IM20215NL

Nummer 5 2021

BIOPLASTICS UIT ZUIVERINGSSLIB STAP DICHTERBIJ DE LANGSTE 3D-GEPRINTE BETONNEN FIETSBRUG TER WERELD HILO GEOPEND BOUWEN MET OUD BETON ZONDER CEMENT STAPELBARE KERAMISCHE ELEMENTEN HOUT DAT KAN SNIJDEN ALS STAAL

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).

12 Bioplastics uit zuiveringsslib stap dichterbij

Op weg naar een duurzame productie van bioplastics uit reststromen hebben PHA2USE en het Interreg NWE project WoW! afgelopen zomer een belangrijke stap gezet. In eerste extractiecampagne op pilotschaal is het gelukt om meer dan achttien kilo PHBV te produceren uit zuiveringsslib. Het geproduceerde PHBV, een volledig biologisch afbreekbare bioplastic, wordt nu door bedrijven getest op ver­ schillende commerciële toepassingen.

16 De langste 3D-geprinte betonnen fietsbrug ter wereld

Met een lengte van 29 meter beschikt Nijmegen sinds kort over de langste betonnen 3D-fietsbrug ter wereld. Het project is uniek omdat de fietsbrug in volledige vorm­ vrijheid is ontworpen, dankzij onderzoek aan de Technische Universiteit Eindhoven en de doorontwikkeling van de 3D-betonprinttechniek. Kenmerkend voor de nieuwe verschijning in het Dukenburgse park De Geologenstrook zijn de ronde en glooiende vormen.

18 HiLo geopend

HiLo, de nieuwste module vanhet NEST-onderzoeksgebouw van Empa en Eawag in Duebendorf, Zwitserland, werd officieel geopend op 6 oktober. De innovatieve mo­ dule is het resultaat van bijna een decennium van onderzoek van ETH Zürich op het gebied van architectuur en duurzame technologie.

22 Bouwen met oud beton zonder cement

Onderzoekers van het wetenschaps- en technologie-instituut EPFL (Lausanne, Zwit­ serland) hebben een prototype van een voetgangersbrug gebouwd met gewapend betonnen blokken, afkomstig van muren van een gebouw dat wordt gerenoveerd.

De blokken werden ter plaatse in afzonderlijke stukken gezaagd en geassembleerd tot een voorgespannen boog. Het is volgens EPFL de eerste keer is dat beton op deze manier wordt hergebruikt. Het project maakt deel uit van een initiatief om de eco­ logische voetafdruk van de bouwsector aanzienlijk te verkleinen door de principes van circulaire economie toe te passen. Op 11 oktober werd de loopbrug ingehuldigd tijdens een ceremonie in het Smart Living Lab in Fribourg.

24 Stapelbare keramische elementen

Een team van de Universiteit van Buffalo (UB), ontwikkelde een stapelbaar keramisch terracotta gevelsysteem dat volgens de universiteit nieuwe mogelijkheden opent voor zogenaamde gebruiker gegenereerde architectuur. Het onderzoek, dat werd uitgevoerd met een groep docenten en studenten van Alfred University’s College of Ceramics, werd gepresenteerd tijdens de Architectural Ceramic Assemblies Work­ shop (ACAW) 2021, die virtueel plaatsvond op 19 augustus.

32 Hout dat kan snijden als staal

Er is veel vraag naar harde materialen voor technische toepassingen. Veelgebruikte harde materialen, zoals metaallegeringen en keramiek, zijn vaak duur en komen van niet-hernieuwbare grondstoffen. De productie kost veelal energie en heeft negatieve milieueffecten. Wetenschappers van de Universiteit van Maryland (UMD) hebben nu een goedkoop en duurzaam hard materiaal ontwikkeld van natuurlijk hout.

36 Nieuw isolatiemateriaal: efficiëntere elektriciteitsdistributie

Hoogspanningsgelijkstroomkabels (zogenaamde high-voltage direct current of HVDC-kabels) transporteren elektriciteit zo efficiënt mogelijk over lange afstanden en spelen een cruciale rol in de elektriciteitsvoorziening. Onlangs presenteerde Chal­ mers University of Technology, Zweden, een nieuw isolatiemateriaal dat tot drie keer minder geleidend is, en daarmee de effectiviteit van zulke kabels aanzienlijk lijkt te kunnen verbeteren.

Omslag: De 3D-geprinte bekisting voor de met ribben verstevigde kabelvloer aan de oostzijde (Foto: ETH Zürich, Digital Building Technologies/Andrei Jipa), pagina 18

INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

ArtSea Ink: een kleurrijke inkt op basis van zeewier voor 3D-printen 3D-printen wordt steeds populairder, ook onder kunstenaars, maar de con­ ventionele, stijve, op plastic gebaseerde printmaterialen die in veel 3D-printers worden gebruikt, hebben veel warmte nodig om te kunnen worden verwerkt.

Volgens een artikel in het tijdschrift ACS Omega hebben onderzoekers van North­ west National Laboratory nu speciaal voor 2D- en 3D-printkunst een nieuwe, milieuvriendelijke inkt ontwikkeld, die bij kamertemperatuur kan worden ver­ werkt.

Terwijl de meeste 3D-printers van aardolie afgeleide inkten gebruiken, hebben de onderzoekers onderzocht of alginaat kan worden gebruikt als een goedkope, duurzame bio-inkt. Alginaat is een hydrofiel polymeer dat kan worden gemaakt uit zeewier. Het hoofdbestand­ deel is alginezuur, een polysacharide (net als zetmeel).

In water vormt het materiaal een stroperige massa die onder invloed van calciumionen verandert in een robuuste hydrogel. Maar waar kunststoffen in veel kleuren verkrijgbaar zijn, is alginaat bijna kleurloos. Voor kunstenaars is kleur juist belangrijk en daarom voegden de onderzoekers micapoeders toe aan het alginaat. Ze maakten een alginaatop­ lossing van acht procent in water en voegden een van de acht verschillende kleuren micapigmenten toe die volledig in de oplossing werden gedispergeerd.

Daardoor ontstonden frisse, parel­ moerachtige kleuren. De onderzoekers konden de eigenschappen van de inkt bovendien sturen door meer of minder van de calciumchloride-crosslinker toe te voegen.

Het resultaat: ArtSea Ink, een nieu­ we kleurige inkt, geschikt voor 2D- en 3D-printen.

De 3D-structuren waren stabiel gedu­ rende een periode van enkele weken;

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

tenminste, als ze werden bewaard in een neutrale 200 mM calciumchloride-op­ lossing.

Hoewel het materiaal momenteel op de lange termijn nog niet stabiel is, zou dit volgens de onderzoekers juist een voor­ deel kunnen zijn omdat het, in anders dan plastic, snel biologisch afbreekt.

Het artikel ‘Pearlescent Mica-Doped Alginate as a Stable, Vibrant Medium for Two-Dimensional and Three-Dimensional Art’ is online> ACS>

NIEUWS

4 + 5 nov 2021 Messe Nürnberg ∙ NCC West

4 -7 nov 2021

International Trade Fair • Ideas • Inventions • New Products Messe Nürnberg · Hall 12

6 +7 nov 2021

Trade Fair Ticket €10,-

instead of

€12,-

Promocode: IFNL21IE iena.de/ticket

Partner:

www.iena.de

Nummer 4 2021

5, 6 & 7 APRIL 2022 | UTRECHT (WERKSPOORKATHEDRAAL) WERELDPRIMEUR: 3D-GEPRINTE STALEN BRUG GEOPEND NIEUWE GENERATIE BIOBASED POLYESTERS VOOR DUURZAME PRODUCTEN PADDLEBOARD VAN HERNIEUWBARE LICHTGEWICHT MATERIALEN AUXETISCH BETON HAALT ENERGIE UIT DE ZEE ORIGAMI-GLAS EEN NIEUWE VLOEIBARE KRISTALINKT VOOR 3D-PRINTEN

INNOVATIVE MATERIALS IS ALSO AVAILABLE IN ENGLISH WWW.INNOVATIEVEMATERIALEN.NL

MaterialDistrict Utrecht (voorheen Material Xperi­ ence) is het enige jaarlijkse evenement in Neder­ land dat materiaalfabrikanten en bestekschrijvers van materialen in alle sectoren van de ruimte­ lijke vormgeving (interieur, architectuur, tuin & landschap, vrije tijd, meubel- & interieurbouw en expositie, podium & decor).

Klik hier voor meer informatie

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

Asfalt van afvalplastic In samenwerking met het Missouri Department of Transportation (MoDOT) hebben wetenschappers van de Univer­ sity of Missouri, MU College of Engi­ neering, een nieuw asfaltachtig wegdek ontwikkeld op basis van gerecycled plastic. Asfalt-wegverhardingsmateria­ len worden meestal gemaakt van een mengsel van asfalt en ‘aggregaten’, zoals steen, zand of grind. Volgens de onderzoekers kan de chemische samen­

stelling van plastic ertoe bijdragen dat het geschikt is voor wegdekmengsels.

Asfalt en kunststoffen zijn ook chemisch min-of-meer vergelijkbaar omdat ze allebei uit ruwe olie worden gemaakt, en mengbaar zijn. Ze zijn weliswaar niet he­ lemaal compatibel, maar het is volgens de MU-onderzoekers goed genoeg om er een wegbedekkingsmateriaal van te maken.

Medewerkers in het Mizzou Asphalt Pavement and Innovation Lab, (MAPIL), met de plastic afvaldeeltjes die aan het verhardingsmengsel worden toegevoegd

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

In het Mizzou Asphalt Pavement and Innovation Lab, (MAPIL), van het MU College of Engineering, onderzoeken ingenieurs en studenten hoe verschil­ lende soorten wegwerp polyethyleen­ plastic afval kunnen worden verwerkt, zoals flessen, boodschappentassen en drinkrietjes.

Het in het laboratorium ontwikkelde mengsel wordt vervolgens getest in een echte omgeving waar het wordt aan­ gebracht als asfaltlaag op een wegdek.

Dat gebeurt overigens op een teststrook in Stadium Boulevard waar gemiddeld ongeveer 36.000 voertuigen per dag overheen rijden.

Er is ook een controlestrook die is voorzien van een conventioneel weg­ dekmengsel, goedgekeurd door MoDOT, evenals een extra testgedeelte met een wegdekmengsel dat een chemisch gemodificeerd, gerecycled rubber van gemalen schrootbanden bevat. De tests met het rubberasfalt worden overigens uitgevoerd in samenwerking met pro­ jectpartner, Asphalt Plus, LLC. Voordat een wegdekmengsel daadwer­ kelijk op commerciële schaal in Missouri kan worden toegepast in wegenprojec­ ten, moet het eerst aan de specificaties

NIEUWS van MoDOT hebben voldaan. Dat proces begint al in de ontwikkelingsfase, en wordt voortgezet in de laboratoria van de betrokken aannemers, zodra een velddemonstratieproject is voltooid.

Een belangrijk onderdeel van het project is ervoor te zorgen dat het eindproduct geen schadelijke gevolgen heeft voor het milieu. Het team werkt daarom samen met de afdeling Civiele techniek en Milieutechniek. Tot nu toe geven de resultaten aan dat de milieu-impact verwaarloosbaar lijkt te zijn.

Meer bij de University of Missouri>

Video

Het bestratingsmengsel van gerecycled plastic wordt aangebracht op een verouderd wegdek van Stadium Boulevard in Columbia in de buurt van U.S. Highway 63

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

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

Greenchoice Energy prijs voor lichtgewicht zonnepanelen Op 7 september - de zogenaamde Duur­ zame Dinsdag - werd de Greenchoice Energy prijs 2021 uitgereikt aan Solarge, voor haar lichtgewicht fotovoltaïsche modules. Solarge is in 2018 gestart met de ontwikkeling van superlichte (pv) zonnepanelen, overigens op initiatief van bouwbedrijf Heijmans, TNO, kennisin­ stituut Solliance en kunststofproducent SABIC. Dat resulteerde in een totaal nieuwe kijk op de constructie en toepas­ sing van pv-modules. De zonnepanelen van Solarge wegen minder dan de helft dan conventionele glas- en aluminium­ panelen.

Lichtgewicht

Uit onderzoek blijkt dat 30 tot 40 procent van de daken in Nederland het gewicht van traditionele zonnepanelen niet kan dragen. Dakversterking of toe­ passing van lichtgewicht zonnepanelen heeft op dit moment nog een meerprijs die de investering niet rendabel maakt.

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Door gebruik te maken van vezelver­ sterkte polymeren en een speciaal door SABIC voor dit doel ontwikkelde set materialen, ontstond de basis voor de

techniek om lichtgewicht pv-modules te produceren.

Het voordeel zit niet alleen in een laag gewicht. Volgens Solarge komt er bij de

NIEUWS productie van Solarge-modules minder CO2 vrij, waardoor het milieu minder wordt belast. Bovendien zorgen de lichtgewicht modules en het eenvoudige kliksysteem ervoor dat er minder instal­ latietijd nodig is. En last but not least: Solarge pv-modules zijn 100 procent recyclebaar; het polymeer van nieuwe zonnepanelen kan volledig worden ge­ maakt van gerecyclede materialen.

Om de prestaties te waarborgen, zijn tests en berekeningen uitgevoerd door TNO en de Technische Universiteit Eindhoven. Hoewel laboratoriumtests hebben aangetoond dat het door de mo­

dules geleverde vermogen gelijk is aan dat van conventionele glazen pv-modu­ les, was het nog onbekend of de panelen in natuurlijke buitenomstandigheden even goed zouden presteren.

Uit de tests bleek dat de temperaturen gemeten in de zonnepanelen van Solarge niet verschillen van die in conventionele glasmodulepanelen. Dit is belangrijk aangezien het rendement van zonnecel­ len afneemt bij hoge temperaturen. Met onderzoek naar de duurzaamheid van de panelen bij weersomstandigheden zoals wind, hagel, erosie, vervuiling enzovoort,

kon bovendien de robuustheid van het systeem worden aangetoond.

Meer bij Solarge>

Video

GreenBlocks GreenBlocks is afgelopen september gestart met de productie van 100 procent circulaire palletklossen uit afvalhout. Volgens het bedrijf is het de eerste keer dat in Nederland de keten wordt gesloten door afvalhout afkomstig uit eigen inzameling als grondstof in te zetten voor de productie van volledig circulaire palletklossen. In Nederland komt elk jaar twee miljoen ton afvalhout op de markt. GreenBlocks kan hiervan nu ruim 40.000 ton per jaar verwerken in haar fabriek in Coevorden. Green­ Blocks is een initiatief van PreZero. De laatste zegt met dit initiatief te reage­ ren op de groeiende behoefte aan een duurzame en economisch interessante verwerking van afvalhout in Nederland.

Palletklossen worden ook nog steeds gemaakt van gezaagd en onbehandeld hout. Dit van boomkap afkomstige hout is kostbaar en waardevol en dat terwijl afvalhout nu vaak wordt verwerkt buiten Nederland of ingezet als brandstof in bio-energiecentrales. In plaats van het hout te verbranden, kan het volgens de initiatiefnemers na gebruik prima dienst doen als grondstof voor de productie van circulaire palletklossen.

In de fabriek van GreenBlocks in Coe­ vorden wordt per dag ruim 100.000 kilo afvalhout verwerkt en ge-upcycled tot

meer dan 150.000 palletklossen. Pre­ Zero zamelt het afvalhout in, dat wordt gesorteerd en gebroken tot houtsnip­ pers die als grondstof voor de productie van palletklossen dienen. GreenBlocks verkleint dit tot droge en schone vezels en perst deze tot palletklossen, waar­ bij onder meer wordt gekeken naar de kwaliteit, dichtheid en vormvastheid van de klossen.

PreZero is een internationaal bedrijf in afval- en recyclingma­ nagement. Er werken ruim 13.000 werknemers op 280 locaties in Europa en Noord-Amerika. PreZero is onderdeel van de Duitse Milti­ national Schwarz Gruppe (Schwarz Group), die ook eigenaar is van de retailketens Kaufland en Lidl

Meer bij PreZero>

https://gruppe.schwarz/en

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

Foto: Unilin Group

Recycling van MDF-platen Unilin Group, met het hoofkwartier in Vlaanderen, zegt een innovatieve technologie te hebben ontwikkeld om houtvezels uit MDF- en HDF-platen en spaanplaten op een economisch rendabele manier terug te winnen en opnieuw te gebruiken voor de productie van kwalitatieve vezelplaten op industri­ ële schaal. Tot nu toe was het technisch onmogelijk om de 100 miljoen m3 MDFen HDF-platen die jaarlijks wereldwijd worden geproduceerd bij einde levens­ duur te recyclen.

Levensduur vedrubbelen

MDF- (Medium Density Fibreboard) en HDF- (High Density Fibreboard) vezelplaten worden veel gebruikt in de meubelindustrie, interieurbouw en voor

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

de productie van laminaatvloeren. Unilin gebruikt daarvoor herwonnen en gerecy­ cleerd hout. Dit is houtafval of hout dat niet meer bruikbaar is en dus uiteindelijk niet verbrand.

Unilin Group claimt in de eerste plaats dat geen bomen voor de productie wor­ den gekapt, maar wil nu ook de produc­ ten die men maakt opnieuw inzetten.

Volgens Unilin Panels, was het door het gebruik van lijm als bindmiddel tot dus­ ver onmogelijk om de vezels uit plaataf­ val aan het einde van hun productleven te recyclen. Het grootste deel hiervan werd na gebruik (gemiddeld veertien tot twintig jaar) meestal verbrand. Met de nieuwe techniek denkt het bedrijf de levensduur van de houtvezels te kunnen verdubbelen.

Volgende fase

In eerste instantie zal Unilin Group de techniek inzetten voor de recycling van intern gebruikt materiaal in de produc­ tiesite in Bazeilles. In een volgende fase wordt de recyclingcapaciteit uitgebreid, zodat ook extern verzamelde vezelpla­ ten en laminaatvloeren kunnen worden gerecycled. De technologie, die intussen is geoctrooieerd, is volgens het bedrijf een wereldprimeur. Tegen 2030 zou minstens 25 procent van Unilin Group’s grondstoffenmix vervangen moeten zijn door gerecyclede vezels. Daardoor blijft jaarlijks 380.000 ton aan C02 opgeslagen in de houtvezels die met de nieuwe tech­ nologie een nieuw leven krijgen.

Unilin Group>

NIEUWS 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

Syn-gips van industriëel afval Een internationaal team van weten­ schappers1 heeft een productiemethode ontwikkeld van hoogwaardige gips­ bindmiddelen op basis van synthetisch calciumsulfaatdihydraat, gemaakt van industrieel afval. Tests hebben aange­ toond dat het niet alleen voldoet aan alle eisen voor dit soort materialen, en zelfs beter scoorde dan natuurlijk gips.

Het onderzoek is inmiddels gepubliceerd in het Journal of Industrial & Engineering Chemistry (https://doi.org/10.1016/j. jiec.2021.05.006) Het team mengde zwavelzuur uit indus­ trieel afval met water en kalksteen. Het gehalte aan calciumsulfaatdihydraat in het verkregen kunstgips bleek min­

stens 95 procent van de massa van het eindproduct te zijn. In de loop van het onderzoek maakten de wetenschappers overigens drie soorten synthetisch gips: bouwgips, zeer sterk gips en anhydride.

Het bouwgips is gemaakt met behulp van traditionele technologie in een gips­ ketel. Anhydride werd ook geproduceerd volgens de traditionele technologie voor dit type gipsmateriaal door te bakken en daarna af te koelen. Een autoclaaf werd gebruikt om gips met een hoge sterkte te synthetiseren.

Volgens de onderzoekers is één van de voordelen van het produceren van bouwgipsmaterialen uit synthetisch calciumsulfaatdihydraat dat het syn­ thetisch gips direct in de vorm van een

poederproduct wordt geproduceerd. Bij de traditionele productie van gipspoeder moet gips namelijk worden vermalen, wat flink wat elektriciteit kost. De on­ derzoekers verwachten dan ook dat hun methode de productiekosten aanzienlijk kan verlagen en het productieproces eenvoudiger zal worden.

1

Een groep wetenschappers afkomstig van NUST MISIS, Belarusian State Technological University, University of Limerick and the Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus

https://en.misis.ru/university/news/ science/2021-08/7437/

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Bouwmateriaal van gerecycled beton en CO2 uit de lucht Een nieuw soort beton zou de uitstoot van de bouwsector kunnen verminderen.

Calciumcarbonaatbeton wordt gemaakt van afvalbeton en koolstofdioxide uit de lucht of industriële uitlaatgassen. Het is veelbelovend als toekomstig bouwmate­ riaal, vooral op plaatsen waar natuurlijke hulpbronnen beperkt zijn.

Professor Ippei Maruyama en C4S (Cal­ cium Carbonate Circulation System for Construction) projectmanager profes­ sor Takafumi Noguchi, beiden van de afdeling Architectuur van de Universiteit van Tokyo, hebben een nieuwe ma­ nier ontwikkeld om de emissie­niveaus veroorzaakt door betongebruik te verminderen. Ze hebben een methode gevonden om afvalbeton en opgevangen koolstofdioxide te combineren tot een bruikbare vorm van beton: calciumcar­ bonaatbeton.

bij veel lagere temperaturen dan die waarmee nu calcium uit kalksteen wordt gewonnen.

Calciumcarbonaat is een zeer stabiel materiaal, dus een duurzaam construc­ tiemateriaal. En de mogelijkheid om grote hoeveelheden materiaal en afval te recyclen is een groot voordeel, maar volgens Noguchi zijn er nog uitdagingen te overwinnen. Calciumcarbonaatbeton kan momenteel echter het typische beton nog niet vervangen. Het is niet zo sterk als conventioneel beton, maar voor sommige bouwprojecten, zoals kleine

huizen, zou dit geen probleem zijn. Ook zijn er op dit moment alleen kleine blok­ jes van enkele centimeters lang gemaakt.

Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal od Advanced Concrete Technology onder de titel ‘A New Concept of Calcium Carbonate Concrete using Demolished Concrete and CO2’. doi. org/10.3151/jact.19.1052 Universiteit van Tokio>

Geïnspireerd door de manier waarop sommige waterorganismen in de loop van de tijd uitharden tot fossielen, vroeg Maruyama zich af of hetzelfde proces dat harde calciumcarbonaatafzettingen vormt uit dood organisch materiaal op beton kan worden toegepast. Calcium is essentieel voor de reactie tussen cement en water om beton te vormen, en de onderzoekers zagen dat als een kans om een minder koolstofintensieve manier te onderzoeken om tot een soortgelijk resultaat te komen.

Het idee is om calcium uit afgedankt beton te halen, en dat te laten reage­ ren met koolstofdioxide uit industriële uitlaatgassen of zelfs uit de lucht. En dat

Twee monsters van calciumcarbonaatbeton, één met geharde cementpasta (links) en de andere met kwartszand. Beide grondstoffen zijn veelvoorkomende bouw- en sloopafvalproducten (Bron: 2021 Maruyama et al.)

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

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

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

‘Tweede leven brug’ op Floriade

Op het Floriade-terrein in Almere is een nieuwe brug opgeleverd, die gemaakt is van hergebruikte brugonderdelen. Dura Vermeer nam het initiatief om onderde­ len van een oud viaduct in te zamelen en opnieuw in te zetten in deze ‘tweede leven brug’ op de wereldtuinbouwten­ toonstelling’ Floriade van 2022.

Het betreft een fiets- en voetgangers­ brug over het Weerwater, die bijna volledig is samengesteld uit hergebruik­ te materialen. De brug bestaat voor

een groot deel uit oude brugdelen van het fiets- en voetgangersviaduct over de A27 Bolgerijsekade bij Vianen. De modules van de bovenbouw van de brug waren eenvoudig te demonteren en alle constructieve bouw­informatie uit het verleden was nog beschikbaar. Ten tijde van de demontage in 2019 wilde Dura Vermeer delen van de brug hergebrui­ ken en die kans deed zich voor toen de gemeente Almere en provincie Flevoland de Bruggencampus Flevoland-Floriade

oprichtte. De campus is bedoeld om in een praktijkomgeving ervaring op te doen met innovatieve, circulaire brug­ gen. Het ontwerp dat Dura Vermeer en Arc2 Architecten maakte voor deze ‘tweede leven brug,’ paste perfect bij die doelstelling.

Afgelopen zomer startte Meerdink Bruggen op het Floriadeterrein aan het Archerpad in Almere aan de bouw van de 130 lange circulaire brugconstructie.

Voor de hoofddraagconstructie van de nieuwe brug is gebruik gemaakt van voorgespannen prefab betonnen I-liggers. Met een vrije breedte van 4,0 meter is het brugdek licht uitgevoerd door combinatie van stalen dwars- en oplegprofielen.

De houten dekliggers en -planken zijn gemaakt van hardhouten damwanden en spoorbielzen, terwijl tweedehands stalen buispalen als fundering dienst doen. De leuning is gezaagd uit oude Azobe spoorbielzen.

DuraVermeer> Meerdink Bruggen> Arc2 Architecten>

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

Grootschalige productie van bioplastics uit reststromen stap dichterbij

Op weg naar een duurzame productie van bioplastics uit reststromen heb­ ben PHA2USE en het Interreg NWE project WoW! afgelopen zomer weer een belangrijke stap gezet. In eerste extractiecampagne op pilotschaal is het gelukt om meer dan achttien kilo PHBV te produceren uit zuiveringsslib. Het geproduceerde PHBV, een volledig bio­ logisch afbreekbare bioplastic, wordt nu door bedrijven getest op verschillende commerciële toepassingen.

De productie van bioplastics uit afvalwa­ ter gebeurt door middel van bacteriën in zuiveringsslib van afvalwaterzuiverings­ installaties. Deze bacteriën zijn in staat om organische stoffen in het afvalwater om te zetten in het bioplastic PHBV. Dit PHBV wordt door de bacteriën vervol­ gens opgeslagen in hun cel. Om het PHBV geschikt te maken voor toepassing moet het eerst uit de cellen worden gehaald. Dit gebeurt door middel van extractie. Deze extractie was tot nu toe alleen op kleinere schaal toegepast. Het is PHA2USE en Interreg NWE project WoW nu ook gelukt om op grotere schaal PHBV te extraheren. Dit maakt de weg vrij voor grootschalige bioplastic productie uit afvalwater. Deze extractie

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

vormt de aanloop naar de productie van grotere hoeveelheden in het PHA2USE project. De installatie die hiervoor nodig is, is in aanbouw en zal begin 2022 in bedrijf worden genomen.

De meer dan achttien kilo PHBV die is geëxtraheerd wordt in eerste instantie ter beschikking gesteld aan viert bedrij­ ven die actief zijn in de verwerking van (bio)plastics. Deze bedrijven gaan kijken naar de toepassing van het PHBV in hun producten. Een groot voordeel van PHBV is dat het sterk is maar ook volledig kan worden afgebroken onder natuurlijke omstandigheden. Dit maakt het PHBV interessant voor tijdelijke toepassingen zoals bijvoorbeeld in de landbouw.

Samenwerking

Deze mijlpaal in de opschaling van de productie van PHBV is mogelijk gemaakt door een unieke samenwerking tussen vijf Nederlandse waterschappen, HVC, Paques Biomaterials en onderzoekpart­ ners Wetsus en Avans hogeschool.

Paques Biomaterials> WoW! (Wider business Opportunities for raw materials from Wastewater)>

NIEUWS

Op weg naar een emissievrije cementfabriek Het Finse onderzoeksinstituut VTT heeft samen met een aantal partners een mogelijke oplossing ontwikkeld die de uitstoot van kooldioxide bij de productie van cement en ongebluste kalk aanzien­ lijk kan verminderen. Cement is verant­ woordelijk voor ongeveer zeven procent van de wereldwijde CO2-uitstoot in de wereld. Door voor de productie van calciumcarbonaat - een centraal onder­ deel van de cementproductie - groene elektriciteit te gebruiken in plaats van een verbrandingsoven, plus de toch nog vrijkomende CO2 af te vangen, is het volgens VTT mogelijk om koolstofdioxide-emissies van een cementfabriek terug te brengen tot bijna nul. De truc: een gasdichte, elektrisch verwarmde draaitrommeloven.

Met deze technologie kan de pure

koolstofdioxide uit de kalksteen worden afgevangen en vervolgens worden op­ geslagen of gebruikt bij bijvoorbeeld de vervaardiging van emissiearme produc­ ten.

Het zogenaamde Decarbonate-project, geleid door VTT, omvatte de bouw van een elektrisch verwarmde draaitrommel­ oven van twaalf meter, die vervolgens werd gebruikt om de voorcalcinering van het ruwe poeder voor cement, en de productie van zowel ongebluste kalk als ook de kalk te testen. Bij het project zijn vooraanstaande Finse bedrijven betrok­ ken, waaronder Finnsementti, Nordkalk en UPM. Volgens VTT zou de proefoven ook ingezet kunnen worden voor emis­ siereductie in andere industriële secto­ ren, zoals de batterij- en asfaltindustrie.

Volgens VTT betekent bij de huidige EU-regels een daling van de CO2-uitstoot met één ton voor een cementbedrijf een besparing van 60 euro oplevert. Dat lijkt niet veel, maar voor een middelgrote ce­ mentfabriek zou een emissiereductie van bijvoorbeeld een derde een besparing van enkele miljoenen euro’s per jaar be­ tekenen. Daarnaast levert de elektrische oven een nieuw product op: gezuiverde kooldioxide. Volgens VTT zou elektrisch aangedreven calcineren tegen de huidige prijzen al economisch levensvatbaar kun­ nen zijn, maar om de haalbaarheid ervan op industriële schaal en de daarvoor benodigde investeringen te beoordelen, is nader onderzoek nodig.

Meer bij VTT>

Voeg informatie toe aan de Kennisbank Biobased Bouwen De Biobased Economy speelt een belangrijke rol in de duurzame ontwikkeling van Nederland en biedt nieuwe kansen voor het bedrijfsleven. Via de kennisbank kunt u kennis vergaren en delen over de beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van biobased materialen, producten en bouwconcepten. Samen versterken we zo de biobased economie.

Ruim dertig partijen in de bouwsector ondertekenden de green deal biobased bouwen. Deze producenten, architecten, adviseurs en kennisinstellingen delen hun kennis rond kansrijke mogelijkheden van biobased bouwen. Ook de ministeries van Binnenlandse Zaken (Wonen en Rijksdienst), Economische Zaken, en Infrastructuur en Milieu ondersteunen de green deal.

Bouw ook mee aan de biobased economie en voeg uw project- of productbeschrijvingen toe aan deze kennisbank.

Kijk op www.biobasedbouwen.nl voor meer informatie>

advertentie.indd 1

1-2-2016 15:58:48

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 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.

New Delft Blue New Delft Blue, een project van het Nederlandse architec­ tenbureau Studio RAP, herinterpreteert het beroemde Delfts Blauw porselein, waarbij 3D-kleiprinten, computationeel ont­ werp en glasambacht worden gecombineerd. New Delft Blue zal worden toegepast in de gemeenschappelijke binnentuin van het bouwblok PoortMeesters, die wordt omlijst door twee grote toegangspoorten. De poorten zijn vier meter breed, acht meter hoog en twaalf meter diep. Ze zullen worden bedekt met ongeveer 4.000 keramische tegels.

Meer bij MaterialDistrict>

The Production of Fatigue The Production of Fatigue is een printproces dat de creatieve mogelijkheden van een bijna lege inktcartridges laat zien en de onverwachte esthetische kwaliteiten ervan blootlegt. Ontwer­ per Léa Mazy gebruikt deze printmethode voor de tegelindus­ trie en wil meer fabrieken inspireren en uitdagen tot duurzame en innovatieve visies in bestaande productieprocessen.

Meer bij MaterialDistrict>

Tex-Tiles Omdat porselein doorschijnend is, is er de mogelijkheid om LED-verlichting achter de tegel toe te voegen. Door licht op en door de tegels te laten schijnen, komt het bijzondere karak­ ter van de tegels naar voren. Door de variatie van dikker en dunner materiaal verschijnen er donkere en lichte lijnen en vormen in de tegel, waardoor de opdruk heel duidelijk is. De tegels zijn met de hand gevormd, waardoor het mogelijk is om unieke tegels te maken met een opdruk gerelateerd aan het gebouw of de omgeving.

Meer bij MaterialDistrict>

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

MAKE IT MATTER Keramisch zand Wat is het effect van zand op de kleur en structuur van kera­ miek? Ontwerper Marin Jansen experimenteerde met verschil­ lende soorten zand uit verschillende plaatsen met het toevoe­ gen van zand aan klei. Daarnaast gebruikte ze ook zand om glazuur te maken. Hetzelfde zand toegevoegd in een glazuur maar op verschillende manieren gebakken (oxidatie, 1.260 °C, reductie en oxidatie 1.050 °C) leverde verschillende interessan­ te resultaten op.

Meer bij MaterialDistrict>

Houten vloertegels De houten vloertegels van OSBvloeren.nl zijn gemaakt van FSC & PEFC-gecertificeerde nul-formaldehyde OSB (Oriented Strand Board). Het materiaal bestaat uit versnipperd hout, gemengd met een beetje formaldehyde-vrije hars, geperst tot massief houten planken. Doordat het formaldehydevrij is, is het een geschikt product voor binnen, in tegenstelling tot ‘gewone’ OSB. Alle vloeren worden exclusief op bestelling ge­ produceerd, aangezien fabrikant OSBvloeren.nl niet meer wil produceren dan nodig is.

Meer bij MaterialDistrict>

Waterweg Waterweg is een circulair beton gemaakt van bagger uit rivie­ ren en kanalen. Baggerslib wordt momenteel alleen gebruikt voor laagwaardige toepassingen, hoewel het hoge kosten, veel CO2-uitstoot en tijdverlies met zich meebrengt. In Waterweg vindt bagger echter een hoogwaardige toepassing als circulair beton. Door het gebruik van een afvalstroom en het energie­ zuinige productieproces kan dit product tot 50 procent CO2-re­ ductie behalen ten opzichte van conventioneel beton.

Meer bij MaterialDistrict>

Kerloc Kerloc is een duurzaam technisch keramiek dat wordt gebruikt voor gevels. Voor het productieproces worden laagwaardige reststoffen (Hollands populierenhout) gebruikt. Dit maakt het een biobased product. Het productieproces is uniek omdat er geen bijverwarming (oven) wordt gebruikt. Martens keramiek noemt het daarom koud keramiek. Volgens de fabrikant is Kerloc 100 procent circulair.

Meer bij MaterialDistrict>

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Er is tijdens het printproces voor gekozen om de brug op te delen in printbare onderdelen. Foto: Michiel van der Kley

Langste 3D-geprinte betonnen fietsbrug Met een lengte van 29 meter beschikt Nijmegen sinds kort over de langste betonnen 3D-fietsbrug ter wereld. Het project is uniek omdat de fietsbrug in volledige vormvrijheid is ontworpen, dankzij onderzoek aan de Technische Universiteit Eindhoven en de doorontwik­ keling van de 3D-betonprinttechniek. Kenmerkend voor de nieuwe verschijning in het Dukenburgse park De Geologenstrook zijn de ronde en glooiende vormen.

De brug is laagje voor laagje geprint in de betonprintfabriek van Saint Gobain Weber Beamix en gerealiseerd door bouwconcern BAM. Het is behalve de langste, ook de grootste betonnen brug ter wereld. Architect Michiel van der Kley kon bij het ontwerp vrij te werk gaan en werd niet belemmerd door het

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

materiaal of door traditionele processen, zoals betonbekisting.

Omdat de overspanning niet overal constant is en er dus rekening moest worden gehouden met het verande­ rende gewicht van de constructie, is er tijdens het printproces voor gekozen om de brug op te delen in printbare onder­

delen. Via een parametrisch model - dat wil zeggen op basis van data - is het definitieve ontwerp gegenereerd.

Geprinte bruggen kunnen in principe een stuk sneller gebouwd worden dan gewone bruggen, met meer flexibiliteit en meer ruimte voor gepersonaliseerde

INNOVATIEVE MATERIALEN

De 3D-betongeprinte fietsbrug in Nijmegen (Foto: Gemeente Nijmegen)

ontwerpen. Bovendien zijn ze duurza­ mer, omdat er minder beton nodig is. De ambitie van de partners van dit innova­ tieve project is om met 3D-betonprinten uiteindelijk te komen tot een duurzame bouwmethode, die ingezet kan worden voor de productie van onder meer brug­ gen en woningen.

Dat is ook de reden dat Rijkswaterstaat samen met ontwerper Van der Kley het initiatief heeft genomen voor dit project.

Zij hebben deze bijzondere brug als blijvende herinnering aan de gemeente Nijmegen geschonken ter ere van de ver­ kiezing tot European Green Capital 2018.

Voor de juiste kennis en expertise werd de hulp van de TU Eindhoven en in het bijzonder Theo Salet ingeroepen, een expert op het gebied van 3D-geprinte gebouwen. Advies- en ingenieursbureau Witteveen+Bos heeft het ontwerp van de brug vertaald naar printbare con­ structieonderdelen. Het parametrisch model van de brug is door Summum Engineering uitgewerkt.

De brug is laagje voor laagje geprint in de betonprintfabriek (Foto: Michiel van der Kley)

TUE>

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

NIEUWS

HiLo geopend

De HiLo-eenheid bevindt zich op het bovenste platform van het NEST-onderzoeks- en innovatiegebouw (Foto: Roman Keller)

HiLo, de nieuwste module van het NEST-onderzoeksgebouw van Empa en Eawag in Dueben­ dorf, Zwitserland, werd officieel geopend op 6 oktober. De innovatieve module is het resul­ taat van bijna een decennium van onderzoek van ETH Zürich op het gebied van architectuur en duurzame technologie.

NEST is het modulaire onderzoeks- en innovatiegebouw van Empa en Eawag.

Met NEST worden nieuwe technolo­ gieën, materialen en systemen getest, onderzocht, verder ontwikkeld en geva­ lideerd onder praktijkomstandigheden.

Nauwe samenwerking met partners uit onderzoek, industrie en overheid zorgt ervoor dat innovatieve bouw- en ener­ gietechnologieën sneller op de markt komen.

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

HiLo staat voor ‘high performance - low emission’. Met de unit kunnen onder­ zoekers testen hoe de constructie en exploitatie van gebouwen zo energie- en hulpbronnenefficiënt mogelijk kunnen worden ontworpen. Volgens Empa combineert HiLo oude bouwprincipes met futuristische bouwmethoden. Het dubbelgebogen betonnen dak en het nieuwe, lichtgewicht kabelvloersys­ teem zijn bijvoorbeeld geïnspireerd op

bouwmethoden uit het verleden, maar berekend en gebouwd met behulp van ultramoderne ontwerp- en fabricage­ technieken.

Met de nieuwe unit onderzocht een team van wetenschappers onder leiding van Philippe Block, hoogleraar architec­ tuur en constructies, en Arno Schlueter, hoogleraar architectuur en bouwsyste­ men, samen met industriële partners hoe lichtgewicht constructies en efficiën­

NIEUWS

Een gespannen kabelnet werd gebruikt als de primaire structuur van de bekisting van het dubbel gebogen HiLo-dak (Foto: ETH Zürich, Block Research Group/ Juney Lee)

te bouwmethoden kunnen worden ge­ combineerd met intelligent en adaptief bouwen, met het doel zo min mogelijk materiaal te gebruiken en zo effectief en schoon mogelijk te bouwen.

tiellaag, die op zijn beurt werd bedekt met textielversterking. Hierdoor ont­ stond een soort mal waarop het beton werd gespoten.

Het kabelnetwerk, textiel en betonmeng­

sel zijn zo berekend en ontworpen dat het natte beton precies de juiste vorm aanneemt. Dat rekenwerk lag in handen van Block Researcher Group het Swiss National Centre of Competence (NCCR),

Flexibele bekisting

Het dak van de HiLo-unit ontleent zijn draagvermogen aan een sterk gebo­ gen geometrie in combinatie met een betonnen sandwichconstructie, gemaakt van twee dunne lagen gewapend beton, verbonden door een raster van beton­ nen ribben en stalen ankers.

Om grote hoeveelheden bekistingsmate­ riaal te besparen, werd het dak gebouwd met een flexibele bekisting, bestaande uit een gespannen kabelnet en textiel­ weefsel.

Bij de conventionele constructie van dubbelgekromde constructies wordt vaak gebruik gemaakt van complexe en eenmalig te gebruiken, houten of EPS-bekistingen. In plaats daarvan werd het HiLo dak gemaakt met behulp van een enorme, herbruikbare steigercon­ structie, waarbinnen een netwerk van staalkabels was gespannen. Dit stalen net ondersteunde een (polymeer) tex­

De eerste laag beton wordt op de textielbekisting gespoten (Foto: ETH Zürich, Block Research Group/ Juney Lee)

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN die beide samenwerken op het gebied van digital fabrication. De door hen ontwikkelde algoritmes zorgden er voor dat de krachten optimaal over de stalen kabels werden verdeeld en het dak exact de ontworpen vorm aanneemt.

Minder materiaal

Voor de tussenvloeren van de tweelaag­ se unit hebben de onderzoekers ook ge­ probeerd zo min mogelijk materiaal in de constructie te gebruiken. Door gebruik te maken van een met ribben verstevigde kabelbaan in plaats van een vlakke plaat, is voor de vloer van HiLo 70 procent minder materiaal gebruikt in vergelij­ king met conventionele vloerplaten in gewapend beton. Bovendien maakten digitale productiemethoden de integra­ tie mogelijk van ventilatie-, koeling- en lagetemperatuur-verwarmingssystemen in de vloerstructuur.

De 3D-geprinte bekisting voor de met ribben verstevigde kabelvloer aan de oostzijde (Foto: ETH Zürich, Digital Building Technologies/Andrei Jipa

Binnenklimaat

De HiLo-unit is ook uitgerust met een adaptieve zonnegevel, ontwikkeld door de groep van Schlueter. Het bestaat uit dertig fotovoltaïsche modules die op het zonlicht kunnen worden georiën­ teerd. De flexibele modules kunnen ook worden gebruikt om de inval van het zonlicht in de ruimte te regelen.

De adaptieve zonnegevel is een van een reeks innovatieve bouwtechnologie­ componenten die zijn ontworpen voor een efficiënte regeling van het binnen­ klimaat. Tijdens het project hebben de onderzoekers het samenspel van de afzonderlijke technologieën steeds weer geoptimaliseerd en onderzocht hoe een comfortabel binnenklimaat kan worden bereikt met zo min mogelijk energiever­ bruik en emissies.

Empa> Virtual tour>

Video

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Het voltooide dubbel gekromde dak (Roman Keller)

ONDERZOEK

Hoe lang kan vezelversterkt polymeer betonconstructies beschermen?

Vezelversterkte polymeercoatings zijn een betaalbare manier om beton­ constructies uitwendig te versterken.

Maar voor hoe lang? Onderzoekers uit Korea en de VS hebben een dertien jaar durend experiment uitgevoerd om daar achter te komen.

Bij de vezelversterking van beton worden glas- of koolstofvezelversterkte polymeer (GFRP of CFRP) composieten op beton verlijmd met behulp van een epoxylijm. Deze platen bieden extra on­ dersteuning en versterken de betoncon­ structies door ze te beschermen tegen zware omgevingscondities, zoals hoge vochtigheidsniveaus en temperaturen.

Probleem is dat dezelfde omgevingsom­ standigheden mogelijk ook de betonFRP-binding kunnen verslechteren,

waardoor het FRP-beschermingssysteem voortijdig faalt.

Een onderzoeksteam van de Korea Maritime and Ocean University (KMOU), onder leiding van prof. Jaeha Lee, civiele techniek, testte zowel CFRP- als GFRP-systemen onder verschillende binnen- en buitenomgevingsomstandig­ heden op verandering in de vervorming die optreedt vóór het falen.

Ze ontdekten dat omgevingscondities een significante invloed hadden op het hechtgedrag. Aan het einde van dertien jaar werden grotere reducties in ont­ hechtingsspanningen waargenomen bij buitenbalken dan bij binnenbalken. Ver­ der varieerde het bindingsgedrag tussen materialen: veranderingen in onthech­ tingsspanning waren verwaarloosbaar

in CFRP-balken binnenshuis, terwijl er bij GFRP-balken binnenshuis een opmerke­ lijke afname was.

De onderzoekers verwachten dat hun bevindingen uiteindelijk kunnen helpen bij het kosteneffectief minimaliseren van het risico van instorting of schade aan bestaande constructies.

Meer bij KMOU> De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Composites Part B: Engineering, getiteld ‘Durability assessment of FRP-concrete bond after sustaining load for up thirteen years’.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109180

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Foto: EFPL

Bouwen met oud beton zonder cement Onderzoekers van het wetenschaps- en technologie-instituut EPFL (Lausanne, Zwitserland) hebben een prototype van een voetgangersbrug gebouwd met gewapend betonnen blok­ ken, afkomstig van muren van een gebouw dat wordt gerenoveerd. De blokken werden ter plaatse in afzonderlijke stukken gezaagd en geassembleerd tot een voorgespannen boog.

Het is volgens EPFL de eerste keer is dat beton op deze manier wordt hergebruikt. Het project maakt deel uit van een initiatief om de ecologische voetafdruk van de bouwsector aanzienlijk te verkleinen door de principes van circulaire economie toe te passen.

Op 11 oktober werd de loopbrug ingehuldigd tijdens een ceremonie in het Smart Living Lab in Fribourg.

Gewapend beton is een fantastisch constructiemateriaal en om die reden wordt het wereldwijd en op grote schaal toegepast. Maar zodra de betonnen vloeren en wanden niet meer nodig zijn, is de beste optie om het te verbrijzelen.

Het gruis dat in dat geval ontstaat wordt in het gunstigste geval hergebruikt als toeslagstof in nieuw beton. Maar om

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

dat te maken is ook weer nieuw cement nodig, en precies dat cement zorgt voor een aanzienlijke CO2-footprint. Waarom dan niet het oude beton hergebruiken in de vorm van hele componenten?

En dat is precies wat onderzoekers van het EPFL Structural Exploration Lab (SXL) voor ogen stond. Ze ontwikkelden een bouwmethode waarbij weliswaar met

beton wordt gebouwd, maar zonder dat er beton wordt gemaakt. Het gebruik van nieuw cement wordt vermeden. Het concept werd gedemonstreerd door het prototype van een voetgangersbrug, een betonnen constructie die snel en effici­ ënt werd gebouwd, zonder dat er vers beton aan te pas kwam.

INNOVATIEVE MATERIALEN Om beton effectief te kunnen herge­ bruiken, zijn nieuwe ontwerpmethoden nodig, gebaseerd op het benutten van bestaande betonsecties, in plaats van de conventionele opvatting die uitgaat van vers beton. Probleem is echter dat de eigenschappen van bestaand beton kan variëren en de eigenschappen niet altijd bekend zijn. Om die reden heeft SXL on­ langs een computerprogramma ontwik­ keld dat het proces van het selecteren van teruggewonnen elementen uit een bepaalde voorraad automatiseert en de ecologische voetafdruk van een nieuwe structuur minimaliseert.

Het onderzoeksteam riep vervolgens de kennis in van het bedrijf Diamcou­ pe, gespecialiseerd in boren, zagen en gecontroleerd slopen. Diamcoupe was op dat moment bezig met de renovatie van een gebouw dat nog geen tien jaar geleden was gebouwd. Die renovatiesite was de perfecte kans om betoncompo­ nenten te vinden. Op specificatie van het onderzoeksteam zaagde Diamcoupe de geselecteerde betonblokken op maat en boorde er gaten in voor de voorspan­ kabels. Deze kabels werden geleverd door Freyssinet en zijn gebruikt om de uiteindelijke boog te bouwen.

Zo konden de ingenieurs 20 cm dikke betonblokken voor de loopbrug bemach­ tigen. Ze voegden op plaatsen mortel toe Foto’s: EFPL

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN om verouderd beton te downcyclen worden uitgesteld.

In deze circulaire economie-aanpak zou­ den sloopbedrijven, die tot dusver aan het einde van de waardeketen stonden, ook producenten worden.

Het project van het SXL-team is volgens EPFL ook een oproep tot actie voor de bouwsector. ‘Geen enkele andere nieuwe betonnen voetgangersbrug heeft zo’n kleine ecologische voetafdruk als de onze’, zegt Fivet. ‘Stel je voor dat elke verouderde betonconstructie in blokken zou worden gesneden en gebruikt om te voldoen aan een deel van de wereld­ wijde vraag naar nieuw beton. Dat zou een grote stap zijn in de richting van het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen op het gebied van klimaatverandering.’

Referenties

Fivet C, Brütting J. ‘Nothing is lost, nothing is created, everything is reused: structural design for a circular economy.’

Struct Eng. 2020;98(1):74–81. http://infoscience.epfl.ch/record/273663 Brütting J, Vandervaeren C, Senatore G, De Temmerman N, Fivet C. ‘Environ­ mental impact minimization of reticular structures made of reused and new elements through Life Cycle Assessment and Mixed-Integer Linear Programming.’

Energy Build. 2020 May;215:109827. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109827

Voetgangersbrug, details (Foto’s: EPFL)

om de kleine verschillen in afmetingen, die onvermijdelijk zijn wanneer objecten opnieuw worden gebruikt, te egaliseren.

Het project opent volgens EFPL veel­ belovende nieuwe onderzoeksrichtin­ gen voor SXL. Volgens Corentin Fivet, assistent-professor bij EPFL en hoofd van het Structural Exploration Lab, zijn de meeste gebouwen in Zwitserland ge­ maakt van beton en is de productie van deze grondstof verantwoordelijk voor 7 procent van de CO2-uitstoot. Bovendien maakt beton gemiddeld 50 procent uit

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

van het sloopafval. Wanneer het materi­ aal het einde van zijn levensduur bereikt, wordt het in het beste geval afgebroken tot grind of granulaat om gerecyclede betonproducten te maken. Dat kost veel energie. Als in plaats daarvan betonblok­ ken zouden kunnen worden hergebruikt, kan de productie van nieuw beton wor­ den beperkt. Bovendien zou er minder afval vrijkomen. De koolstofemssies van het proces zouden niet per se nul zijn, maar ze zouden wel drastisch worden verminderd. Daarmee kan de noodzaak

Küpfer C, Fivet C. Déconstruction Sélec­ tive - ‘Construction Réversible: recueil pour diminuer les déchets et favoriser le réemploi dans la construction.’ Federal Office for the Environment FOEN; 2021. https://zenodo.org/record/4314325#.

YWVA8xpBxPZ Meer bij EPFL>

Video

ONDERZOEK

Brandveilig en comfortabel textiel Wasbestendig vlamvertragend katoenen textiel wordt doorgaans gemaakt door de stof te behandelen met vlamvertra­ gers, die zich dan chemisch binden met de cellulose in het katoen. Tot nu toe was hiervoor eigenlijk maar één groep chemicaliën geschikt: formaldehyde.

Vervelend genoeg staat formaldehyde te boek als kankerverwekkend en boven maakt het de weefsels stug. De -OH­ -groepen van cellulose worden chemisch geblokkeerd, wat het vermogen van ka­ toen om water op te nemen aanzienlijk

vermindert, met oncomfortabel textiel als gevolg.

Empa-wetenschappers hebben dit probleem weten te omzeilen door een fysiek en chemisch onafhankelijk net­ werk van vlamvertragers in het weefsel in te bouwen. Daarbij blijven de posi­ tieve eigenschappen van katoenvezels behouden.

Sabyasachi Gaan, chemicus en poly­ meertechnoloog van het Advanced Fibers-lab bij het Zwitserse Empa, heeft jarenlang gewerkt aan vlamvertragers

op basis van fosforchemie. Gaan en zijn collega's Rashid Nazir, Dambarudhar Parida en Joel Borgstädt gebruikten een fosforverbinding (trivinylfosfineoxide), die alleen reageert met specifiek toege­ voegde aminen (zoals piperazine) waar­ door een eigen netwerk in het katoen wordt gevormd. De gunstige -OH-groe­ pen worden daarbij niet geblokkeerd en het katoen wordt blijvend brandwerend.

Daarnaast houdt het fysieke fosfineoxi­ denetwerk is bovendien hydrofiel en bovendien verloopt het proces zonder het kankerverwekkende formaldehyde, dat een gevaar vormt voor textielar­ beiders tijdens de textielproductie. De zo gevormde fosfineoxidenetwerken spoelen niet uit. Na vijftig wasbeurten is 95 procent van het vlamvertragende netwerk nog in het weefsel aanwezig.

Op de nieuw ontwikkelde fosforchemie en de toepassing ervan is inmiddels een octrooi aangevraagd.

Meer bij Empa>

Sabyasachi Gaan met monsters van vlamvertragend katoenweefsel (Foto: Empa)

Het artikel ‘In-situ phosphine oxide physical networks: A facile strategy to achieve durable flame retardant and antimicrobial treatments of cellulose,’ werd afgelopen zomer gepubliceerd in Chemical Engineering Journal. Het is online>

Kom in actie voor kankeronderzoek

kwfthuismarathon.nl

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

INNOVATIEVE MATERIALEN

Stapelbare keramische elementen Een team van de Universiteit van Buffalo (UB), ontwikkelde een stapelbaar keramisch terracotta gevelsysteem dat volgens de universiteit nieuwe mogelijkheden opent voor zogenaamde gebruiker gegenereerde architectuur. Het onderzoek, dat werd uitgevoerd met een groep docenten en studenten van Alfred University’s College of Ceramics, werd gepresenteerd tijdens de Architectural Ceramic Assemblies Workshop (ACAW) 2021, die virtueel plaatsvond op 19 augustus.

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Het door UB ontwikkelde gevelprototype is gebaseerd op een systeem van gelijkvormige terracotta-eenheden die worden gestapeld en op hun plaats worden gehouden met behulp van bevestigingstechnieken die op hun beurt weer zijn afgeleid van traditioneel houtschrijnwerk. Daarbij is de ontwerp- en materiaalexpertise van Alfred University op het gebied van keramiek gecombineerd met de kennis van UB op het gebied van digitale fabricage en het ontwerpen van gevelsystemen

INNOVATIEVE MATERIALEN met terracotta.

Veel van het onderzoek vond het afgelopen jaar plaats in UB’s Sustainable Manufacturing and Advanced Robotic Technolo­ gies (SMART) Fabrication Factory in Parker Hall op de South Campus. De terracotta-eenheden werden daar gesneden en gevormd met behulp van een industriële vijfassige wa­ terstraalsnijder. Een systeem van 3D-geprinte deuvels, ook ontworpen en gefabriceerd door het UB-team, zorgde ervoor dat de stukken op hun plaats werden vergrendeld.

Het Alfred-team hield zich onder meer bezig met het ont­ werp en glazuur van de terracottategels, die overigens wer­ den gevormd met behulp van een mal en vervolgens met de waterstraal werden gesneden voordat ze worden gebakken en geglazuurd.

Het modulaire karakter en de herconfigureerbaarheid van de in elkaar grijpende onderdelen, maakt interactie met de archi­ tectuur mogelijk. Zo kan een schermwand in de zomer hoog worden gestapeld voor schaduw en in de winter juist weer worden verlaagd om meer licht binnen te laten. De natuurlijke warmtevasthoudende eigenschappen van terracotta onder­ steunen bovendien ook passieve verwarming en koeling.

Veel meer bij University of Buffalo> Foto’s: University of Buffalo

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Glaskeramiek uit kaf en as In Colombia wordt industrieel afval zoals rijstkaf of kolenas doorgaans afgevoerd naar stortplaatsen met negatieve gevol­ gen voor het milieu. Daarom besloten wetenschappers van de Universiteit van Valle (Colombia) en het Eduardo Torroja Institute for Construction Science (Span­ je) te onderzoeken of het afvalmateriaal voor iets nuttigers kon worden gebruikt, bijvoorbeeld voor glaskeramiek.

Glaskeramiek is een polykristallijn ma­ teriaal dat wordt gemaakt door gecon­ troleerde kristallisatie van basisglas.

Glaskeramische materialen combineren de sterkte van keramiek met de herme­ tische afdichting van glas. De resultaten van dit Colombiaans-Spaanse onderzoek zijn eerder dit jaar gepubliceerd in Bo­ letín de la Sociedad Española de Cerámi­ ca y Vidrio.

De wetenschappers kregen kolenas van het Lago Verde baksteenfabriek en gebruikten rijstschilas van het rijstbedrijf La Esmeralda, beide in Colombia. Na het vermalen van de as met calciumhy­ droxide in een keramische kogelmolen, mengden ze het zo verkregen poeder met zinkoxide (ZnO) en natriumtetra­ boraat (Na2B4O7), dat als vloeimiddel fungeerde.

Het glas werd dan gemaakt door de poeders gedurende twee uur bij 1450 °C te smelten.

Om het glaskeramische materiaal te kunnen maken, werd de temperatuur van de thermische behandeling van glas, die in het algemeen in alle gevallen lager was dan 1000 °C, bepaald door een diffe­ rentiële thermische analyse. Uiteindelijk

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Gesinterde monsters (Afbeelding uit het artikel)

werd het materiaal microstructureel, fysiek en mechanisch gekarakteriseerd.

Verder werd de duurzaamheid onder­ zocht, zowel in zure als alkalische omge­ vingen (HCl- en NaOH-oplossingen).

Het glaskeramiek had een dichtheid van 2607-2739 kg/m3, een wateropname van minder dan 0,1 procent, een Vickers­ -hardheid van meer dan 600 MPa en een elasticiteitsmodulus van ∼ 96 GPa. De breuktaaiheid Kic lag in het bereik van 0,39–0,59 MPa m1/2. De chemische duur­

zaamheid werd als uitstekend gekarakte­ riseerd (met massaverliezen van ∼ 0,5 mg/cm2). Volgens de onderzoe­ kers kunnen deze glaskeramieken goede kandidaten zijn voor toepassingen als onder andere bouwmaterialen, tegels, keramische platen en coatings.

Het artikel ‘Preparation of glass-ceramic materials from coal ash and rice husk ash: Microstructural, physical and mechanical properties’ staat online>

ONDERZOEK

Kunstmatig van CO2 naar zetmeel Zetmeel is het belangrijkste bestanddeel van graan en een belangrijke industriële grondstof. Momenteel wordt het voor­ namelijk geproduceerd door gewassen zoals maïs door via fotosynthese CO2 vast te leggen. Dit proces omvat onge­ veer zestig biochemische reacties met uiteindelijk een theoretische energie­ -efficiëntie van dit niet meer dan twee procent.

Wetenschappers denken intussen dat duurzame productie van zetmeel en het vastleggen van CO2 hard nodig zijn om mondiale problemen het hoofd te kun­ nen bieden, zoals voedselschaarste en klimaatverandering. Het ontwikkelen van nieuwe procesroutes voor het omzet­ ten van CO2 in zetmeel is een belangrijk aandachtspunt.

Wetenschappers van het Tianjin Institute of Industrial Biotechnology (TIB) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) ontwierpen een chemo-enzy­ matisch systeem en een kunstmatige anabole route voor zetmeel, bestaande uit slechts elf kernreacties om CO2 om te zetten in zetmeel. De resultaten zijn afgelopen september gepubliceerd in Science (DOI: 10.1126/science.abh4049).

Volgens CAS kan de kunstmatige route zetmeel uit CO2 produceren met een

efficiëntie die 8,5 keer hoger is dan de biosynthese van zetmeel in maïs.

De nieuwe route maakt het volgens de Chinese onderzoekers mogelijk om de zetmeelproductie te verschuiven van traditionele agrarische activiteit naar industriële productie, en opent een nieuwe technische route voor het synthetiseren van complexe moleculen uit CO2. Bovendien zou het ook helpen om de negatieve milieu-impact van het

gebruik van pesticiden en meststoffen te voorkomen, de voedselzekerheid van de mens te verbeteren, een koolstofneutra­ le bio-economie mogelijk te maken en uiteindelijk de vorming van een duur­ zame biogebaseerde samenleving te bevorderen.

Chinese Academie van Wetenschappen>

Zetmeelsynthese via kunstmatige zetmeel anabole route (ASAP) uit CO2 (Afbeelding: TIB/CAS)

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

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Polymeercoating zorgt dat 3D-geprint keramiek minder snel breekt 3D-geprint keramiek barst makkelijk onder spanning. Maar als het materiaal wordt bedekt met een dunne, flexibele coating van epoxy polymeer, uitgehard onder ultraviolet licht, blijken dezelfde materialen een veel betere kans te heb­ ben om heel te blijven. Onderzoekers van de Brown School of Engineering van de Rice University hebben een methode ontwikkeld voor het coaten van zoge­ naamde schwarzieten (een allotroop van koolstof) in dit geval complexe koolstof roosters die decennialang alleen in theorie bestonden, maar tegenwoordig kunnen worden gemaakt met 3D-prin­

ters. Het resultaat van hun onderzoek verscheen begin juli in Science Advances.

Schwarzieten, genoemd naar de Duitse wetenschapper Hermann Schwarz, die in de jaren 1880 de hypothese stelde dat de ‘negatief gebogen’ structuren zouden kunnen worden gebruikt waar zeer sterke maar lichtgewicht materia­ len nodig zijn, van batterijen tot botten tot gebouwen. Door zulke materialen te bedekken met een polymeerlaagje, blijken ze te gaan lijken op structuren die in de natuur voorkomen, zoals schelpen en botten.

Materiaalwetenschappers van de Rice University hebben nu met experimenten en simulaties aangetoond dat dunne, polymereercoating van niet meer dan 100 micron dik, fragiele schwarzieten tot 4,5 keer beter bestand maakt tegen breuken. De structuren kunnen onder druk nog steeds barsten, maar vallen niet uit elkaar.

Het team, met leden in Hongarije, Cana­ da en India, maakte computermodellen van de structuren, waarna die met een met polymeer doordrenkte keramische ‘inkt’ door een 3D-printer werden vorm­ gegeven.

Vervolgens werden gecoate en on­ gecoate objecten aan een drukproef onderworpen. Zoals verwacht gingen de ongecoate schwarzieten stuk, maar die met polymeercoating bleven heel.

De coating verhinderde dat scheuren zich konden voortplanten, waardoor de structuren hun vorm behielden.

De onderzoekers vergeleken de schwar­ zieten ook met gecoat massief keramiek en ontdekten dat de poreuze structuren ook inherent taaier waren.

Meer bij Rice> Het artikel ‘Damage-tolerant 3D-printed ceramics via conformal coating‘ verscheen op 7 juli in Science Advances.

Het is online>

Compressietest (Foto: Rice)

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Video drop test (Rice/YouTube)

NIEUWS

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Hout dat kan snijden als staal Er is veel vraag naar harde materialen voor technische toepassingen. Veelge­ bruikte harde materialen, zoals me­ taallegeringen en keramiek, zijn veelal duur en komen van niet-hernieuwbare grondstoffen. De productie kost vaak veel energie en heeft negatieve milieuef­ fecten. Wetenschappers van de Universi­ teit van Maryland (UMD) hebben nu een goedkoop en duurzaam hard materiaal ontwikkeld van natuurlijk hout.

De voordelen van hout als constructie­ materiaal zijn legio: het is hernieuwbaar, lichtgewicht, duurzaam en sterk, en met lagere levenscycluskosten dan veel ande­ re materialen.

Het UMD-team zegt met een relatief eenvoudige methode natuurlijk hout te kunnen verwerken tot gehard hout (hardened wood: HW) dat 23 zo sterk is als het oorspronkelijke materiaal.

Twee stappen

De truc zit hem in het optimaliseren van de cellulosestructuur. Cellulose - het hoofdbestanddeel van hout - heeft een hogere sterkte-dichtheidsverhouding dan de meeste technische materialen, zoals keramiek, metalen en polymeren.

Maar in gewoon hout, zoals dat in de bouw wordt gebruikt, worden deze mogelijkheden niet benut. Dat komt omdat hout maar voor ongeveer de helft uit cellulose bestaat, de rest is bindmid­ del, vooral hemicellulose en lignine. De UMD-onderzoekers zijn er nu in geslaagd om de zwakkere componenten te verwij­ deren zonder het celluloseskelet kapot te maken. Dit gebeurt in twee stappen.

Eerst wordt de lignine verwijderd door het hout te koken met chemicaliën.

Daarbij blijft een flexibel celluloseske­ let achter dat vervolgens heet wordt geperst tot een keihard materiaal. Ten slotte wordt het gecoat met minerale olie om de levensduur te verlengen.

Om de mogelijkheden van HW te demonstreren, hebben de UMD-weten­

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

Schema: UMD

schappers een HW-tafelmes gemaakt dat bijna drie keer zo scherp is als commer­ ciële tafelmessen. Volgens de onderzoe­ kers kan een HW-spijker bovendien net zo functioneel zijn als een stalen spijker, maar dan zonder te roesten, wat een belangrijk voordeel is boven stalen spij­ kers. Daarmee lijkt het nieuwe materiaal een hernieuwbaar en goedkoop alter­ natief te zijn voor conventionele harde materialen en zou het bijvoorbeeld plastic bestek of stalen spijkers kunnen vervangen.

alternatief is voor wegwerpgerei. Het materiaal biedt ook mogelijkheden voor bijvoorbeeld hardhouten vloeren of waar dan ook waar supersterk hout nodig is.

De behandeling met minerale oliecoa­ ting voorkomt waterschade, waardoor het mes een wasbaar en herbruikbaar

Meer bij UMD>

‘Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic’ door Bo Chen, Ulrich H.Leiste, William L. Fourney, Yu Liu, Qiongyu Chen en TengLi werd op 20 oktober gepubliceerd in Matter. (DOI: https://doi.org/10.1016/j. matt.2021.09.020)

ONDERZOEK

Op huid gebaseerde sensor laat zien hoe het lichaam beweegt Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) hebben draagbare en gevoelige sensoren gemaakt van een flexibel polymeer en bundels koolstofve­ zels, die in kleding zijn te verwerken. Net als onze huid reageren de sensoren op druk en kunnen ze de lichaamshouding meten. Daardoor zijn ze te gebruiken om bijvoorbeeld de gevolgen van de ziekten van Parkinson te monitoren, of de beweging van gewrichten te meten bij sporters. Een beschrijving van deze toepassingen is gepresenteerd in het Nature Partner Journal (NPJ) Flexible Electronics op 14 oktober.

Met sensoren is het mogelijk om de gezondheid in de gaten te houden. Maar dan liefst flexibele sensoren die geen on­ gemak opleveren. Draagbare sensoren, bijvoorbeeld verwerkt in kleding, zou­ den dan ook nuttig zijn. Ajay Kottapalli, adjunct hoogleraar aan het Engineering and Technology Instituten Groningen (ENTEG) van de RUG, heeft samen met promovendus Debarun Sengupta al ver­ schillende typen sensoren ontwikkeld, vaak gebaseerd op voorbeelden uit de natuur. Hij heeft nu sensoren gebouwd die de sensorische gevoeligheid van de huid nabootsen.

Kottapalli gebruikt voor deze sensoren koolstofvezels, gemaakt via elektrospin­ ning1. De elektrische geleiding van deze vezels verandert wanneer ze worden uit­ gerekt. Hij maakt er sensoren van door ze in te bedden in een flexibel polymeer in een patroon van loodrecht op elkaar geplaatste banen, waarbij er ‘pixels’ ontstaan als twee banen elkaar kruisen.

Elektrospinning wordt ook gebruikt om textiel te maken, en het materiaal van Kottapalli kan daarin genaaid worden.

Dat zou zelfs met geleidend garen kun­ nen, dat dan als elektrode dienst doet.

De sensoren zijn te verwerken in kleding of bijvoorbeeld handschoenen, maar ook als plakkers op gewrichten te plaat­ sen. Zij meten buigbewegingen, maar zijn ook gevoelig voor druk.

Meer bij de Rijksuniversiteit Groningen> Elektrospinning is een vezelproductiemethode die elektrische kracht gebruikt om geladen draden van polymeeroplossingen of polymeersmelten te trekken tot vezeldiameters in de orde van honderden nanometers.

Meer>

1

Het onderzoek is op 14 oktober gepresenteerd in het tijdschrift NPJ Flexible Electronics, onder de titel ‘Electrospun bundled carbon nanofibers for skin-inspired tactile sensing, proprioception and gesture tracking applications’ Het staat online>

Waar ren jij mee?

Ga naar rentegenkanker.nl

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Foto: MIT/ MIT Media Lab/Universiteit van Uppsala/KTH Royal Institute of Technology

Nieuwe vezels voor ademregulerende kleding Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), de Univer­ siteit van Uppsala en het KTH Royal In­ stitute of Technology in Zweden hebben een vezel ontwikkeld voor kleding die ‘voelt’ hoeveel het wordt uitgerekt of samengedrukt, en dan meteen voelba­ re feedback geeft in de vorm van druk, rek of trillingen. Zulke weefsels zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt in kledingstukken die zangers of atleten helpen hun ademhaling beter onder controle te houden, of die patiënten ondersteunen om na ziekte of operatie te helpen hun ademhalingspatroon te herstellen.

De meerlagige vezels bevatten in het midden een kanaaltje, dat kan worden geactiveerd door een vloeistofsysteem.

Dit systeem regelt de geometrie van de vezels door een medium, zoals perslucht of water, onder druk te zetten, waardoor de vezel als een soort kunstspier gaat

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

werken. De vezels bevatten ook rekbare sensoren die de mate van rek van de vezels kunnen meten. De composiet­ vezels zijn dun en flexibel genoeg om te worden genaaid, geweven of gebreid met standaardapparatuur.

De zachte vezelcomposiet, die lijkt op een draadstreng, heeft vijf lagen: het binnenste vloeistofkanaal, een op sili­ conen gebaseerde elastomere buis om de werkvloeistof te bevatten, een zachte rekbare sensor die spanning detecteert als een verandering in elektrische weer­ stand, een gevlochten rekbaar polymeer buitengaas dat de buitenafmetingen van de vezel regelt, en een niet-rekbaar filament dat een mechanische beperking geeft aan de algehele rekbaarheid.

De vezels, OmniFibers, werden afgelo­ pen oktober gepresenteerd op de online conferentie voor gebruikersinterfacesoft­ ware en -technologie van de Association for Computing Machinery.

Het artikel ‘OmniFiber: Integrated Fluidic Fibre Actuators for Weaving Movement based Interactions into the ‘Fabric of Everyday Life’ is geschreven door Ozgun Kilic Afsar, een gastdoctoraalstudent bij MIT; Hiroshi Ishii, de Jerome B. Wiesner hoogleraar Media Arts and Sciences; en acht anderen van het MIT Media Lab, de Universiteit van Uppsala en het KTH Royal Institute of Technology in Zweden.’ Het is online (pdf)> MIT>

Video

ONDERZOEK

Onbreekbaar glas geïnspireerd op schelpen

Wetenschappers van de Canadese Mc­ Gill University zeggen een uiterst sterk en taai glas te hebben ontwikkeld, geïn­ spireerd op de binnenste parelmoerlaag van schelpen. Het materiaal versplintert niet, maar heeft de veerkracht van plastic. Volgens de onderzoekers zou het in de toekomst kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld de schermen van mo­ biele telefoons te verbeteren.

Geïnspireerd door de natuur ontwik­ kelden de wetenschappers een nieuw composietmateriaal van glas en acryl dat parelmoer imiteert.

Parelmoer bestaat uit stijve stukjes krijt­ achtig materiaal, die zijn georiënteerd in ononderbroken parallelle, dunne laagjes.

De lagen worden van elkaar gescheiden door bladen van organische matrices die samengesteld zijn uit elastische biopoly­ meren. Door die typische materiaalop­ bouw is parelmoer zowel stijf en sterk als veerkrachtig, waardoor volgens de onderzoekers het beste van twee werel­ den wordt gecombineerd. Die structuur is verantwoordelijk voor een uitzonder­ lijke sterkte, waardoor het 3000 keer sterker is dan de materialen waaruit het is samengesteld.

Met de architectuur van parelmoer in het achterhoofd, ontwikkelden de we­ tenschappers een materiaal van laagjes glasvlokken en acryl, dat inderdaad ultrasterk is en bovendien makkelijk en goedkoop kan worden geproduceerd.

Vervolgens gingen ze nog een stap ver­ der om het aanvankelijk ondoorzichtige composiet optisch transparant te maken.

Door de brekingsindex van het acryl af te stemmen op die van het glas, wisten ze het naadloos laten versmelten tot een transparant composiet.

‘Centrifugation and index-matching yields a strong and transparent bio­ inspired nacreous composite,’ door Ali Amini, Adele Khavari, Francois Barthelat, en Allen J. Ehrlicher werd in september 2021 gepubliceerd in Science.

DOI: https://doi.org/10.1126/science. abf0277 McGill University>

Vitrum flexile Flexibel glas is vermoedelijk een verloren gegane uitvinding uit de tijd van de Romeinse keizer Tiberius Caesar. Het verhaal gaat dat een - overigens onbe­ kend gebleven - uitvinder een drinkschaal van flexibel glas - vitrum flexile - voor de keizer bracht. Toen men probeerde die te breken, deukte hij alleen maar in plaats van te versplinteren. De uitvinder kon de kom gemakkelijk met een hamertje repareren. Nadat hij had gezworen dat hij de enige persoon was die wist hoe het materiaal moest maken, liet Tiberius de man toch maar execute­ ren, uit angst dat het wonder-glas zo kostbaar was dat het de waarde van goud en zilver wellicht zou devalueren.

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

ONDERZOEK

Nieuw isolatiemateriaal: efficiëntere elektriciteitsdistributie

Illustratie: Chalmers University of Technology

Hoogspanningsgelijkstroomkabels (zo­ genaamde high-voltage direct current of HVDC-kabels) transporteren elektriciteit zo efficiënt mogelijk over lange afstan­ den en spelen een cruciale rol in de elektriciteitsvoorziening. Het optimalise­ ren van dat elektriciteitstransport is dan ook een belangrijke uitdaging. Onlangs presenteerde Chalmers University of Technology, Zweden, een nieuw isolatie­ materiaal dat tot drie keer minder gelei­ dend is, en daarmee de effectiviteit van zulke kabels aanzienlijk lijkt te kunnen verbeteren.

In de toekomst die draait op hernieuw­ bare energie, is efficiënt langeafstand­ stransport van elektriciteit essentieel.

Hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonneparken, maar ook water­ krachtcentrales - bevinden zich namelijk vaak ver van steden, waar de meeste vraag bestaat. Tijdens het transport tussen de energiebron via ondergrondse

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

HVDC-kabels mag zo min mogelijk ener­ gie verloren gaan. Daarbij speelt isolatie een essentiële rol.

Onderzoekers van Chalmers University of Technology presenteerden onlangs een nieuw isolatiemateriaal op basis van po­ lyetheen, een materiaal dat overigens al wordt gebruikt voor isolatie in bestaande HVDC-kabels. Maar door nu zeer kleine hoeveelheden - 5 ppm - van het gecon­ jugeerd polymeer poly3-hexylthiofeen (P3HT) toe te voegen, bleken de onder­ zoekers de elektrische geleidbaarheid tot drie keer te kunnen verlagen. Andere mogelijke stoffen waarmee eerder is geprobeerd om de geleidbaarheid te verminderen, zijn nanodeeltjes van verschillende metaaloxiden en andere polyolefinen, maar die vragen om veel grotere hoeveelheden.

De kleine hoeveelheden P3HT die nodig zijn, openen volgens de onderzoekers nu nieuwe mogelijkheden voor fabrikanten.

Geconjugeerde polymeren, zoals P3HT, zijn in het verleden gebruikt om flexibele en gedrukte elektronica te ontwerpen.

Dit is volgens Chalmers de eerste keer dat ze worden gebruikt en getest als een additief om de eigenschappen van een standaardplastic te veranderen. De onderzoekers denken dan ook dat hun ontdekking kan leiden tot nieuwe toe­ passingen en onderzoeksrichtingen.

Het artikel ‘Repurposing Poly (3-hexylthiophene) as a Conductivity-Reducing Additive for Polyethylene-Based High-Voltage Insulation’ is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.

Het is online> Meer bij Chalmers>

ONDERZOEK

Koelen met zout Wetenschappers van de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST, Saoedi-Arabië) hebben een eenvoudig koelsysteem ontwikkeld dat werkt met passieve zonne-energie en zout. Volgens KAUST zou de installatie voor goedkope voedsel- en woonruim­ tekoeling kunnen zorgen voor arme gebieden zonder elektriciteitsnet.

Het systeem, dat geen elektrische com­ ponenten heeft, maakt gebruik van het verkoelende effect dat optreedt wan­ neer bepaalde zouten in water worden opgelost. Na elke koelcyclus gebruikt het systeem zonne-energie om het water te verdampen en het zout te regenereren, klaar voor hergebruik.

Dat kan handig zijn want in veel delen van de wereld is er een steeds grote­ re behoefte aan koeling vanwege de klimaatverandering. Maar niet elke gemeenschap heeft toegang tot elektri­ citeit voor airconditioning en koeling.

Het team ontwierp een tweestaps koel- en regeneratiesysteem, waarbij de koeling gebaseerd is op het feit dat het oplossen van bepaalde veel voorkomen­ de zouten in water energie absorbeert, waardoor het water snel afkoelt. Nadat de prestaties van een reeks zouten

Wetenschappers van KAUST hebben een eenvoudig koelsysteem ontwikkeld op basis van zonne-energie en het verkoelende effect van verdamping van zout water (Illustratiet: Veronica Moraru / KAUST 2021)

waren onderzocht, kwam ammonium­ nitraat (NH4NO3) als beste uit de bus.

Het koelvermogen bleek meer dan vier keer groter te zijn dan dat van de naaste concurrent, ammoniumchloride (NH4Cl).

Het uitzonderlijke koelvermogen van het ammoniumnitraatzout wordt overigens toegeschreven aan de hoge oplosbaar­ heid.

Volgens KAUST is het systeem prima

geschikt voor de koeling van voedsel.

Toen het zout geleidelijk werd opgelost in water in een metalen beker die in een doos van polystyreenschuim was geplaatst, daalde de temperatuur van de beker van kamertemperatuur met onge­ veer 3,6 graden °C en bleef meer dan 15 uur onder de 15 °C. Zodra de zoutoplossing op kamertempe­ ratuur was, gebruikte het team zon­ ne-energie om het water te verdampen met behulp van een op maat gemaakte komvormige 3D zonne-regenerator.

De kom is gemaakt van een materiaal dat is ontworpen om zoveel mogelijk van het zonnespectrum te absorberen.

Terwijl het water verdampte, groeiden de NH4NO3-kristallen over de buiten­ wand van de beker. Eenmaal verzameld, vertegenwoordigt het zout in feite een opgeslagen vorm van zonne-energie, klaar om opnieuw te worden gebruikt voor koeling.

KAUST>

Het door KAUST-ingenieurs ontworpen koelsysteem kan uitstekend worden gebruikt om huizen te koelen (Illustratie: KAUST; Wenbin Wang)

Het onderzoek is inmiddels gepubliceerd in het tijdschrift Energy & Environmental Science onder de titel ‘Conversion and storage of solar energy for cooling’. Het is online>

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 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 5 2021

ENTERPRISE EUROPE NETWORK The EEN Materials Database: Request for partnership: November 2021.

Intrested? contact hans.kamphuis@rvo.nl>

A French company in the childcare industry is looking for eco-friendly plastics and packaging suppliers or manufacturers A French company in the childcare industry is looking for eco-friendly materials (recycled and bio-based materials) in plastics and packaging industries. The company researches solutions for future development to include in their range of products for babies. The company wants to establish technical cooperation agreement or manufacturing agreement.

A Czech company is looking for a suppliers of PET flakes, PET shredded preforms or PET fines from European single market countries.

A Czech company focusing on separating plastic regranulates and shredded plastics is looking for suppliers of PET flakes, shredded PET preforms or PET fines. They provide reliable and speedy service for sorting of hard-to-sort materials based on advanced technologies. Cooperation would be based on services agreement.

Italian industrial group in the packaging sector seeks innovative, green materials to increase sustainability of its products An Italian industrial group, a world leader in the packaging sector, is looking for start-ups or scale-ups offering innovative technological materials solutions to be applied to the packaging field, preferably at TRL 7, to increase sustainability of its products. Partners will work together in co-development and go-to-market strategy under technical cooperation agreement.

This request is part of an open innovation challenges programme.

Greek company processes dust from fragmented solar panels and seeks for technology aiming to remove mercury A Greek company active in the energy sector is interested in acquiring proper technology for removing mercury from dust.

The partner sought should be able to provide the technology and advise the company on the process required for comple­ ting the task independently. Collaboration sought is technical agreement.

Polish company is looking for suppliers of raw materials for production of dietary supplements A newly established Polish company interested in introducing a new food product to the Polish market - dietary supplements is looking for suppliers of raw materials such as ubiquinone - Coenzyme Q10, D-chiro-inositol, pyridoxal 5-phosphate, Acetyl L-carnitine, d-chiro inositol for supplier agreement.

An eco-responsible leather goods SME is looking for suppliers of vegetable leather, cork or cellulose in rolls A French entrepreneur had a solid experience in a large luxury house as a leather goods maker. In 2019, she started her own activity on the basis of eco-responsibility, as designer and producer of leather goods and jewelry for men and women. In order to diversify her creations, she is currently looking for new suppliers of vegetable leather, cork or cellulose in rolls in several colours. Supplier agreements are sought with long-term partners offering products of quality and eco-friendly.

39 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

AGENDA

De NVDO Sectie Techniek organiseert in samenwerking met de Bond voor Materialenkennis op donderdag 27 januari bij Stork Thermeq in Hengelo;

“Biobased materialen; Wat betekent dat voor de Kennis over Onderhoud?”

In 2050 moet Nederland volledig circulair zijn. Het gebruik van biobased materialen zou o.a. kunnen bijdragen aan het verlagen van de CO2, maar waar moet je rekening mee houden wanneer je biobased materialen gebruikt? Is er een groot verschil met ‘normale’ materialen met betrekking tot het gebruik, de veroudering en het onderhoud?

Programma (14.00-16.30 uur) Ontvangst en Registratie Welkom en Opening door de Dagvoorzitter; Jos Weekers; Senior Consultant bij Stork Asset Management Solutions en Voorzitter NVDO Sectie Techniek.

“Biobrandstoffen om energie op te wekken” Martijn Hinderdael Senior Energy Consultant at Stork Thermeq De vraag naar het gebruik van alternatieve (bio)brandstoffen wordt steeds groter. Bij installaties in verschillende industrieën zijn al aanpassingen gedaan om conventioneel gestookte stoomketels om te bouwen naar biobrandstof ketels. Zo’n transitie kan niet zomaar doorgevoerd worden. Martijn deelt de ervaringen bij twee projecten en geeft inzicht in de keuzes die gemaakt zijn, de gevolgen voor het onderhoud en in de succesfactoren voor een geslaagd biobrandstoffen project Rondleiding Stork Thermeq en Netwerkpauze Biologisch afbreekbare smeermiddelen of Milieuvriendelijkere smeermiddelen?

Kees Oskam Trainer/Consultant Van Meeuwen Industries De behoefte aan biologische smeermiddelen wordt steeds groter, maar er zijn nog veel vragen over het gebruik. Kees geeft antwoord op: -Wat zijn dit voor smeermiddelen en wat is de afbreekbaarheid hiervan?

-Wat zegt de wet- en regelgeving hierover?

-Welke schade brengt een conventioneel smeermiddel aan het milieu?

-Kunnen we smeermiddelen ook hergebruiken?

Inspiratie met het rode bankje De Dagvoorzitter spreekt een senior- en junior professional uit de praktijk over de toepassing van biobased materialen. Hierin is er ruimte voor de zaal om gezamenlijk de dialoog aan te gaan Henk Jonkers onderzoekt de ontwikkeling van innovatieve, biobased en duurzame bouwmaterialen en is wetenschappelijk adviseur van TU Delft spin-off bedrijf Basilisk Pablo Borkes richtte zich tijdens zijn afstudeerstage op de ontwikkeling van Grasfalt, een innovatief asfaltmengsel waarbij bitumen is vervangen door het biobased bindmiddel lignine dat afkomstig is uit olifantsgras

Aanmelden klik hier!

(*) Deelnemers kunnen aantonen dat ze Coronavrij zijn (via test, niet ouder dan 48 uur, of via de Corona Checkapp)

INNOVATIEVE MATERIALEN 5 2021

AGENDA

14 December, Noordwijkerhout

Meeting Materials 2021 This year’s session topics will be: • Engineering materials (including • • • •

additive manufacturing and steel manufacturing) Sustainability Artificial Intelligence in materials modelling and manufacturing Advanced Materials Characterisation Metamaterials (4TU.HTM session)

Elevator Pitches

Meeting Materials 2019 (Foto: M2i)

What began in 1997 as an annual meeting for the Dutch materials science community, existing of a dozen researchers, students and industrial partners has blossomed into an invigorating event about innovations in materials. This year we again expect over 300 participants, representatives from SME’s to renowned industrial manufacturing companies, and from international universities and research institutes. This year the Program consists of interesting workshops and presentations and of course a lot of

opportunities to expand your network.

M2i Meeting Materials 2021 is free of charge and open for everyone who is interested in materials development.

The conference is an opportunity to learn about the latest insights and developments in the field of innovative and smart materials, along with ways in which these materials can stimulate economic progress and a sustainable society. This day is co-organized with 4TU.HTM and supported by the Bond voor Materialenkennis (BvM).

SMEs (MKB) or start-ups involved in materials development are invited to participate in the yearly Elevator Pitch session. An unique opportunity to catch the attention of a very diverse audience with a 90 seconds presentation.

Exhibition of expertise

All participants in the Elevator Pitch ses­ sion will get the chance to display their products and services in the central con­ ference hall throughout the conference.

Great opportunity to network with the audience.

Interested in joining the Elevator Pitch session? Please email your input to conference@m2i.nl> More at M2i>

41 | INNOVATIEVE MATERIALEN 5 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 november 2021.

Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl iENA Nuremberg 4 - 7 november 2021, Neurenberg

Nordbygg 2022 26 - 29 april 2022, Stockholm

BOUWXPO 12 - 14 november 2021, Kortrijk

FIT Show 2022 10 - 12 mei 2022, Birmingham

3D Delta week 6 - 10 december 2021

Glasdag 2022 9 of 16 juni 2022, Leusden

Meeting Materials 2021 14 december 2021, Noordwijkerhout

SurfaceTechnology GERMANY, 21 - 23 juni 2022, Stuttgart

Digital BAU 15 - 17 februari 2022, Keulen

Ceramitec 2022 21 - 24 juni 2022

Solids 2022 16 - 17 februari 2022, Dortmund

Glasstec 2022 20- 23 september 2022, Düsseldorf

Ulmer Betontage 2022 22 - 24 februari 2022, Ulm

Bioceramics32 20 - 23 september 2022, Venetië

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

Holz 2022 11 - 15 oktober 2022, Basel

BLE.CH 2022 8 - 10 maart 2022, Bern

K Messe Düsseldorf 19 - 26 oktober 2022

ESEF 2022 15 - 18 maart 2022, Utrecht

EuroBLECH 2022, 25 - 28 oktober 2022, Hannover

Material District 5 - 7 april 2022, Utrecht

VETECO 2022 15 - 18 november 2022, Frankfurt am Main

INNOVATIEVE MATERIALEN 5 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.