twee (of zelfs meer indien van toepassing) profielen gemaakt.

In het profiel wordt de meest essentiële informatie over de aard van het aanbod of vraag opgenomen, het ‘soort’ partner dat men daarbij beoogt en de verwacht­ te samenwerking.

Zodra duidelijk is welk type profiel(en) men wenst voor haar organisatie kan de EEN adviseur het proces van het opstellen van een profiel starten en het binnen korte tijd gepubliceerd hebben in de database.

Ondernemingen kunnen rechtstreeks bij EEN terecht met vragen over het opnemen van een bedrijfsprofiel in de EEN-database. Voor duurzaam bouwen en de creatieve industrie is ir. drs. Hans Kamphuis de contactpersoon: T: +31(0)88 042 1124 M: 06 25 70 82 76 E: hans.kamphuis@rvo.nl Voor materialen is Nils Haarman de contactpersoon: T: +31(0)88 062 5843 M: 06 21 83 94 57 E: nils.haarman@rvo.nl Voor meer informatie kan men terecht op de websites van het Enterprise Europe Network: www.enterpriseeuropenetwork.nl http://een.ec.europa.eu

38 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

ENTERPRISE EUROPE NETWORK The Enterprise Europe Network Materials Database: Request for partnership: July 2021.

Intrested? contact hans.kamphuis@rvo.nl>

British provider of sustainable packaging solutions seeks a manufacturer of compostable packaging A UK supplier of biodegradable and fully compostable packaging products seeks partners that are able to produce air cushion and air quilt packaging, shrink wrap, and shipping bags from compostable materials under the framework of a ma­ nufacturing agreement.

German company seeks manufacturer for wooden brush handles and source for raw materials The German company became one of the European leading manufacturers of fine brushes. The company’s products are used for hair and body, the household and for pets.

The company is looking for a manufacturer in the framework of a manufacturing agreement to cover its additional material needs.

Spanish architecture, interior design and furniture design company is looking for manufacturers and suppliers of sustainable, technological and singular products/services A Spanish architecture, interior design, branding and furniture design company is looking for manufacturing and supplying agreements to acquire innovative products/services for its projects. The SME carries out disruptive sustainable projects in the tourism and residential sector, applying technological innovation when possible. The company is committed to take part in projects that contribute to energy saving and are beneficial to the environment.

Danish supply agencies seeks innovative and high-quality supplier of roofing shingles

A Danish company operating as local sales representative/sales platform for international suppliers addressing the building and construction industry is looking for new suppliers of high quality and CE-marked roofing felt/composite shingles for building and construction. The company offers access to the Danish and possibly also Scandinavian markets through a solid network of contractors as well as key resellers in the market(s), via a supplier agreement.

A German online food delivery service is looking for a porcelain manufacturer to produce custom food to-go packaging according to design requirements A German sustainable online food delivery service is looking for a supplier/manufacturer of porcelain that can produce por­ celain to-go packaging according to the design requirements set by the German company.

The company is interested in partnerships in the frame of a manufacturing agreements.

39 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

15 -16

SEPTEMBER

22ND EDITION

9.30 a.m. - 5.00 p.m.

Kunststoffenbeurs

Organization:

)

2021

L h (N

sc

l

al h t n

g

o ert

H

‘s, n e

o enb

ba a r B

Free entrance

Partners of the Kunststoffenbeurs: NRK PVT verwerkers, PlasticsEurope, Quip - Plast, K&R, Kunststofmagazine, Rethink

http://hightechmaterials.4tu.nl

Register directly via www.kunststoffenbeurs.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

40 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

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

Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl Additive Manufacturing Forum 2021 21 - 23 juli 2021, Berlijn

Architect@Work 2021 Belgium 21 - 22 oktober 2021, Kortrijk

Machineering 8 - 10 september 2021, Brussels Expo

iENA Nürnberg 4 - 7 november 2021, Neurenberg

Kunststoffen 2021 15 - 16 september 2021, Den Bosch

BOUWXPO 12 - 14 november 2021, Kortrijk

Materials+Eurofinish+Surface 15 - 16 september 2021, Den Bosch

Fastener Fair Stuttgart 2021 9 - 11 november 2021, Stuttgart

Nederlandse Metaaldagen 15 - 17 september 2021, Den Bosch

3D Delta week 6 - 10 december 2021

Plastics Recycling World Exhibition 2021 29 - 30 september 2021, Essen

Digital BAU 15 - 17 februari 2022, Keulen

Vitrum 2021 5 - 8 oktober 2021, Milaan

Solids 2022 16 - 17 februari 2022, Dortmund

Deburring EXPO 12 - 14 oktober 2021, Karlsruhe

Ulmer Betontage 2022 22 - 24 februari 2022, Ulm

Fakuma 12 - 16 oktober 2021, Friedrichshafen

ESEF 2022 15 - 18 maart 2022, Utrecht

Euro PM2021 Congress and Exhibition 17 - 20 oktober 2021, Lissabon

JEC World 2022 8 - 10 maart 2022, Paris-Nord

Glazing Summit 2021 21 oktober 2021, Birmingham

BLE.CH 2022 8 - 10 maart 2022, Bern

41 | INNOVATIEVE MATERIALEN 3 2021

Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Inno­ vatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is an in­ teractive, 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, engi­ neers and designers obtain more opportunities to distinguish themselves.

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

Innovative Materials is distributed among its own subscribers/network, but also through the networks of the partners. In 2021 this includes organisati­ ons 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.