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
Projecten kunnen turn-key worden uitgevoerd
Wij garanderen de emissie & grenswaarden
Engineering, bouw en onderhoud in eigen beheer
Mesys Industrial Air Systems BV
Molenstraat 27, 6914AC Herwen www.mesys.nl
+31 (0) 316 248744
Info@mesys.nl
Hoog vacuüm stofzuiginstallatie
Natfilter met slibtransporteur
Frogreiniger
Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.
Schiedam-Noord is sinds de jaren ’60 enkele decennia gebruikt als slibdepot. In de jaren ‘90 is voor de geplande woningbouw het terrein bouwrijp gemaakt door een voorbelasting van 2,70 m zand. Maar dat bleek niet-stabiel, wat resulteerde in forse zettingen. Binnen tien jaar is de wijk vervolgens een aantal maal opgehoogd zonder dat er zicht was op de eindzetting. Ingrijpende maatregelen bleken noodzakelijk. Door de ernstige zettingen moest belastingneutraal of belastingverlagend worden opgehoogd. Daarvoor zijn drie kandidaten: EPS, glasschuim en schuimbeton.
28 3D-geprinte hydrocultuur van klei
ClayPonic is een innovatief verticaal landbouwsysteem waarbij planten groeien in 3D-geprinte torens van keramiek, gemaakt van lokaal geoogste klei. Dit systeem maakt gebruik van aëroponie: de wortels hangen vrij in de lucht en worden periodiek besproeid met voedingsrijk water. Volgens ClayPonic is het systeem een duurzame, circulaire oplossing voor voedselproductie in de stad, met klei als natuurlijk en herbruikbaar groeimedium.
32 Levend bouwmateriaal dat koolstof opslaat
Aan de ETH Zürich werken onderzoekers uit verschillende disciplines aan nieuwe materialen die conventionele grondstoffen combineren met bacteriën, algen en schimmels. Hun doel is het ontwikkelen van levende materialen die dankzij de stofwisseling van micro-organismen nuttige eigenschappen hebben, zoals het vastleggen van CO₂ uit de lucht door middel van fotosynthese. Het resultaat is een (bouw)materiaal dat leeft, groeit en actief koolstof uit de atmosfeer opneemt.
34 Regenwerende gevelpanelen van walnootschillen
Kunnen voedselafvalstromen dienen als bouwmateriaal? Die vraag stond centraal in het afstudeerproject Bio-composites from food-waste van Lara Neuhaus. Zij ontwikkelde een biobased composiet op basis van walnootschillen. De eerste materiaaltesten laten veelbelovende resultaten zien. Met haar onderzoek wil ze bovendien bijdragen aan een verandering in de manier waarop we naar materialen kijken: het waarderen van imperfecties in kleur en structuur kan de weg vrijmaken voor duurzamere innovaties.
36 Voorspellingen onder druk:
poreuze materialen bestuderen met AI
Vooruitgang in kunstmatige intelligentie voor het ontwerpen van poreuze materialen kan invloed hebben op een breed scala aan vakgebieden, van orthopedische implantaten tot de volgende generatie batterijen.
Hoofdredactie: Gerard van Nifterik
Advertenties: Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl
Een digitaal abonnement in 2025 (6 uitgaven) kost € 49,71 (excl. BTW)
KIVI-leden € 37,45- (excl. BTW)
Studenten € 25,- (excl. BTW)
Een papieren abonnement in 2025 kost € 97,- (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.
Omslag: Nieuwe meetmethoden voor geluidsisolerende textiel, DITF, pag. 16
Nieuwe kans 'ademende' lithium-CO₂ batterij
Wetenschappers van de Universiteit van Surrey zeggen een doorbraak te hebben bereikt op het gebied van milieuvriendelijke batterijen die niet alleen maar energie opslaan, maar ook kunnen bijdragen aan de verlaging van de uitstoot van broeikasgassen. Deze 'ademende' batterijen geven energie af, terwijl ze koolstofdioxide opvangen, en zouden daarmee een groener alternatief zijn voor de huidige lithium-ionbatterijen.
De CO₂ ademende batterij is een batterij-concept waarbij koolstofdioxide (CO₂) wordt gebruikt als onderdeel van de batterijchemie, bijvoorbeeld als een component van de elektrolyt of een actief materiaal. Een voorbeeld is het gebruik van CO₂ om propyleencarbonaat te produceren, wat vervolgens als elektrolyt in een batterij kan worden gebruikt. Deze batterijen zouden CO₂ kunnen opnemen en omzetten, waardoor ze niet alleen energie opslaan, maar ook bijdragen aan CO₂-neutraliteit.
Tot dusver hadden lithium-CO₂-batterijen te maken met onhandige nadelen: zoals snel teruglopende efficiënte, slijtage en afhankelijkheid van dure, zeldzame materialen zoals platina. Bovendien kunnen ze niet worden opgeladen. Onderzoekers uit Surrey zeggen nu een manier te hebben gevonden om deze problemen op te lossen en wel door cesiumfosfomolybdaat (CPM) als katalysator te gebruiken. Ze wisten aan te tonen dat met deze eenvoudige verandering de batterij aanzienlijk meer energie kon opslaan, met veel minder stroom was op te laden en meer dan 100 cycli te gebruiken was.
Om te begrijpen waarom de CPM zo goed werkte, gebruikten teams van de School of Chemistry and Chemical Engineering van Surrey en het Advanced Technology Institute twee routes. Ten eerste ontmantelden ze de batterij na het opladen en ontladen om de chemische veranderingen te bestuderen. Deze ‘post-mortem’ tests toonden aan dat lithiumcarbonaat, de verbinding die ontstaat wanneer de batterij CO₂ absorbeert, betrouwbaar kon worden gevormd en afgebroken, wat een essentiële eigenschap is voor langdurig gebruik.
Vervolgens onderzochten ze hoe de reacties zich op het materiaaloppervlak voltrokken. De resultaten lieten zien hoe de stabiele, poreuze structuur van het CPM het ideale oppervlak vormde voor belangrijke chemische reacties.
De ontdekking opent volgens Surrey nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van nog betere, goedkope en eenvoudig te produceren batterijmaterialen. Met verder onderzoek naar de interacties tussen katalysatoren en elektroden en elektrolyten, zouden lithium-CO₂-batterijen in de toekomst wellicht een praktische, schaalbare optie kunnen worden om schone energie op te slaan en tegelijkertijd de koolstofuitstoot in de atmosfeer te verminderen.
Het onderzoek werd eind april gepubliceerd in Advanced Science onder de titel ‘Ultralow Overpotential in Rechargeable Li-CO2 Batteries Enabled by Caesium Phosphomolybdate as an Effective Redox Catalyst’. Het is online>
Meer bij de the University of Surrey>
Prototype van de lithium-CO2-batterij
GRX-810: een nieuwe legering voor extreme omstandigheden
Tot voor kort werd 3D-printen van motoronderdelen in de ruimtevaart belemmerd door het gebrek aan betaalbare legeringen die bestand waren tegen extreme temperaturen. Alleen zeer kostbare metaallegeringen boden voldoende weerstand, totdat onderzoekers van het Glenn Research Center van NASA in Cleveland de GRX-810 ontwikkelden.
Deze legering bestaat voornamelijk uit nikkel, kobalt en chroom. De metaalpoeders zijn voorzien van een keramische oxidecoating, die de hittebestendigheid aanzienlijk verhoogt en de prestaties verbetert. Dergelijke oxidedispersieversterkte legeringen waren lange tijd lastig en duur te produceren, maar Glenn ontwikkelde een nieuwe methode op basis van resonante akoestische menging. Daarbij worden metaalpoeders en nano-oxidedeeltjes in een container blootgesteld aan trillingen, waardoor elk deeltje volledig en blijvend wordt bedekt met het oxide. Zelfs wanneer onderdelen worden vermalen en hergebruikt, behouden ze hun bijzondere eigenschappen. De voordelen zijn evident. Waar gangbare legeringen bij 1050 graden Celsius binnen enkele uren zouden bezwijken, kan GRX-810 die omstandigheden tot een jaar doorstaan. Bovendien maakt de legering het mogelijk om via 3D-printen complexere vormen te produceren dan met traditionele fabricagemethoden.
Het bedrijf Elementum 3D uit Erie, Colorado, produceert GRX810 inmiddels in kleine én grote hoeveelheden en beschikt over een co-exclusieve licentie voor het NASA-patent. Tests met grootschalige productie laten zien dat de levensduur van het materiaal nog eens verdubbelt ten opzichte van de eerste series.
De commerciële ruimtevaart en de luchtvaartsector onderzoeken momenteel extra toepassingen. Een voorbeeld is het
gebruik van GRX-810 in flowsensoren, die de gassnelheid in turbines meten. Deze sensoren raken normaal gesproken snel beschadigd door de hoge temperaturen, maar met de nieuwe legering zouden ze veel langer meegaan. Dat kan leiden tot efficiënter brandstofgebruik, lagere emissies en minder vaak noodzakelijke vervanging van onderdelen.
Meer bij NASA>
GRX-810 is een nieuwe metaallegering die door NASA is ontwikkeld voor 3D-geprinte onderdelen. Deze legering is bestand tegen de extreme temperaturen van raketmotoren en maakt het kosteneffectief printen van onderdelen die bestand zijn tegen hoge temperaturen op een betaalbare manier mogelijk (Foto: Nasa)
Sterker en goedkoper titanium
Onderzoekers van de RMIT-universiteit in Melbourne hebben een nieuw type 3D-geprint titanium ontwikkeld dat ongeveer een derde goedkoper is dan de gangbare titaniumlegeringen. Het team maakte gebruik van gemakkelijk verkrijgbare en goedkopere alternatieve materialen om het steeds duurder wordende vanadium te vervangen. RMIT heeft inmiddels een voorlopig patent aangevraagd op deze innovatieve aanpak.
Volgens Ryan Brooke, promovendus en hoofdauteur van de studie bij het Centre for Additive Manufacturing (RCAM) van RMIT, blijkt uit tests dat de nieuwe legering sterker is en beter presteert dan standaard 3D-geprinte titaniumlegeringen, zoals Ti-6Al-4V.
Hoewel 3D-printen snellere, minder verspillende en meer op maat gemaakte productie mogelijk maakt, wordt er nog steeds veel gebruikgemaakt van conventionele legeringen zoals Ti-6Al-4V. Deze worden echter steeds duurder en remmen verdere innovatie af. ‘Het is alsof we een vliegtuig hebben gebouwd, maar er nog steeds mee door de straten rijden,' zegt Brooke op de website van RMIT.
Hij denkt dat de nieuwe soorten titanium en andere legeringen de onderzoe-
PhD-kandidaat en hoofdauteur van de studie Ryan Brooke inspecteert een monster van het nieuwe titanium (Foto: RMIT)
kers in staat stellen om de grenzen van wat mogelijk is met 3D-printen echt te verleggen. Het raamwerk voor het ontwerpen van nieuwe legeringen die in dit onderzoek zijn geschetst, is een belangrijke stap in die richting.
In het onderzoek wordt een tijd- en kostenefficiënte methode beschreven voor het selecteren van legeringselementen, met als doel optimaal gebruik te maken
van de mogelijkheden van opkomende 3D-printtechnologie.
De resultaten zijn volgens RMIT veelbelovend: de legering die het team ontwikkelde - om commerciële redenen niet bij naam genoemd - blijkt 29 procent goedkoper te produceren dan standaard titanium.
Dankzij het innovatieve ontwerp wordt het metaal bovendien gelijkmatiger geprint, waardoor de vorming van kolomvormige microstructuren wordt voorkomen. Deze structuren kunnen in sommige 3D-geprinte legeringen leiden tot ongelijke mechanische eigenschappen.
Het team onderzoekt momenteel commerciële toepassingen voor de lucht- en ruimtevaartsector en de industrie voor medische apparatuur.
Het onderzoek verscheen op 1 juli in Nature Communications onder de titel ‘Compositional criteria to predict columnar to equiaxed transitions in metal additive manufacturing’. Het is online>
Meer bij RMIT>
Recyclebare en zelf herstellende elektronica
Elektronische apparaten worden vaak weggegooid zodra ze defect raken of verouderd zijn, omdat recycling complex is en meestal weinig oplevert. Twee onderzoeksteams van Virginia Tech hebben nu een aanpak ontwikkeld die dit probleem kan verlichten.
Door storingen en voortdurende upgrades van telefoons, tablets, laptops en andere apparaten groeit de berg elektronisch afval (e-waste) snel. Volgens een VN-rapport uit 2024 is de hoeveelheid wereldwijd vrijkomende e-waste in twaalf jaar bijna verdubbeld: van 34 miljard naar 62 miljard kilogram, het equivalent van 1,55 miljoen vrachtwagens. Naar verwachting stijgt dit in 2030 tot 82 miljard kilogram. Slechts ongeveer 20 procent wordt gerecycled, een percentage dat nauwelijks verandert. Met andere woorden: we produceren steeds meer e-waste, terwijl de recycling achterblijft. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Advanced Materials, beschrijft een materiaal dat kan helpen elektronica eenvoudiger af te breken en onderdelen terug te winnen.
De basis is een vitrimeer, een dynamisch polymeer dat vervormt en opnieuw gebruikt kan worden. Dit wordt gecombineerd met druppeltjes vloeibaar metaal die elektriciteit geleiden zoals vaste metalen dat in een klassiek circuit doen. Door deze combinatie ontstaat een nieuw type printplaat die zowel stevig als recyclebaar is.
Traditionele printplaten vergen een reeks energie-intensieve stappen om ze uit elkaar te halen, waarbij vaak waardevolle metalen verloren gaan en veel afval overblijft. Bij de vitrimeerprintplaten kan het materiaal aan het einde van de levensduur worden afgebroken via alkalische hydrolyse. Daarbij komen belangrijke componenten, zoals het vloeibare metaal en leds, vrij en kunnen ze opnieuw worden gebruikt. Het volledig sluiten van de kringloop, waarbij alle onderdelen opnieuw inzetbaar zijn, blijft
onderwerp van verder onderzoek. Hoewel het niet waarschijnlijk is dat de hoeveelheid weggegooide apparaten snel zal afnemen, laat het onderzoek zien dat er wel degelijk manieren zijn om te voorkomen dat nog meer elektronica op de vuilnisbelt belandt. De ontwikkeling van duurzame materialen voor herstelbare en recyclebare circuits biedt zo een veelbelovende weg richting een meer circulaire elektronica-industrie.
Meer bij Virginia Tech>
Het onderzoek werd begin juni gepubliceerd in Advanced Materials onder de titel ‘Liquid metal-vitrimer conductive composite for recyclable and resilient electronics’. Het is online>
(Van links naar rechts) Ravi Tutika, Michael Bartlett, Josh Worch en Meng Jiang testen het recyclebare circuit dat is ontworpen door de teams werktuigbouwkunde en scheikunde (Foto: Alex Parrish voor Virginia Tech)
Het recyclebare circuit, ontworpen door teams van de faculteit Werktuigbouwkunde en de faculteit Scheikunde (Foto: Alex Parrish/Virginia Tech)
Doorbraak in droog productieproces voor lithium-ionbatterijen
Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) zeggen een belangrijke stap voorwaarts te hebben gemaakt in de ontwikkeling van een goedkoper en efficiënter droog productieproces voor de productie van lithium-ionbatterijen. Deze batterijen worden gebruikt in voertuigen en talloze elektronische apparaten. Het nieuwe procedé resulteert in elektroden die meer elektrische stroom leveren en het risico op oververhitting verminderen.
Bij de conventionele productie van batterijen worden elektrodefilms vaak gemaakt met behulp van natte organische oplosmiddelen. Dat proces vraagt om omvangrijke fabriekshallen, veel tijd en energie, en brengt bovendien kosten met zich mee voor afvalverwerking en veiligheidsmaatregelen. Droge verwerking, waarbij die oplosmiddelen worden weggelaten, kan een eenvoudiger en goedkoper alternatief zijn. Tot nu toe bleek de toepassing echter lastig, omdat droog verwerkte films snel scheuren en daardoor minder betrouwbaar zijn.
Het ORNL-team richtte zich op het versterken van deze kwetsbare structuur. Daarbij maakten de onderzoekers gebruik van lange koolstofvezels, die werden toegevoegd aan het elektrodemateriaal. De vezels verbeterden niet alleen de mechanische stabiliteit, maar vergrootten ook de flexibiliteit van de films. Bovendien zorgden ze voor een efficiënter transport van elektronen door
Hoewel ze nauwelijks groter zijn dan een vingertop, zijn deze koolstofvezelfragmenten de langste die ooit in een batterijfilm zijn verwerkt, waardoor elektronen sneller kunnen worden overgedragen (Foto: Carlos Jones/ORNL, US Dept. of Energy)
het materiaal, wat resulteerde in hogere laad- en ontlaadsnelheden.
Om de eigenschappen van het materiaal te testen, werden knoopcelbatterijen gemaakt met de nieuwe elektrodefilms. Uit die proeven bleek dat de lange koolstofvezels daadwerkelijk het verschil maakten. Waar eerdere experimenten vaak gebruikmaakten van nanovezels, is dit de eerste keer dat langere vezelstructuren zijn ingezet met dit resultaat. Volgens de onderzoekers is het aandeel vezels in het totale gewicht van de batterij slechts ongeveer één procent, terwijl de besparing op chemische oplosmiddelen
ruimschoots opweegt tegen de kosten van het materiaal.
De nieuwe methode zou de productie van lithium-ionbatterijen volgens ORNL aanzienlijk kunnen vereenvoudigen. Door de dure oplosmiddelen achterwege te laten, worden zowel de investerings- als operationele kosten verlaagd. Dat biedt niet alleen kansen voor meer duurzame productielijnen, maar kan ook bijdragen aan een sterkere concurrentiepositie van Amerikaanse fabrikanten op de wereldmarkt.
Meer bij ORNL>
Bacterie maakt steen van CO
Onderzoekers van het Laboratorium voor Bodemmechanica van de EPFL, de Hogeschool voor Toegepaste Wetenschappen en Kunsten van Zuid-Zwitserland (SUPSI) en de EPFL-start-up Medusoil SA hebben aangetoond dat Bacillus megateriumeen veelzijdig micro-organisme dat veel voorkomt in de bodem, zoet water, zeewater en zelfs op plantenoppervlakken - CO₂ kan omzetten in calciumcarbonaat (CaCO₃), het mineraal waaruit onder andere kalksteen en marmer bestaan. De resultaten zijn gepubliceerd in Scientific Reports.
Volgens de EPFL is deze studie bijzonder vanwege de kwaliteit en oorsprong van het gevormde mineraal. Bij extreem hoge CO₂-concentraties - meer dan 470 keer hoger dan de atmosferische waarde - paste B. megaterium zijn metabolisme aan. Met behulp van het enzym koolzuuranhydrase werd CO₂ omgezet in bicarbonaat, dat vervolgens met calciumionen reageerde tot vast calciet. Opmerkelijk is dat 94 procent van het gevormde mineraal direct afkomstig was van CO₂, en niet van stikstofverbindingen zoals ureum.
Bij een CO₂-concentratie die ruim 470 keer hoger ligt dan de atmosferische concentratie, doet een eenvoudige bodembacterie iets bijzonders: gas omzetten in steen (Foto: EPFL)
Het onderzoek werd op 1 juli gepubliceerd in Scientific Reports onder de titel ´Bacillus megaterium favours CO₂ mine-
ralization into CaCO₃ over the ureolytic pathway´. Het is online:
Geïnteresseerd in de onbegrensde mogelijkheden van keramiek?
Word nu lid van de Nederlandse Keramische Vereniging (NKV)
Wat doet NKV?
• kennisoverdracht, samenwerking, ontmoetingen en informatie-uitwisseling met andere (keramische) organisaties, instituten en verenigingen, in binnen- en buitenland.
• stimuleren van onderwijs en onderzoek op het gebied van keramische materialen
• contactennetwerk bieden voor de leden
• actief kennis verspreiden over keramiek en keramische materialen
• collectieve promotie van de toepassing van keramiek.
• contacten onderhouden met de European Ceramic Society (ECerS).
Meer weten over lidmaatschap, incl. gratis abonnement KGK en gratis lidmaatschap ECerS? kijk op https://nkv.kncv.nl/ of stuur een email naar: info@ceramics.nl>
Transparante coating van waterstofboride (HB) nanosheets kan virussen, bacteriën en schimmels inactiveren
De wereldwijde strijd tegen infectieziekten staat voor twee grote uitdagingen: de dreiging van nieuwe pandemieën en de alarmerende toename van antimicrobiële resistentie als gevolg van het overmatig gebruik van antibiotica. Naarmate ziekteverwekkers zich blijven ontwikkelen en verspreiden, zijn onderzoekers op zoek naar nieuwe technieken om virussen, bacteriën en schimmels effectief en gemakkelijk te bestrijden.
Tweedimensionale nanomaterialen, zoals waterstofboride (HB) nanosheets, zijn veelbelovende kandidaten in die zoektocht. HB-nanosheets zijn oorspronkelijk uitgevonden door een onderzoeksteam
van professor Takahiro Kondo van de Universiteit van Tsukuba. Aanvankelijk werd gedacht aan toepassing in elektronica, energieopslag en katalyse, maar de kansen van HB-nanosheets in biologische toepassingen bleven tot dusver onontgonnen.
In een recent onderzoek heeft een Japans onderzoeksteam onder leiding van het Material Science and Engineering van het Institute of Science Tokyo1, ontdekt dat HB-nanosheets uitstekende antibacteriële, antivirale en antischimmeleigenschappen bezitten. Ze ontdekten dat het nanomateriaal een breed scala aan pathogenen, waaronder
virussen, bacteriën en schimmels, kan inactiveren.
De onderzoekers maakten eerst transparante films door glazen substraten te coaten met een gedispergeerde oplossing van HB-nanosheets. Vervolgens testten ze deze films tegen een groot aantal verschillende micro-organismen. En met succes. De gecoate oppervlakken inactiveerden het SARS-CoV-2-, influenza- en feline calici virus (dat luchtweginfecties bij katten veroorzaakt) binnen tien minuten bij kamertemperatuur - zonder dat lichtactivering nodig was. Vergelijkbare effecten werden waargenomen tegen verschillende bacteriofagen en meerdere soorten bacteriën, zoals Escherichia coli en Staphylococcus aureus, en schimmels, zoals Aspergillus niger en Penicillium pinophilum.
Het team onderzocht vervolgens de onderliggende mechanismen achter deze breedspectrum antimicrobiële activiteit en ontdekte dat deze voortkomt uit het vermogen van de nanosheets om microbiële eiwitten te denatureren door middel van sterke fysisch-chemische interacties.
Wat deze bevindingen volgens de onderzoekers vooral interessant maakt, is de veelzijdigheid van HB-nanosheets als transparante coatingmaterialen. In tegenstelling tot antimicrobiële middelen op basis van metaal - die kunnen uitlogen of hun transparantie kunnen verliezen - en coatings op basis van fotokatalysatoren die activering door ultraviolet licht vereisen, functioneren HB-nanosheets effectief in het donker en behouden ze optische helderheid.
De onderzoekers denken dat HBnanosheets in de toekomst uitstekend
kunnen worden toegepast als transparante coatings voor artikelen en textiel om infectierisico's te verminderen. Dankzij hun schimmelwerende eigenschappen kunnen ze bovendien op diverse materialen worden gebruikt om de dagelijkse omgeving schoon te houden.
Het onderzoek werd eind april gepubliceerd in Journal of Materials Chemistry B
onder de titel ‘Broad-spectrum antimicrobial effects of hydrogen boride nanosheets’. Doi.org/10.1039/D4TB02854F
1 Het team bestond uit professor Masahiro Miyauchi en universitair hoofddocent Akira Yamaguchi van de afdeling Material Science and Engineering van het Institute of Science Tokyo, Japan, samen met promovendus Andi Mauliana, professor Takahiro Kondo van het Institute of Pure and Applied Sciences aan de Universiteit van
Tsukuba, professor Takeshi Fujita van de School of Engineering van de Technische Universiteit van Kochi, en onderzoekers Dr. Kayano Sunada, Dr. Keiichi Kobayashi, Dr. Takeshi Nagai en Dr. Hitoshi Ishiguro van het Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology
Meer bij Institute of Science Tokyo>
Nieuwe glascoating belooft energiebesparende ramen
Onderzoekers van Rice University hebben een nieuwe coating ontwikkeld die het warmteverlies via ramen sterk kan verminderen. Het gaat om een transparante, dunne film die ontstaat door koolstof in het atoomrooster van boornitride te weven. Het resultaat is een stevige laag die warmte reflecteert en tegelijkertijd bestand is tegen krassen, vocht, uv-licht en temperatuurschommelingen.
Simulaties van gebouwen in steden met koude winters, zoals New York, Peking en Calgary, laten zien dat de coating het energieverbruik voor verwarming met bijna drie procent kan terugdringen vergeleken met bestaande alternatieven.
Aangezien er alleen al in de Verenigde Staten jaarlijks miljarden vierkante meters glas worden geplaatst, kan dit leiden tot aanzienlijke besparingen.
Een belangrijk voordeel van de nieuwe coating is dat zij duurzaam genoeg is om aan de buitenkant van ramen te worden aangebracht. Traditionele low-E-coatings, die warmteverlies tegengaan door de straling van thermische energie te beperken, zijn kwetsbaar voor vocht en temperatuurschommelingen. Daardoor worden ze meestal aan de binnenzijde van glas geplaatst, waar ze beter beschermd zijn.
Voor de fabricage maakten de onder-
Onderzoekers
zoekers gebruik van gepulste laserdepositie. Bij deze methode raken korte laserpulsen een doelwit van boornitride, waardoor een plasmawolk ontstaat die zich hecht aan een substraat, in dit geval glas. Omdat dit proces bij kamertemperatuur kan plaatsvinden, is er geen hoge temperatuur nodig, wat de toepassing vergemakkelijkt.
Dezelfde afzetmethode zou ook geschikt kunnen zijn voor andere materialen, zoals polymeren, textiel en mogelijk zelfs biologische oppervlakken. Voor grootschalige toepassing denken de onderzoekers dat technieken als rol-naar-rol chemische dampdepositie of sputteren kansen bieden, mits het proces verder wordt geoptimaliseerd.
Boornitride heeft daarbij het voordeel dat het goedkoper is dan de zilver- of indiumtinoxide-coatings die momenteel veel worden gebruikt. Toch wijzen de onderzoekers erop dat de kosten moeilijk direct te vergelijken zijn, omdat de materialen verschillen in duurzaamheid en verwerkingswijze.
De eerste resultaten laten zien dat de nieuwe coating zijn optische helderheid behoudt en bestand is tegen zware omstandigheden. Daarmee lijkt de technologie veelbelovend voor energiebesparende toepassingen in gebouwen waar bestaande materialen tekortschieten.
Meer bij Rice>
en medewerkers van Rice University hebben een nieuwe coating voor glas ontwikkeld die kan helpen de energierekening te verlagen, vooral tijdens het koude seizoen, door warmteverlies via lekkende ramen te voorkomen (Foto: Jorge Vidal/Rice )
Nieuwe membraantechnologie om lithium uit water te winnen
Wetenschappers van het Argonne National Laboratory en de Universiteit van Chicago hebben een nieuwe membraantechnologie ontwikkeld waarmee lithium efficiënt uit water kan worden gehaald. Lithium, het lichtste metaal in het periodiek systeem, is onmisbaar in ons dagelijks leven. Dankzij het lage gewicht en de hoge energiedichtheid wordt het gebruikt in batterijen voor elektrische voertuigen, mobiele telefoons, laptops en militaire toepassingen. De wereldwijde vraag neemt snel toe, maar de productie is sterk afhankelijk van enkele landen en daarmee kwetsbaar voor verstoringen in de toeleveringsketen. Op dit moment wordt lithium voornamelijk gewonnen uit harde gesteenten en zoutmeren. Het grootste deel van het wereldwijde aanbod bevindt zich echter opgelost in zeewater en ondergrondse zoutwaterreserves. Winning uit die bronnen is tot nu toe te duur en inefficiënt, vooral omdat lithium moeilijk te scheiden is van veel voorkomende elementen zoals natrium en magnesium. De sleutel ligt in een methode die lithiumionen selectief kan afscheiden van andere geladen deeltjes (kationen). Hier komt het nieuwe membraan in beeld. Het is gemaakt van vermiculiet, een kleisoort die wereldwijd voorkomt en relatief goedkoop is. Onderzoekers pelden de klei af tot ultradunne laagjes, slechts
Argonne National Laboratory)
H-vormige cel voor het bestuderen van membraantransportgedrag: de ene helft bevat een zoutwatermengsel (blauwe vloeistof), de andere helft toont het resultaat na membraanscheiding (heldere vloeistof). De onderzoekers van links naar rechts: Seth Darling en Yining Liu (Foto: Argonne National Laboratory)
een nanometer dik, en stapelden deze weer op tot een filter in twee dimensies. Zonder behandeling zouden de lagen in water echter snel uit elkaar vallen, doordat ze een sterke aantrekkingskracht tot water hebben. Dit probleem werd opgelost door microscopisch kleine pilaren van aluminiumoxide tussen de lagen te plaatsen. De structuur kreeg zo het uiterlijk van een bouwwerk in aanbouw, waarbij de pilaren de verdiepingen op hun plaats houden. Deze aanpak zorgde niet alleen voor stabiliteit, maar neutraliseerde ook de negatieve oppervlaktelading van de klei.
Daarna werden natriumionen ingebracht, die zich rond de pilaren verzamelden en het membraan een positieve lading gaven. In water dragen zowel magnesium- als lithiumionen een positieve lading, maar magnesiumionen hebben een hogere waarde (+2) dan lithium (+1). Het positief geladen membraan stoot magnesium daardoor sterker
af, waardoor lithium relatief gemakkelijk wordt doorgelaten. Om de scheiding nog verder te verfijnen, voegden de onderzoekers extra natriumionen toe. Hierdoor werden de poriën van het membraan kleiner. Dat had als effect dat kleine ionen, zoals natrium en kalium, erdoorheen konden, terwijl grotere lithiumionen werden vastgehouden. Het resultaat is een membraan dat lithium kan scheiden op basis van zowel lading als grootte. Volgens de onderzoekers biedt dit een veelbelovende route om lithium efficiënter en goedkoper uit water te winnen.
De bevindingen werden eerder dit jaar gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials onder de titel ‘Pillared Laminar Vermiculite Membranes with Tunable Monovalent and Multivalent Ion Selectivity’. Het is online>
Meer bij Argonne National Laboratory>
Atomaire structuur van een vermiculietmembraan met 2D- lagen ondersteund door aluminiumoxidepilaren. Gele ballen zijn gedoteerd natriumion (Illustratie:
Nanomateriaal haalt drinkwater
uit
de lucht
Een internationaal onderzoeksteam heeft een nieuw nanomateriaal ontwikkeld waarmee efficiënt drinkwater kan worden gewonnen uit de lucht. Het materiaal kan meer dan drie keer zijn eigen gewicht aan water vasthouden en doet dit aanzienlijk sneller dan bestaande commerciële technieken. Daarmee biedt het een directe toepassing voor het produceren van drinkwater uit waterdamp.
Wereldwijd hebben naar schatting 2,2 miljard mensen geen toegang tot veilig drinkwater. Tegelijkertijd zweeft er voortdurend een enorme voorraad zoet water in de atmosfeer: ongeveer 13 miljoen gigaliter. Hoewel dit slechts een fractie is van al het water op aarde, vormt het een waardevolle bron die tot nu toe nauwelijks wordt benut.
Grafeenoxide
Het nieuwe materiaal is gebaseerd op grafeenoxide, een koolstofstructuur van één atoom dik die is voorzien van zuurstofgroepen. Grafeenoxide staat bekend om zijn vermogen om water te binden aan het oppervlak, maar de onderzoekers wilden deze eigenschap versterken. Ze voegden calciumionen toe aan de structuur, wat leidde tot een onverwacht resultaat.
Zowel grafeenoxide als calcium kunnen sterke waterstofbruggen vormen met watermoleculen. Door de combinatie werd dit effect aanzienlijk vergroot: de binding tussen het materiaal en het water werd sterker, waardoor het nanomateriaal veel meer water kon vasthouden dan voorheen.
Aerogel
Om de prestaties nog verder te verbeteren, werd het materiaal omgezet in een aerogel, een extreem licht materiaal met talloze poriën op micro- en nanoschaal. Dankzij dit enorme interne oppervlak kan de aerogel water sneller opnemen dan standaard grafeenoxide. Bovendien zorgt de sponsachtige structuur ervoor
Onderzoeker Xiaojun Ren met een monster van het nieuwe materiaal (Foto: University of New South Wales
dat het opgenomen water eenvoudig weer kan worden vrijgegeven, waardoor het proces efficiënt en herhaalbaar is.
De technologie kan in principe worden toegepast in regio’s met voldoende luchtvochtigheid maar beperkte toegang tot schoon drinkwater. Daarmee opent het perspectieven voor praktische oplossingen in gebieden waar bestaande waterbronnen schaars of vervuild zijn.
Het onderzoek combineerde experimentele studies met geavanceerde theoretische berekeningen, uitgevoerd met behulp van de supercomputer van de Australian National Computational Infrastructure in Canberra. De resultaten tonen aan dat de combinatie van grafeenoxide, calcium en aerogelstruc-
turen een veelbelovende weg biedt om de atmosfeer als bron van drinkwater te benutten.
Het onderzoek werd eind juni gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), onder de titel ‘Synergetic hydrogen-bond network of functionalized graphene and cations for enhanced atmospheric water capture’.
Meer bij de University of New South Wales (UNSW, Sydney)>
Het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft met succes twee experimentele, 3D-geprinte capsules van roestvrij staal getest in de Hoge Flux Isotopenreactor (HFIR1) van de organisatie. De uitkomst van het onderzoek is volgens ORNL een belangrijke stap in het aantonen dat 3D-geprinte onderdelen geschikt zijn voor gebruik in nucleaire installaties en kunnen voldoen aan de strikte veiligheidsvereisten die daarbij horen.
De capsules zijn ontworpen om monstermateriaal vast te houden tijdens bestralingsexperimenten. Binnen de reactoromgeving is het noodzakelijk dat materialen veilig worden omsloten. De capsules fungeren daarom als druk- en insluitingsbarrière, zodat onderzoe-
De geassembleerde capsule is gemaakt van roestvrij staal 316H, dat hoge temperatuurbestendigheid, corrosie- en stralingsbestendigheid, bewezen nucleaire prestaties en lasbaarheid biedt (Bron: ORNL, US Dept. of Energy)
Onderzoekers van ORNL gebruikten een laserpoederbedsysteem in de Manufacturing Demonstration Facility van het laboratorium om capsules van roestvrij staal (316H) in 3D te printen voor gebruik in bestralingsexperimenten. De capsule biedt een druk- en insluitingsbarrière voor het experiment, wat een cruciale veiligheidsmaatregel is (Bron: ORNL, US Dept. of Energy)
kers betrouwbaar kunnen nagaan hoe diverse materialen reageren onder de extreme omstandigheden van een kernreactor.
Voor de fabricage van de capsules maakte het ORNL-team gebruik van een laserpoederbed in de Manufacturing Demonstration Facility (MDF) van het laboratorium. Daarmee werden de capsules vervaardigd uit 316H roestvrij staal. Dat type staal staat bekend om zijn bestendigheid tegen hoge temperaturen, corrosie en straling, goede prestaties en nucleaire toepassingen en de geschiktheid voor lassen. Precies deze eigenschappen maken het materiaal waardevol voor veilige en langdurige inzet in reactoromgevingen.
De capsules werden een maand lang blootgesteld aan intensieve bestraling in de HFIR-reactor. Na afloop werden ze volledig verwijderd en zorgvuldig onderzocht. Evaluatie wees uit dat de onderdelen de extreme omstandigheden hadden doorstaan zonder hun essentiële functie te verliezen. Daarmee
tonen de resultaten volgens ORNL aan dat additieve productietechnieken, zoals 3D-printen, perspectief bieden voor de ontwikkeling van onderdelen die aan de hoge eisen van nucleaire veiligheid en prestaties moeten voldoen. Volgens ORNL vormt de demonstratie een opstap naar verdere toepassing van 3D-geprinte materialen in nucleaire installaties. Door gebruik te maken van
deze productiemethode kunnen componenten op maat worden vervaardigd, waarbij complexere ontwerpen mogelijk worden die met traditionele fabricage moeilijk of kostbaar te realiseren zijn. Dat opent dan weer nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van reactoronderdelen die beter bestand zijn tegen de unieke omstandigheden binnen kernreactoren.
1HFIR is een gebruikersfaciliteit van het Office of Science van het Amerikaanse ministerie van Energie. De Manufacturing Demonstration Facility wordt ondersteund door het Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office van hetzelfde ministerie. Binnen dit landelijke consortium werken verschillende partners samen met ORNL aan het versterken van de Amerikaanse maakindustrie en het versnellen van innovaties in materiaal- en productietechnologie.
Meer bij ORNL
Sterk, biologisch afbreekbaar plastic van bacteriële cellulose
Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een methode ontwikkeld om bacteriële cellulose om te zetten in een veelzijdig materiaal dat in de toekomst mogelijk (wegwerp) plastic kan vervangen. Het zou onder meer gebruikt kunnen worden als verpakkingsmateriaal of zelfs als wondverband.
De onderzoekers bedachten een eenvoudige en schaalbare techniek waarmee op basis van bacteriële cellulose dunne vellen kunnen worden gemaakt met een hoge treksterkte, flexibiliteit, vouwbaarheid, optische helderheid en langdurige mechanische stabiliteit.
Bacteriële cellulose (BC) is een zuiver, sterk en biologisch afbreekbaar nanomateriaal dat via fermentatieprocessen door bacteriën uit suikers wordt gevormd. Hoewel het chemisch identiek is aan plantaardige cellulose, is BC zuiverder, sterker en kan het meer vocht opnemen. Daardoor is het geschikt voor uiteenlopende toepassingen, zoals duurzame verpakkingen, medische verbanden, cosmetica en zelfs textiel. Om de eigenschappen verder te versterken, voegde het onderzoeksteam nanosheets van boornitride toe aan de voedingsoplossing voor de bacteriën. Zo ontstond een hybride van bacteriële cellulose en boornitride met verbeterde mechanische eigenschappen (treksterkte tot ongeveer 553 MPa) en thermische prestaties (tot driemaal snellere
warmteafvoer in vergelijking met eerdere materialen).
Het idee is dat de bacteriën tijdens de groei gestuurd worden om zich op een bepaalde manier te gedragen. In plaats van willekeurig te bewegen, werden ze aangezet tot een meer geordende productie van cellulose. Deze gecontroleerde aanpak, gecombineerd met een flexibele biosynthese met verschillende nanomaterialen, maakte het mogelijk om zowel structuur als extra functionaliteit in het materiaal te realiseren. Een belangrijk hulpmiddel daarbij was een speciaal ontworpen rotatiekweeksysteem: een reactievat waarin een zuurstofdoorlatende cilinder voort-
durend ronddraait om een gerichte vloeistofstroom op gang te brengen. Deze stroming zorgt voor een consistente beweging van de bacteriën, waardoor de nanofibrillen in de cellulosevellen beter uitgelijnd raken. Dat levert een steviger en functioneler eindmateriaal op.
Het onderzoek werd op 1 juli gepubliceerd in Nature Communications onder de titel ´Flow-induced 2D nanomaterials intercalatedaligned bacterial cellulose´ Het is online>
Meer bij de Universiteit van Houston>
Schoner, groener beton dat koolstofdioxide absorbeert
Van de modder-, stro- en gipsmengsels waarmee de piramides van het oude Egypte werden gebouwd tot het geavanceerde onderwaterbeton dat Romeinse ingenieurs gebruikten voor bouwwerken als het Pantheon: beton was eeuwenlang een beangrijk bouwmeteriaal. Maar het heeft ook een schaduwzijde. Betonproductie is verantwoordelijk voor circa negen procent van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen en draagt daarmee aanzienlijk bij aan klimaatverandering.
Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben nu een nieuw type beton ontwikkeld dat niet alleen lichter is, maar ook aanzienlijk meer CO₂ opneemt dan conventionele mengsels. Door 3D-printtechnieken te combineren met de fossiele structuren van microscopisch kleine algen is een beton ontstaan dat tot 142 procent meer koolstofdioxi-
Onderzoekers van het Polyhedral Structures Laboratory werken aan computerontwerp- en structurele optimalisatieprojecten (Foto: Universiteit van Pennsylvania)
Materiaalkundige Shu Yang van Penn Engineering en architect Masoud Akbarzadeh van de Weitzman School of Design werkten samen aan de ontwikkeling van een 3D-betonprintsysteem dat koolstofdioxide afvangt en de structurele prestaties van de bouwmaterialen verbetert. De oplossing is gebaseerd op diatomeeënaarde en biedt verbeterde koolstofafvang en structurele stevigheid met relatief minder materiaalgebruik. Bovenaan een 3D-geprint model van een ontwerp met een drievoudig periodiek minimaal oppervlak (TPMS)
de kan absorberen, terwijl er minder cement nodig is en de vereiste druksterkte behouden blijft.
De sleutel ligt in diatomeeënaarde (DE), een materiaal dat bestaat uit de gefossiliseerde resten van diatomeeën, microscopische algen met poreuze silicaskeletten. Deze natuurlijke structuren zijn fijn, sponsachtig en sterk, en verbeteren niet alleen de stabiliteit van beton tijdens het printproces, maar bieden ook kansen voor CO₂-opslag. Tijdens het uitharden stimuleert het interne netwerk bovendien de vorming van calciumcarbonaat, wat de opnamecapaciteit én de mechanische sterkte verder verhoogt.
Het Penn-team ontwikkelde een printbare betonnen inkt op basis van diatomeeenaarde en optimaliseerde de variabelen
voor de 3D-printer, zoals de water-bindmiddelverhouding, de spuitmondgrootte en de extrusiesnelheid. Met deze methode konden zelfdragende, poreuze structuren worden geprint die zoveel mogelijk oppervlak blootstellen aan CO₂.
De resultaten zijn indrukwekkend: de 3D-geprinte componenten gebruikten 68 procent minder materiaal dan traditionele blokken, terwijl hun oppervlak-volume-verhouding met meer dan 500 procent toenam. Een zogenaamde TPMS-kubus behield 90 procent van de druksterkte van een massief blok, maar nam 32 procent meer CO₂ op per eenheid cement.
Het onderzoek richt zich nu op opschaling naar grotere bouwdelen, zoals
vloeren, gevels en dragende panelen. Daarnaast zien de onderzoekers veel mogelijkheden voor mariene toepassingen. Dankzij de poreuze structuur en ecologische compatibiliteit zou dit beton bijzonder geschikt kunnen zijn voor kunstmatige riffen, oesterbanken en koraalplatforms.
De resultaten van het onderzoek werden vlak voor de zomer gepubliceerd in Advanced Functional Materials, onder de titel ‘3D Concrete Printing of Triply Periodic Minimum Surfaces for Enhanced Carbon Capture and Storage’. Het is online>
Meer bij de Penn University of Pennsylvania>
Exploring the Future of Advanced Recycling
The key event on advanced recycling technologies and renewable chemicals, building blocks, monomers and polymers based on recycling.
Topics of the Conference
• Markets, Investments & Policy
• Circular Economy & Ecology of Plastics
• Physical Recycling
• Chemical Recycling
• Thermochemical Recycling
• Other Advanced Recycling Technologies
• Carbon Capture and Utilisation (CCU)
• Upgrading, Pre- and Post-treatment Technologies
Nieuwe meetmethoden voor geluidsisolerende textiel
Of het nu in restaurants, kantoortuinen of scholen is, overal zijn al dan niet harde achtergrondgeluiden. Deze geluidsoverlast kan stress veroorzaken en daarmee schadelijk zijn voor de gezondheid. Om die problemen te verzachten, worden geluidsabsorberende materialen toegepast. Het Duitse Instituut voor Textiel- en Vezelonderzoek Denkendorf (Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung, DITF) werkt aan een uitgebreid systeem voor het meten en voorspellen van de akoestische eigenschappen van een groot aantal textielsoorten; wat uiteindelijk moet leiden tot de ontwikkeling van een breed scala aan geluidsabsorberende materialen.
Naast schuim worden tegenwoordig vooral non-wovens gebruikt als geluids-
absorbeerders. Dat soort materialen zijn echter relatief dik en weinig rekbaar. Textielstoffen zoals geweven of gebreid textiel zijn elastischer en flexibeler en kunnen geluid in bepaalde frequentiebereiken specifieker dempen. Daardoor kunnen ze individueel worden aangepast aan bestaande of verwachte geluidsproblemen. Deze textielstoffen worden tot nu toe echter nog maar zelden in de akoestiek gebruikt.
Om dat potentieel te kunnen benutten, stuiten onderzoekers op een probleem: de meetmethoden en simulatiemodellen die voor non-wovens worden gebruikt, zijn niet direct toepasbaar op andere soorten textiel. Non-wovens bestaan uit losjes gerangschikte, onderling verbonden vezels; ze hebben een zogenaam-
de willekeurige vezelrangschikking. In geweven en gebreide stoffen daarentegen vertoont de vezelrangschikking een terugkerend, niet-willekeurig patroon. De verschillende vezelrangschikkingen resulteren in aanzienlijke verschillen in materiaaleigenschappen. Door een gebrek aan alternatieven moeten fabrikanten van akoestisch textiel deze beperkte methoden nog steeds gebruiken voor hun productontwikkeling.
En dat is precies waar het onderzoeksproject MetAkusTex zich op richt. Volgens dr. Elena Shabalina, hoofd van het Technology Center E-Textiles & Acoustics van het DITF, moet het onderzoek ervoor zorgen dat een breed scala aan textielstructuren, waaronder 3D-textiel, hun weg vinden naar de wereld van de
Akoestische non-wovens (Foto: DITF)
akoestiek. MetAkusTex moet daarvoor het fundament leggen door nieuwe akoestische meet- en voorspellingsmethoden te ontwikkelen, waarmee de wisselwerking tussen het textiel en geluid kan worden onderzocht. Het gaat dan bijvoorbeeld over of en hoe de materialen geluid absorberen, reflecteren of verstrooien. Met behulp van wiskundige modellen zouden textiele materialen zo al in de ontwerpfase kunnen worden getest, aangepast en geoptimaliseerd voor hun akoestische effect.
De projectresultaten moeten uiteindelijk bedrijven helpen om hun productontwikkelingsprocessen efficiënter te maken en materialen gerichter te ontwerpen, bijvoorbeeld om ze duurzamer te maken. Dat verkort de time-to-market.
Het onderzoeksproject MetAkusTex werd gefinancierd door het ministerie van Economische Zaken, Arbeid en Toerisme van Baden-Württemberg als onderdeel van het programma Invest BW -Praxissprints.
Bron: Persbericht DITF, 23 juli 2025>
Geluidsabsorberende wanden en plafonds in het akoestieklab van het DITF (Foto: DITF)
Akoestiekteam van het Technologiecentrum E-Textiles & Acoustics in het akoestieklab van het DITF. Van links naar rechts: Luisa Euler, Tobias Hecht, Elena Shabalina en Ahmed Mehrem (Foto: DITF)
‘Cement met zeewier kan CO₂-voetafdruk beton verkleinen’
Na water is beton het meest gebruikte materiaal ter wereld. Een belangrijke keerzijde is dat cement - het hoofdbestanddeel van beton - verantwoordelijk is voor maar liefst tien procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Om hier iets aan te doen, hebben onderzoekers van de University of Washington (UW) een nieuw type koolstofarm beton ontwikkeld. Door gedroogd zeewierpoeder met cement te mengen, ontstond een betonmengsel met een 21 procent lager aardopwarmingseffect, terwijl het even sterk is als traditioneel beton. Dankzij machine learning-modellen wist het team deze nieuwe formule in een fractie van de normale tijd te ontwikkelen.
Voor de productie van één kilo cement komt bijna een kilo CO₂ vrij. Het grootste deel van deze uitstoot ontstaat door het gebruik van fossiele brandstoffen om de grondstoffen te verhitten voor de zogeheten calcinatie, een chemische reactie in het productieproces. Zeewier daarentegen functioneert als een koolstofput: het onttrekt CO₂ aan de lucht en
Van zeewier tot bouwmateriaal: zeewier van het type Ulva (rechts, in petrischaal) wordt eerst gedroogd (midden), vervolgens verpoederd (links) en daarna direct gemengd met traditioneel cement (in de beker). De donkere cementkubus (middenboven) bevat vijf procent zeewier (Foto: Mark Stone/University of Washington)
slaat deze op tijdens de groei. Bovendien kan zeewier een deel van het cement in beton direct vervangen, wat leidt tot een
aanzienlijk lagere koolstofvoetafdruk. Onderzoek naar alternatieve betonmengsels is doorgaans tijdrovend - alleen al omdat het ongeveer een maand duurt voordat een betonmonster volledig is uitgehard en getest kan worden. Volgens de onderzoekers zou het via conventionele methoden wel vijf jaar kunnen duren om tot een werkend alternatief te komen.
Im dit proces te versnellen, ontwikkelde het team een speciaal machine learning-model dat werd getraind met een eerste set van 24 cementformules. Op basis daarvan voorspelde het model welke mengsels kansrijk waren en getest moesten worden. De uitkomsten van deze tests werden vervolgens teruggevoerd in het model, waardoor het systeem steeds beter werd in het voorspellen van succesvolle combinaties. Uiteindelijk leidde dit tot een optimaal mengsel van met zeewier verrijkt cement, dat niet alleen een lagere CO₂-voetafdruk heeft, maar ook succesvol door de druksterktetests
Een onderzoeker perst cement in een van de drie metalen mallen. Op de tafel ernaast staan drie petrischaaltjes met zeewiermonsters
kwam. De volledige procedure duurde slechts 28 dagen.
Volgens de onderzoekers was machine learning de sleutel tot dit succes, omdat het inzicht gaf in hoe de samenstelling en structuur van zeewier de prestaties van cement beïnvloeden. De volgende stap is het uitbreiden van deze methode
naar andere soorten algen - of zelfs naar voedingsmiddelenafval - om snel en efficiënt duurzame alternatieven voor cement te ontwikkelen.
Het onderzoek werd begin juli gepubliceerd in het tijdschrift Matter onder de titel ‘Closed-loop optimization using
machine learning for the accelerated design of sustainable cements incorporating algal biomatter’. Het is online>
Meer bij de University of Washington>
AI-systeem versnelt de zoektocht naar polymeermaterialen
Wetenschappers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe materialen op basis van polymeren. In plaats van elk polymeeronderzoek vanaf nul te beginnen, besparen ze tijd en geld door bestaande polymeren te combineren om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Het samenstellen van de beste mix is echter een complexe uitdaging. Niet alleen is het aantal mogelijke combinaties vrijwel onbeperkt, maar polymeren reageren ook op ingewikkelde manieren met elkaar, waardoor de eigenschappen van een nieuwe blend moeilijk te voorspellen zijn.
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben nu een volledig autonoom experimenteel platform ontwikkeld dat efficiënt optimale polymeermengsels kan samenstellen. Het systeem is toepasbaar op onder andere eiwitstabilisatie, batterij-elektrolyten en materialen voor medicijnafgifte. Het systeem maakt gebruik van een krachtig algoritme waarmee een groot aantal mogelijke polymeermengsels onderzocht kan worden. Een selectie van combinaties wordt ingevoerd in een robotsysteem dat de chemicaliën mengt en elk mengsel test.
Op basis van de resultaten bepaalt het algoritme welke experimenten vervolgens moeten worden uitgevoerd. Dit proces gaat door totdat het uiteindelijke polymeermengsel voldoet aan de gestelde doelen van de gebruiker. Tijdens de experimenten ontdekte het
systeem autonoom honderden mengsels die beter presteerden dan hun afzonderlijke componenten. Opmerkelijk genoeg constateerden de onderzoekers dat de best presterende mengsels niet per se de beste individuele polymeren bevatten.
De werkwijze zou volgens de betrokken onderzoekers in de toekomst de ontdekking van nieuwe polymeermengsels aanzienlijk kunnen versnellen. Dat kan leiden tot innovaties zoals verbeterde batterij-elektrolyten, kostenefficiëntere
zonnepanelen en op maat gemaakte nanodeeltjes voor veiligere medicijntoediening.
Het artikel werd eind juli gepubliceerd in het tijdschrift Matter, onder de titel ‘Autonomous discovery of functional random heteropolymer blends through evolutionary formulation optimization’. Meer bij MIT>
Afbeelding: Christine Daniloff, MIT)
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.
Daon
Een team van Kyung Hee University ontwierp Daon, keramiek gemaakt van afgedankt aardewerk. Veel productieafval bereikt de markt nooit en wordt weggegooid. Door restmateriaal opnieuw te gebruiken, ontstaat een gesloten proces dat verspilling beperkt. Daon laat zien dat afval ook een bron voor ontwerp kan zijn. De methode biedt product- en interieurontwerpers en keramisten inspiratie om reststromen opnieuw in te zetten en waarde toe te kennen aan materialen die anders verloren zouden gaan.
Meer bij MaterialDistrict>
3D-geprinte, betonnen speelruimtes
In Jinan, China, ontwierp XISUI Design Boulder Park: een speeltuin van 13.000 m². Grote structuren, geïnspireerd op keien, verbinden de ruimte met het landschap. De vormen zijn zowel sculpturaal als functioneel. Ze bevatten klimroutes, glijbanen, tunnels en waterpartijen. Het park toont hoe digitale bouwtechniek en natuurlijke inspiratie samen een omgeving kunnen opleveren die spel en ontmoeting ondersteunt, terwijl de vormentaal aansluit bij de natuur eromheen.
Meer bij MaterialDistrict>
Circulaire spoorlrails
Tussen Hoofddorp en Leiden komt 30 kilometer circulaire rails, gemaakt van Nederlands gerecycled spoorstaal. Anders dan conventionele rails uit kolengestookte hoogovens, worden deze geproduceerd in vlamboogovens met schroot van oude sporen. Dit vermindert de CO₂-uitstoot met 65 procent. De rails voldoen aan veiligheids- en duurzaamheidsnormen en tonen hoe infrastructuurprojecten de milieu-impact kunnen verlagen door gebruik te maken van secundaire grondstoffen in plaats van nieuwe productieprocessen.
Meer bij MaterialDistrict>
Surf Block
In Haiku, Hawaï, wordt surfplankafval verwerkt tot Surf Block: een geïsoleerde composietbetonvorm met 85 procent gerecycled polystyreen. Het schuim is grotendeels afkomstig van afgedankte surfplanken. Hierdoor belandt minder afval op de stort. Surf Block is stevig en bestand tegen extreme weersomstandigheden. Daarmee vormt het een alternatief voor gangbare bouwmaterialen en laat het zien dat lokale afvalstromen een praktische toepassing kunnen krijgen in de woningbouw.
Meer bij MaterialDistrict>
AI-ontworpen myceliumgevel
Op Heijmans Hive in Rosmalen staat de Growing Facade, een 3D-geprint gevelsysteem gemaakt van mycelium. Het ontwerp is tot stand gekomen met kunstmatige intelligentie. Studio Klarenbeek & Dros realiseerde dit samen met Heijmans. De gevel toont hoe biobased materialen en digitale technieken elkaar aanvullen. De toepassing laat zien dat er mogelijkheden zijn voor bouwmethoden die materiaalgebruik beperken en ontwerpvrijheid vergroten, terwijl natuurlijke processen centraal staan.
Meer bij MaterialDistrict>
Van vervuilde klei naar schone bakstenen
In Doetinchem verwerkte startup Claybens 20 m³ met PFAS vervuilde klei tot 50.000 bakstenen. Deze voldoen aan de veiligheidsnormen en worden binnenkort gebruikt in een lokaal woningbouwproject. Het experiment toont dat vervuilde grond niet onbruikbaar hoeft te zijn, maar een tweede functie kan krijgen in de bouw. Zo wordt een probleemstof omgezet in een bruikbaar product dat bijdraagt aan een circulaire aanpak van lokale grondstromen.
Meer bij MaterialDistrict>
The Last Cheeseburger
Het project Temple (The Last Cheeseburger) won in 2025 de Prix du Jury op het Festival des Architectures Vives. De installatie, ontworpen door Michael Cook Architecture & Design en G2-Studio, bestaat uit een houten frame met wanden van 5.000 gerecyclede PET-flessen. De flessen vormen een lichtdoorlatend scherm dat het licht in de ruimte filtert en verzacht. Elke fles symboliseert de hoeveelheid water die nodig is om één cheeseburger te produceren.
Meer bij MaterialDistrict>
HelioSkin:
Materiaal dat beweegt als een zonnebloem
Een team van onderzoekers aan de Cornell University, onder leiding van ontwerpster Jenny Sabin, ontwikkelt een flexibel zonnemateriaal: HelioSkin. Dit materiaal beschikt over eigenschappen die de zon volgen, vergelijkbaar met de biomechanica van zonnebloemen.
Zonnepanelen bestaan uit meer dan alleen de fotovoltaïsche componenten. Dat maakt ze vaak groot, log en esthetisch onaantrekkelijk. Sterker nog: de platte, niet-flexibele samenstelling van de huidige generatie zonnepanelen kan zelfs de acceptatie van zonne-energie in de weg staan. Behalve dat ze visueel niet optimaal zijn, kunnen ze bijvoorbeeld alleen op vlakke oppervlakken worden bevestigd. Maar stel je voor dat zonnepanelen in plaats daarvan zouden bestaan uit een scharnierend, lichtgewicht materiaal dat er aantrekkelijk uitziet, zich om complexe vormen kan wikkelen,
en zich zelfs aanpast om zonlicht beter op te vangen?
Zo ontstond aan Cornell University in Ithaca (New York State) het idee voor HelioSkin, een interdisciplinair project onder leiding van Jenny Sabin, Arthur L. en Isabel B. Weisenberger hoogleraar architectuur aan de Faculteit Architectuur, Kunst en Planning1. Het doel was om een systeem te ontwikkelen dat niet alleen op passieve wijze energie opwekt, maar tegelijkertijd ook esthetisch aantrekkelijk is. Die combinatie zou volgens de onderzoekers kunnen
bijdragen aan een bredere acceptatie van zonne-energie.
Het HelioSkin-project is ontstaan uit een samenwerking tussen Sabin en Mariana Bertoni, energie-ingenieur aan de Arizona State University en tevens lid van het HelioSkin-team. Samen combineerden ze computationeel ontwerp, digitale fabricage en een 3D-printtechniek, waarmee ze zonnepanelen ontwikkelden die zowel de lichtabsorptie als de architectonische waarde verbeteren. Het voorlopige resultaat is een soort foliemateriaal dat bestaat uit een rekbare textiele onder-
laag, met daarbovenop een getegelde, bio-geïnspireerde huid waarin fotovoltaische cellen zijn geïntegreerd. Die cellen reageren op de stand van de zon aan de hemel en volgen deze beweging, vergelijkbaar met zonnebloemen of andere planten (zogenaamde heliotropie).
Een belangrijk inzicht bij het begrijpen van dit mechanisme kwam uit de modelplant Arabidopsis, die vanwege zijn eenvoudige celstructuur veel wordt gebruikt in biologisch onderzoek. Aan de schaduwzijde van deze plant zwellen de cellen met 25 procent, waardoor de stengel tot 90 graden in de richting van de zon kan buigen. Het flexibele ontwerp van HelioSkin, dat minder energie
verbruikt door gebruik te maken van geometrische technieken zoals origami en kirigami, is op deze natuurlijke beweging geïnspireerd.
Het uiteindelijke doel is een mechanisch bewegende zonnecollector te ontwikkelen voor toepassingen zoals uitschuifbare daken, stadions en wolkenkrabbers. Om dat voor elkaar te krijgen, is het team onlangs gestart met een driejarig pilotproject, waarin kleine zonneluifels voor achtertuinen worden gebouwd die op termijn kunnen worden opgeschaald naar stadsparken.
In het tweede jaar van het project wil het team een werkend prototype van een overkapping op ware grootte voor de achtertuin realiseren, dat mogelijk licht en stroom kan leveren voor buitenapparatuur. In het derde en laatste jaar moet de verdere commercialisering worden voorbereid.
1 In samenwerking met Itai Cohen, hoogleraar natuurkunde aan de Faculteit Kunst en Wetenschappen, en Adrienne Roeder, hoogleraar bij de sectie Plantenbiologie aan de School of Integrative Plant Science, aan de Faculteit Landbouw- en Levenswetenschappen en aan het Weill Institute for Cell and Molecular Biology
Meer bij Cornell University>
Zettingsarme evenwichtsfunderingen
Schiedam-Noord is sinds de jaren ’60 enkele decennia gebruikt als slibdepot. In totaal is er circa vijf meter havenslib op het maaiveld aangebracht. In de jaren ‘90 is voor de geplande woningbouw het terrein bouwrijp gemaakt door een voorbelasting van 2,70 m zand. Vrij snel na oplevering van de eerste woonblokken bleek dat het bouwrijp maken door voorbelasting een onvoldoende stabiele basis vormde voor de infrastructuur, wat resulteerde in forse zettingen. Binnen tien jaar is de wijk vervolgens een aantal maal opgehoogd zonder dat er zicht was op de eindzetting. Ingrijpende maatregelen bleken noodzakelijk. Door de ernstige zettingen moest belastingneutraal of belastingverlagend worden opgehoogd.
In 2006 waren de extreme zettingen in een deel van Schiedam-Noord opgelopen tot 1,20 meter. Geotechnische berekeningen gaven aan dat bij nieuwe zandophogingen de zettingen opnieuw zouden optreden en pas na vier volledige wijkreconstructies de eindzetting van de
bodem in zicht zou komen. Tevens bleek, door de enorme toename van negatieve kleef en horizontale belasting op de heipalen van de woningen, de kans op schade zeer groot. Vanwege reeds opgetreden deformaties werd een woonblok uit voorzorg gesloopt.
Het was het gemeentebestuur van Schiedam duidelijk dat ingrijpende maatregelen noodzakelijk waren om de zettingsproblematiek in Schiedam-Noord definitief op te lossen. Omdat er nog weinig ervaring was met het zettingsarm ophogen werd een bouwteam van
specialisten gevormd om de werkzaamheden voor te bereiden en later uit te voeren (het bouwteam bestond uit de gemeente Schiedam, Van Dijk Maasland, Civieltechnisch Buro Cite en Fugro). De afgelopen 20 jaar heeft gemeente Schiedam in de verschillende deelgebieden/ woonwijken met verschillende technieken en lichtgewicht materialen gewerkt, waardoor veel ervaring is opgedaan en een goede vergelijking mogelijk is.
Deelgebied 1, woonwijk De Velden
In woonwijk De Velden waren de zettingen het grootst; tot wel 1,20 m. De nog aanwezige restzetting (zonder op te hogen) bedroeg nog 0,70 meter, die zou toenemen naar 1,30 m als met zand zou worden opgehoogd. Geotechnische berekeningen toonde aan dat een belastingreductie van circa 12 kN/m2 nodig was om de zettingen te stoppen. Dit is gerealiseerd door 0,50 m zand af te gra-
ven en af te voeren en de grondwaterstand met 0,30 m te verhogen. Dit was mogelijk doordat het gebied een grote drooglegging kende als gevolg van de slib- en zandophogingen in het verleden.
EPS
De toegepaste ophoogconstructie bestond uit 1,70 m EPS, 1,00 m zand, 0,10 m puingranulaat en een klinkerverharding. In een werkgang werd 1,5 m ontgraven, waarvan 0,5 m zand werd afgevoerd en 1 m zand weer werd toegepast boven de EPS. De grondwaterstand bevond zich 3,0 m beneden maaiveld, gelijk aan de onderzijde van de EPS. Dit heeft als voordeel dat reeds bij geringe restzetting de opwaartse kracht van het EPS zal toenemen en de zetting uitdempt.
De bodemopbouw (2,7 m zand op slib) en de lage grondwaterstand maakte het mogelijk om het EPS relatief diep aan te brengen, waardoor de kabels en leidingen zonder aanvullende maatregelen (traditioneel) in het pakket zand boven de EPS konden worden aangebracht. De jarenlange monitoring die na realisatie hebben plaatsgevonden hebben aangetoond dat het deelgebied nagenoeg zettingsvrij is gebleven en ruimschoots aan de gestelde restzetting van 20 cm in 30 jaar voldoet.
Verzakkingen in woonwijk De Velden
EPS hardschuim in woonwijk De Velden
Lessons Learned:
• Een grondige kennis van de in het verleden uitgevoerde ophogingen en grondwaterstandwijzigingen en gedegen geotechnische berekeningen geven inzicht in de nog bestaande restzettingen en benodigde belastingverlaging die noodzakelijk is om het zettingsproces tot stilstand te brengen;
• In een goed samengesteld bouwteam kan ieder zijn expertise inbrengen met hetzelfde doel: het komen tot de technisch en financieel optimale constructie;
• Wanneer het technisch mogelijk is dienen de kabels en leidingen bij voorkeur in een traditioneel zandbed te liggen om vertragingen in de voorbereiding te voorkomen;
• In extreem verzakte gebieden heeft van gevel tot gevel ophogen de voorkeur. Wanneer de ophoging
zich beperkt tot alleen het openbaar gebied dan bestaat het gevaar dat de particuliere voortuinen alsnog met zwaar materiaal worden opgehoogd, wat resulteert in ongewenste zettingen langs de randen van het openbaar gebied.
Deelgebied 2, woonwijk Sveadal & Ambachtenbuurt
Na De Velden zijn nog enkele woonwijken in Schiedam-Noord opgehoogd met EPS. Dit betrof Kethel-Oost, De Akkers, Botenbuurt en Kastelenbuurt. In totaal is er meer dan 100.000 m3 EPS toegepast.
Schuimglas
Op zoek naar een duurzamer lichtgewicht alternatief heeft gemeente Schiedam ìn 2021 besloten om een grootschalige proef uit te voeren in de woonwijken Sveadal en de Ambachtenbuurt met schuimglas. In tegenstelling tot EPS-hardschuim is schuimglas geen
aardolieproduct en is gemaakt van gerecycled afvalglas. Met dit materiaal was nog niet veel ervaring en de meeste leveranciers konden destijds nog niet voldoen aan de uitloog-eisen van Besluit bodemkwaliteit (Bbk).
Voor de grootschalige toepassing van circa 20.000 m3 ging Van Dijk Maasland op zoek naar geschikt schuimglas binnen de eisen van het BBK. Dat werd gevonden bij de firma Glapor in Duitsland. Gedurende het project is het materiaal ook officieel gecertificeerd en vrij toepasbaar verklaard. Dit hoogwaardige materiaal wordt tegenwoordig geleverd onder de naam EcoBase schuimglas HLC door Rotim ICP in Rosmalen.
Schuimglas heeft een volumieke massa van 200 kg/m3 en is hiermee wat zwaarder dan EPS maar heeft wel een veel hogere sterkte en stijfheid, waardoor de bovenliggende fundering van zand of puingranulaat minder dik hoeft te zijn.
In de wijk Sveadal waren de maximale zettingen minder dan in de andere wijken (max 0,90 m) en is de restzettingseis verruimt naar 0,25 m in 30 jaar. Dit maakt het geotechnisch mogelijk om met een mindere laagdikte en een hogere volumieke massa op te hogen, waardoor het schuimglas voldeed.
Tevens gaven de aanvullende duurzaamheidseisen (laagste MKI ten opzichte van EPS en schuimbeton) en de wens om het hemelwater te kunnen afkoppelen en bergen in de constructie de doorslag om schuimglas toe te passen.
De constructieopbouw bestond uit: 0,70 - 0,90 m schuimglas ingepakt in geotextiel en daarboven een zandpakket van 1,0 m en betonklinkers. De dikte van het zandpakket/fundering was noodzakelijk voor de ligging van de kabels en leidingen. Voor wat betreft de sterkte stijfheid van de constructie had 0,5 m zand voldoende geweest.
Lessons Learned:
• Schuimglas is er in twee soorten, met een staafstructuur en een stabiele gesloten celstructuur. De laatste soort neemt in tegenstelling tot de staafstructuur nauwelijks water op, wat een blijvend laag gewicht garandeert
• Schuimglas is een veelbelovend duurzaam alternatief voor lichtge-
Schuimglas in woonwijk Sveadal
Schuimbeton-ophoging voor een parkeerterrein in een verzakte woonwijk in De Lier. Hier liggen geen kabels en leidingen, alleen het gemeentelijk riool
wicht zettingsarm ophogen;
• Speciale aandacht in de uitvoering voor de verdichting van het materiaal is vereist. Dit dient laagsgewijs te worden uitgevoerd tot maximaal vijftien procent (in verband met verbrijzeling);
• Inspoeling van zand/grond dient te worden voorkomen door middel van een geotextiel;
• De schuimglassoorten die nog niet zijn gecertificeerd dienen via een AP04 geschiktheid aan te tonen.
Wanneer er sprake is van ernstige zettingen en er belastingneutraal of belastingverlagend opgehoogd moet worden, zijn er drie materialen die op basis van hun volumieke massa uitermate geschikt zijn. Dit zijn EPS, schuimglas en schuimbeton als ophoogmaterialen veel zwaarder worden dan 600 kg/m3. Dan neemt de laagdikte (en ontgravingsdiepte) van het toe te passen materiaal toe. Hieronder een vergelijking van de relevante producteigenschappen, waarbij opvalt dat schuimbeton door haar sterkte en stijfheid ook als fundering kan wor-
den toegepast. Dit maakt interessante ultralichtgewicht constructies mogelijk, waarbij schuimbeton wordt toegepast als fundering boven schuimglas of EPS. Daar waar het beperken van de cunet-/ ontgravingsdiepte van belang is door bijvoorbeeld de aanwezigheid van verontreinigde grond is dit een interessante optie. Voor het project in Schiedam was het niet toepasbaar vanwege de aanwezige kabels en leidingen.
Frans van Dijk, Van Dijk Maasland B.V.
(Foto: EcoTech Lab)
3D-geprinte hydrocultuur van klei voor aanpak van wereldwijde voedselonzekerheid
ClayPonic is een innovatief verticaal landbouwsysteem waarbij planten groeien in 3D-geprinte torens van keramiek, gemaakt van lokaal geoogste klei. Dit systeem maakt gebruik van aëroponie: de wortels hangen vrij in de lucht en worden periodiek besproeid met voedingsrijk water via zonne-energiegestuurde verstuivers. Klei is hierbij een essentieel materiaal dankzij de poreuze structuur, die zorgt voor een stabiele waterhuishouding, goede luchtdoorlaatbaarheid en natuurlijke toevoer van mineralen. Hierdoor wordt de groei van planten bevorderd, het waterverbruik geminimaliseerd en de afhankelijkheid van chemische middelen verminderd. Het systeem is compact, inzetbaar in stedelijke gebieden en volledig bodemvrij, waardoor risico’s op ziektes en plagen afnemen. ClayPonic biedt daarmee een duurzame, circulaire oplossing voor voedselproductie in de stad, met klei als natuurlijk en herbruikbaar groeimedium.
Met een verwachte wereldbevolking van bijna 10 miljard mensen in 2050, van wie 70 procent in steden woont, zijn nieuwe landbouwmethoden essentieel. Traditionele landbouw vereist veel ruimte, terwijl slechts ongeveer tien procent van het aardoppervlak geschikt is voor landbouw. Bovendien is conventionele teelt in de volle grond kwetsbaar voor droogte en plantenziekten, en is het transport van voedsel naar steden kostbaar en complex.
Verticale landbouw biedt hiervoor een mogelijke oplossing. Dit is een teeltmethode waarbij gewassen in gestapelde lagen worden gekweekt, vaak binnen gebouwen in plaats van op akkers. Dit kan bijvoorbeeld in fabrieken, kantoorpanden of hoogbouw in stedelijke gebieden. De methode heeft meerdere voordelen:
• Efficiënt ruimtegebruik
Door gestapelde teeltlagen kan op een klein oppervlak veel meer voedsel worden geproduceerd dan bij traditionele landbouw.
• Duurzaamheid
Verticale landbouw maakt vaak gebruik van gesloten systemen, waardoor het waterverbruik sterk wordt verminderd en pesticiden meestal niet nodig zijn.
• Stadslandbouw Voedsel kan lokaal worden geproduceerd in stedelijke gebieden, ook in zogeheten voedselwoestijnen. Dit verlaagt de transportkosten en de uitstoot.
• Jaarrond productie
Dankzij gecontroleerde omstandigheden kan het hele jaar door worden geoogst, ongeacht het seizoen.
• Optimale groeiomstandigheden Licht, temperatuur en luchtvochtigheid kunnen precies worden afgestemd op de behoeften van de planten.
Daarnaast verkleint verticale landbouw het risico op ziektes, plagen en bodemverontreiniging, omdat de planten niet in contact komen met aarde. Er zijn
grofweg twee technieken:
- aëroponie, waarbij de wortels vrij in de lucht hangen en worden besproeid met een fijne nevel van water en voedingsstoffen.
- hydroponie, een methode waarbij de wortels zich in een voedingsoplossing of in een inert substraat bevinden, zoals geëxpandeerde kleikorrels.
Klei als substraat
Klei is een ideaal medium voor plantengroei door zijn fysieke, chemische en hydraulische eigenschappen. Het kan water langzaam opnemen en afgeven, wat overbewatering en uitdroging voorkomt. De poreuze structuur verbetert de luchtcirculatie rond de wortels en bevordert de opname van zuurstof en voedingsstoffen. Bovendien is klei recyclebaar en dus milieuvriendelijker dan bijvoorbeeld plastic substraten.
3D-geprint keramiek
Een nieuwe ontwikkeling op dit gebied is ClayPonic, een systeem ontwikkeld door EcoTech Lab onder leiding van Logman Arja, universitair docent architectuur aan Texas Tech University. ClayPonic maakt gebruik van 3D-geprinte keramische torens, vervaardigd uit lokaal gewonnen ultisolklei. Deze klei wordt verwerkt tot een inerte, pH-neutrale en lichtgewicht massa. Laag voor laag wordt het materiaal geprint tot torens met vloeiende, organische vormen.
De torens zijn ontworpen met uitstulpingen die aansluiten op de rhizosfeer - het gebied rond de wortels dat actief betrokken is bij voedingsopname. Na het printen worden de torens in de zon gedroogd en gebakken. De buitenzijde wordt geglazuurd om verdamping tegen te gaan, terwijl de binnenzijde poreus blijft voor plantengroei. De torens worden vervolgens bevestigd aan een houten structuur.
De huidige versie, ClayPonic V1, bevat zonne-energiegestuurde verstuivers die periodiek microdruppels voedingswater verspreiden. De planten hangen met hun wortels in de lucht binnen de keramische torens, en worden voortdurend voorzien van vocht en voedingsstoffen in een gesloten, lagedruk-systeem. De bladeren bevinden zich deels binnen en deels buiten de structuur, wat zorgt voor optimale fotosynthese.
(Foto: EcoTech Lab)
Voordelen
ClayPonic V1 maakt het volgens EcoTech Lab mogelijk om het hele jaar door te telen met een minimaal water- en nutriëntenverbruik door de opname van plantenvoeding te maximaliseren en de groei te versnellen.
De inzetbaarheid van het model vergemakkelijkt de plaatsing en integratie ervan in de bebouwde omgeving in stedelijke centra en rond menselijke nederzettingen, waardoor transportkosten worden verlaagd en de lokale economie wordt versterkt. De verticale configuratie van het model en het bodemvrije karakter ervan verminderen de risico’s op bodemgebonden ziekten, pathogenen en plagen aanzienlijk. Deze benadering van landbouwefficiëntie verbetert landbouwpraktijken en vermindert de afhankelijkheid van chemische pesticiden en herbiciden, wat milieuvriendelijke landbouwprincipes bevordert.
Locaal geoogste klei
De grondstof is goedkoop, makkelijk en milieuvriendelijk te winnen en met een geringe tot geen ecologische voetafdruk. Een belangrijk voordeel van het materiaal in combinatie met 3D-printen het speciale ontwerp zit volgens EcoTech Lab in de fysische, chemische, hydraulische en geologische samenstelling van het keramische materiaal. De langzame opname en afgifte van water door keramiek helpt het vochtgehalte in de rhizosfeer (de vegetatielaag die door schimmels en korstmossen wordt gevormd) op peil te houden, waardoor zowel wateroverlast als uitdroging worden voorkomen. Dat vermindert dan weer de frequentie van watercirculatie en de overmatige afhankelijkheid van verstuivers.
Snellere groei
De introductie van 3D-geprint keramiek als groeimedium zorgt volgens EcoTech Lab bovendien voor een hoge fotosynthesesnelheid door het zuurstofgehalte
in de lucht en rond de planten te reguleren. Uiteindelijk wordt daardoor de plantengroei versnelt. De aanwezigheid van mineralen in de klei kan bovendien de voedingsstoffen in de bodem aanvullen, wat bijdraagt aan een betere gewaskwaliteit en veerkracht tegen omgevingsstressoren.
Het 3D-geprinte keramische systeem zou daarmee een veelbelovende techniek kunnen zijn voor grondloze landbouw, bijvoorbeeld in stedelijk gebied.
Het onderzoek dat ten grondslag ligt aan verscheen eind vorig jaar in het tijdschrift International Journal of Architectural Computing onder de titel ‘Clay 3D printed hydroponics: A paradigm to address global food insecurity’.
Meer bij EcoTech Lab>
(Foto: EcoTech Lab)
Jelly-ijs: duurzaam alternatief voor smeltend ijs
IJs, of het nu gemalen of in blokjes is, smelt onvermijdelijk tot een plas water. Onderzoekers Jiahan Zou en Gang Sun van de Universiteit van Californië in Davis hebben echter een alternatief ontwikkeld: jelly-ijs. Dit materiaal is herbruikbaar, composteerbaar en gemaakt van gelatine. Omdat bevroren jelly-ijs niet lekt tijdens het ontdooien, is het bijzonder geschikt voor de voedselketen en het transport van medicijnen.
De eerste aanzet tot dit onderzoek kwam toen voedingswetenschapper Luxin Wang zich zorgen maakte over smeltend ijs in vitrines met vis en zeevruchten. Het smeltwater zou ziekteverwekkers kunnen verspreiden en zo de hele vitrine besmetten. Dat bracht Zou en Sun ertoe te onderzoeken of een alternatief mogelijk was dat dezelfde koelende werking heeft zonder een besmettingsrisico.
De inspiratie kwam van bevroren tofu. Bij tofu wordt water wel vastgehouden tijdens het invriezen, maar bij het ontdooien komt het weer vrij. Gelatine bood een oplossing: de lange eiwitketens vormen hydrogels met kleine poriën waarin water stevig wordt vastgehouden. Eerste testen met deze gelatinehydrogels toonden aan dat het water tijdens de overgang van vloeibaar naar ijs en terug niet uit de structuur lekte.
Na verdere ontwikkeling ontstond een praktisch proces waarmee jelly-ijs kan worden geproduceerd. Het materiaal bestaat voor 90 procent uit water en kan meerdere malen worden ingevroren en ontdooid zonder zijn koeleigenschappen te verliezen. Het kan eenvoudig worden gewassen met water of verdunde bleek en behoudt tijdens herhaald gebruik zijn structuur. Bij kamertemperatuur voelt het zacht en flexibel aan, maar onder nul graden wordt het stevig en stabiel. Vergeleken met gewoon ijs van dezelfde grootte heeft jelly-ijs tot 80 procent van
de koelcapaciteit. Het bijzondere is dat dit vermogen behouden blijft tijdens meerdere vries-dooicycli. Daarmee onderscheidt het zich van conventioneel ijs, dat na gebruik verdwijnt.
Het team kan jelly-ijs maken in plakken van circa 450 gram, vergelijkbaar met commerciële gelpacks. In tegenstelling tot bestaande gelpacks, die meestal in een plastic omhulsel zitten, kan jelly-ijs in elke gewenste vorm worden geproduceerd en is het volledig composteerbaar. In proeven bleek de gecomposteerde gel zelfs de groei van tomatenplanten te verbeteren. Omdat het materiaal geen synthetische polymeren bevat, ontstaan er bovendien geen microplastics.
Hoewel jelly-ijs oorspronkelijk werd ontwikkeld voor de voedselvoorziening, lijkt het ook veelbelovend voor medische toepassingen, biotechnologie en gebruik in gebieden waar weinig water beschikbaar is. Momenteel zijn er al licenties voor de technologie verleend, maar
voordat het product breed beschikbaar is, zijn nog stappen nodig op het gebied van marktanalyses, ontwerp en grootschalige tests.
Naast het onderzoek naar jelly-ijs richten de onderzoekers zich inmiddels ook op andere biopolymeren. Ze onderzoekt plantaardige eiwitten zoals soja-eiwitten, een bijproduct van de landbouw, die geschikt kunnen zijn voor voedselveilige coatings en voor de ontwikkeling van structuren voor kweekvlees.
Meer bij ACS>
Video
Levend bouwmateriaal dat koolstof opslaat
Aan de ETH Zürich werken onderzoekers uit verschillende disciplines aan nieuwe materialen die conventionele grondstoffen combineren met bacteriën, algen en schimmels. Hun doel is het ontwikkelen van levende materialen die dankzij de stofwisseling van micro-organismen nuttige eigenschappen hebben, zoals het vastleggen van CO₂ uit de lucht door middel van fotosynthese. Een interdisciplinair team onder leiding van Mark Tibbitt heeft dat idee omgezet in een werkend concept door fotosynthetische bacteriën - cyanobacteriën - stabiel in een printbare gel te verwerken. Het resultaat is een materiaal dat leeft, groeit en actief koolstof uit de atmosfeer opneemt.
Het bijzondere van het nieuwe materiaal is dat het koolstof op twee manieren vastlegt. Enerzijds wordt CO₂ omgezet in biomassa, anderzijds slaan de bacteriën koolstof op in de vorm van mineralen. Deze dubbele aanpak maakt dat het materiaal veel meer CO₂ kan binden dan gangbare biologische methoden.
De basisstructuren worden gemaakt met 3D-printtechnieken en hebben enkel zonlicht, CO₂ en een oplossing van kunstmatig zeewater met voedingsstoffen nodig om zich te ontwikkelen. De bacteriën produceren tijdens fotosynthese vaste carbonaten, zoals kalk, die zich in het materiaal afzetten. Dat versterkt niet alleen de mechanische eigenschappen, maar maakt de koolstofopslag ook stabieler en duurzamer. Laboratoriumtesten lieten inmiddels zien dat de structuren gedurende meer dan een jaar continu CO₂ konden opnemen, waarvan het grootste deel in minerale vorm. De hoeveelheidongeveer 26 milligram CO₂ per gram materiaal - is aanzienlijk
hoger dan bij veel andere biologische methoden en vergelijkbaar met de mineralisatieprocessen die worden toegepast in gerecycled beton.
Het dragermateriaal is een hydrogel: een waterige gel op basis van polymeren die licht, voedingsstoffen, CO₂ en water doorlaat. Het polymeernetwerk is zo ontworpen dat de bacteriën gelijkmatig verdeeld blijven en hun activiteit behouden. Met behulp van 3D-printtechnieken is de geometrie van de structuren aangepast om een groter oppervlak, betere lichtinval en een efficiëntere toevoer van voedingsstoffen mogelijk te maken. Hierdoor bleven de cyanobacteriën meer dan 400 dagen actief.
De onderzoekers zien toepassingen waarbij infrastructuur zelf functioneert als koolstofopslag. Zo wordt onderzocht of het materiaal geschikt is als gevelcoating die CO₂ kan binden gedurende de volledige levensduur van een gebouw. Architecten
3D-geprinte ‘ananas’ met cyanobacteriën erin, na een ontwikkelingsperiode van 60 dagen. De groene kleur komt van het chlorofyl van de fotosynthetische bacteriën. (Afbeelding: Yifan Cui / ETH Zürich)
Incubatiekamers zorgen ervoor dat cyanobacteriën zich kunnen vermenigvuldigen in vers geprinte structuren (Afbeelding: Clayton Lee)
Picoplanktonica toont grootschalige objecten gemaakt van fotosynthetische structuren (Afbeelding: Valentina Mori/ Biennale di Venezia)
hebben het idee inmiddels opgepakt en vertaald naar experimentele installaties.
Venetië en Milaan
Tijdens de Architectuurbiënnale in Venetië is in het Canada Paviljoen de installatie ‘Picoplanktonics’ te zien, opgebouwd uit 3D-geprinte bouwstenen die zijn bevolkt met cyanobacteriën. Twee stamachtige structuren, waarvan de grootste drie meter hoog is, kunnen elk tot 18 kilo CO₂ per jaar vastleggen - vergelijkbaar met de opnamecapaciteit van een twintig jaar oude dennenboom.De installatie is te zien tot 23 november.
Ook op de 24e Triënnale van Milaan wordt geëxperimenteerd met levende materialen. Daar vormt de installatie ‘Dafne’s Skin’ een groen patina van micro-organismen op een houten constructie, waarbij de geleidelijke verandering van het oppervlak deel uitmaakt van het ontwerp. Deze installatie, een samenwerking tussen MAEID Studio en Dalia Dranseike, maakt deel uit van de tentoonstelling ‘We the Bacteria: Notes Toward Biotic Architecture’ en is te zien tot 9 november.
Het onderzoek van ETHZ naar levend bouwmateriaal werd dit voorjaar gepubliceerd door Nature communications onder de titel ‘Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials’. Het is online>
Meer bij ETHZ>
Levende patina op hout: bacteriegroei (MAEID Studio)
Regenwerende gevelpanelen van walnootschillen
Kunnen voedselafvalstromen dienen als bouwmateriaal? Die vraag stond centraal in het afstudeerproject Bio-composites from food-waste van Lara Neuhaus. Zij ontwikkelde een biobased composiet op basis van walnootschillen. De eerste materiaaltesten laten veelbelovende resultaten zien. Met haar onderzoek wil ze bovendien bijdragen aan een verandering in de manier waarop we naar materialen kijken: het waarderen van imperfecties in kleur en structuur kan de weg vrijmaken voor duurzamere innovaties.
Zowel de bouwsector als de voedingssector hebben met hun productie en afvalstromen een aanzienlijke negatieve impact op het milieu. Neuhaus onderzocht daarom of beide vraagstukken in één oplossing konden worden samengebracht, bijvoorbeeld door een bouwmateriaal te ontwikkelen dat grotendeels bestaat uit restafval uit de voedingsindustrie. Voedselresten zijn biobased en vergen geen fossiele grondstoffen. Hoewel dergelijke reststromen soms al een herbestemming krijgen, gebeurt dat
vaak in laagwaardige toepassingen, zoals meststof of energieproductie. Neuhaus richtte zich op de vraag of er ook hoogwaardige toepassingen mogelijk zijn. Van reststroom naar gevelpaneel.
Doel van het onderzoek was de ontwikkeling van een biobased composietmateriaal voor regenwerende gevelpanelen, waarbij voedselafval dient als vulmateriaal in combinatie met hars. Neuhaus selecteerde in eerste instantie verschillende mogelijke grondstoffen,
waaronder gebruikt koffiedik, walnootschillen, cacaobonen en kersenpitten. Daarbij keek zij naar verwerkbaarheid, beschikbaarheid en opschaalbaarheid. Uit deze vergelijking kwamen koffiedik en walnootschillen als meest kansrijk naar voren, waarna de verdere focus op walnootschillen kwam te liggen.
In de verwerkingsfase werden de schillen vermalen tot korrels in uiteenlopende groottes, van grof tot zeer fijn. Na het drogen werden de korrels gemengd met
hars tot een deegachtige substantie. Vervolgens werd geëxperimenteerd met verschillende mengverhoudingen en korrelgroottes om het hoogst haalbare vulpercentage te bepalen. Hoe groter het aandeel afvalmateriaal, hoe duurzamer het eindproduct. Voor walnootschillen werd een aandeel van 55 procent bereikt. Het deeg werd daarna onder een hydraulische pers op 150 graden verhit. Na afkoeling was het composiet gereed.
Testen van de eigenschappen
Na productie werden de mechanische en fysische eigenschappen getest om de bruikbaarheid in de praktijk te beoordelen. Daarbij is onder meer gekeken naar buigsterkte, water- en vorstbestendigheid en schokbestendigheid. Omdat langdurige praktijktesten niet mogelijk waren binnen de beschikbare tijd, zijn creatieve alternatieven toegepast, zoals
beproevingen in een vriezer of in water. Uiteindelijk presteerde het composiet op basis van walnootschillen het beste.
Duurzaamheidspotentie
Om de werkelijke potentie van dit materiaal vast te stellen, is vervolgonderzoek nodig. Het product is nog niet direct geschikt voor grootschalige toepassing, maar het project toont wel aan dat voedselafval kan worden omgezet in een circulair bouwmateriaal met een aanzienlijk lagere milieu-impact dan gangbare alternatieven zoals staal. Alleen hout scoort beter op CO₂-uitstoot, maar heeft als nadeel dat het eerst moet worden verbouwd. Voedselafval daarentegen is al aanwezig en bovendien relatief goedkoop.
Imperfecties als kans
Het onderzoek is volgens Neuhaus een stap richting meer circulariteit in de
bouw. Hoewel het ontwikkelde materiaal nog niet volledig circulair is - zo ontbreekt er bijvoorbeeld een sluitende recyclemethode - levert het een belangrijke bijdrage aan de zoektocht naar duurzamere oplossingen voor de gebouwde omgeving. Neuhaus benadrukt dat de sector ook een mentale omslag moet maken. Biobased materialen kunnen na verloop van tijd verkleuren of van structuur veranderen. Wanneer zulke imperfecties meer worden gewaardeerd, ontstaat er sneller ruimte voor innovaties die zowel duurzaam als praktisch toepasbaar zijn.
Oorspronkelijke tekst: TU Delft>
De thesis van Lara Neuhaus - Bio-composites from food-waste - is beschikbaar online>
Voorspellingen onder druk: poreuze materialen bestuderen met AI
Vooruitgang in kunstmatige intelligentie voor het ontwerpen van poreuze materialen kan invloed hebben op een breed scala aan vakgebieden, van orthopedische implantaten tot de volgende generatie batterijen.
Bot, steen, hout en beton zijn allemaal poreuze materialen. Ze bevatten kleine, onregelmatig verdeelde holtes en ruimtes. Juist die poriën vormen een belangrijk gegeven voor wetenschappers die willen voorspellen hoe dergelijke materialen zich gedragen onder uiteenlopende omstandigheden. Het nauwkeurig kunnen voorspellen van dit gedrag is bijvoorbeeld van groot belang bij de ontwikkeling van prothesen en implantaten, zeker wanneer deze direct aan het skelet worden bevestigd. Ook in de bouw, waar steen, hout en beton cruciale bouwstenen vormen, is inzicht nodig.
Of het nu gaat om het dragen van het gewicht van één patiënt in een ziekenhuisbed of de belasting van een compleet appartementencomplex, ingeni-
eurs moeten weten hoe materialen zich houden onder fysieke druk.
Onlangs publiceerde een groep onderzoekers van Duke University een reeks artikelen waarin zij onderzochten hoe AI deze voorspellingen kan verbeteren. Het onderzoek staat onder leiding van Laura Dalton, universitair docent civiele techniek en milieutechniek, Manolis Veveakis, hoogleraar civiele techniek en milieutechniek, en Ken Gall, hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde. Twee artikelen verschenen in Nature Communications Engineering en ACS Omega; een derde is geaccepteerd voor publicatie in Philosophical Transactions A van de Royal Society.
Volgens de klassieke theorie bepalen vier kenmerken van de microstructuur
Als onderzoekers het gedrag van poreuze materialen kunnen voorspellen met behulp van AI, kunnen ze tijd, geld en materiële middelen besparen die normaal gesproken nodig zijn om onomkeerbare destructieve testen uit te voeren op echte monsters
Door de voorspellingen van AI te vergelijken met resultaten van echte compressietests, ontdekten onderzoekers dat AI de sterkte van een poreus materiaal nauwkeurig kan voorspellen op basis van slechts vier belangrijke structurele kenmerken (Illustratie: Duke University)
de sterkte van poreuze materialen: porositeit (de hoeveelheid lege ruimte), inwendig oppervlak, gemiddelde korrelgrootte (de omvang van de vaste delen) en connectiviteit (de mate waarin deze delen met elkaar verbonden zijn). De onderzoekers toetsten dit door afbeeldingen van poreuze structuren in een AI-model te voeren en de software
te vragen de relevante sterktekenmerken te vinden. Het model kwam met 35 verschillende eigenschappen, die goed overeenkwamen met de resultaten van sterktetests met 3D-geprinte proefstukken. Vervolgens lieten de onderzoekers een ander AI-model dezelfde voorspellingen doen, maar dan uitsluitend op basis van de vier klassieke kenmerken.
De nauwkeurigheid bleek vrijwel gelijk. Daarmee lijkt bevestigd dat deze vier factoren voldoende zijn om de sterkte van poreuze materialen betrouwbaar te voorspellen.
Dat inzicht kan het ontwerpproces sterk vereenvoudigen. Waar eerder tientallen kenmerken in kaart moesten worden gebracht, volstaan nu vier. In combinatie met technologieën als 3D-printen biedt dit volgens de onderzoekers nieuwe mogelijkheden om structuren te ontwerpen die beter aansluiten op de eisen van de toekomst.
Het onderzoek verscheen onder meer in Nature Communications Engineering onder de titel 'Predicting compressive stress-strain behavior of elasto-plastic porous media via morphology-informed neural networks' en in ACS Omega, getiteld: 'Chemical Homogenization for Nonmixing Reactive Interfaces in Porous Media'.
Beide zijn online (klik op de link)
Meer bij Duke University>
(Van links naar rechts) Dalton, Tian en Soniya Tiwari (een PhD-student van Dalton Lab ) bekijken een aantal van de 3D-geprinte kubussen die ze bij hun testen gaan gebruiken (Foto: Duke University)
Publications
Ceramics- the forgotten but essential ingredients for a circular economy on the moon Ceramics, August 2025
Settlement on the Moon will require full exploitation of its resources if such settlements are to be permanent. Such in situ resource utilisation (ISRU) has primarily been focused on accessing water ice at the lunar poles and the use of raw lunar regolith as a compressive building material. Some work has also examined the extraction of metals, but there has been little consideration of the many useful ceramics that can be extracted from the Moon and how they may be fabricated. In this paper a strategy was introduced for full lunar industrialisation based on a circular lunar industrial ecology and examine the contribution of ceramics. Ceramic fabrication methods were reviewed but focus primarily on 3D printing approaches. The popular direct ink writing method is less suitable for the Moon and other methods require polymers which are scarce on the Moon. This turns out to be crucial, suggesting that full industrialisation of the Moon cannot be completed until the problem of ceramic fabrication is resolved, most likely in conjunction with polymer synthesis from potential carbon sources.
The article is online>
(SCMs) possessing pozzolanic properties is considered a viable strategy to reduce its environmental impact. Recently, waste glass (WG) has been explored as a potential SCM. However, due to the wide variety of glass types and their differing physical and chemical properties, not all WG can be universally considered suitable for this purpose; therefore, this study investigates the use of recycled WG as an SCM for the partial replacement of PC. Two types of WG were evaluated: green waste glass from wide bottles (GWG) and laboratory waste glass (LWG), and their performance was compared to that of fly ash (FA). The physical, mechanical, and pozzolanic properties of the materials were assessed. Results show that both types of WG exhibit particle size distributions comparable to PC and have contents of SiO2, Al2O3, and Fe2O3 exceeding 70 percent. Chemical, mineralogical, and pozzolanic analyses revealed that both GWG and LWG presented higher pozzolanic activity than FA, particularly at later ages. Notably, LWG demonstrated the most significant contribution to mechanical strength development. These findings suggest that recycled waste glass, especially LWG, can serve as a viable and sustainable SCM, contributing to the reduction of the environmental footprint associated with Portland cement production.
The article is online>
Alkali activation of glass for sustainable upcycling: an overview
Ceramics, August 2025
Pozzolanic assessment of recycled waste glass for use as a supplementary cementitious material
Construction Materials, August 2025
The manufacture of Portland cement (PC) emits a significant amount of CO2 into the atmosphere. Therefore, the partial replacement of PC by supplementary cementitious materials
The recycling of glass presently poses several challenges, predominantly to the heterogeneous chemical compositions of various glass types, along with the waste glass particle size distribution, both of which critically influence the efficiency and feasibility of recycling operations. Numerous studies have elucidated the potential of converting non-recyclable glass waste into valuable materials thanks to the up-cycling strategies, including stoneware, glass wool fibres, glass foams, glass-ceramics, and geopolymers. Among the promising alternatives for improving waste valorisation of glass, alkali-activated materials (AAMs) emerge as a solution. Waste glasses can be employed both as aggregates and as precursors, with a focus on its application as the sole raw material for synthesis. This overview systematically explores the optimisation of precursor selection from a sustainability standpoint, specifically addressing the mild alkali activation process (<3 mol/L) of waste glasses. The molecular mechanisms governing the hardening process associated with this emerging class of materials are elucidated. Formulating sustainable approaches for the valorisation of glass waste is becoming increasingly critical in response to the rising quantities of non-recyclable glass and growing priority on circular economy principles. In addition, the paper highlights the innovative prospects of alkali-activated materials derived from waste glass, emphasising their emerging roles beyond conventional structural applications. Environmentally relevant applications for alkali-activated ma-
terials are reported, including the adsorption of dyes and heavy metals, immobilisation of nuclear waste, and an innovative technique for hardening as microwave-assisted processing.
The article is online>
Innovative composite aggregates from thermoplastic waste for circular economy mortars
Construction Materials, August 2025
This study investigates sustainable mortars using lightweight synthetic sand (LSS), made from dune sand and recycled PET bottles, to replace natural sand (0 - 100 percent by volume). This aligns with circular economy principles by valorising plastic waste into a construction aggregate. LSS is produced via controlled thermal treatment (250 ± 5 °C, 50 - 60 rpm), crushing, and sieving (≤3.15 mm), leading to a significantly improved interfacial transition zone (ITZ) with the cement matrix. The evaluation included physico-mechanical tests (density, strength, UPV, dynamic modulus, ductility), thermal properties (conductivity, diffusivity, heat capacity), porosity, sorptivity, alkali-silica reaction (ASR), and SEM. The results show LSS incorporation reduces mortar density (4 - 23 percent for 25 - 100 percent LSS), lowering material and logistical costs. While compressive strength decreases (35 - 70 percent), these mortars remain suitable for low-stress applications. Specifically, at ≤25 percent LSS, composites retain 80 percent of their strength, making them ideal for structural uses. LSS also enhances ductility and reduces dynamic modulus (18 - 69 percent), providing beneficial flexibility. UPV decreases (8 - 39 percent), indicating improved acoustic insulation. Thermal performance improves (4 - 18 percent conductivity reduction), suggesting insulation applicability. A progressive decrease in sorptivity (up to 46 percent) enhances durability. Crucially, the lack of ASR susceptibility reinforces long-term durability. This research significantly contributes to the repurposing of plastic waste into sustainable cement-based materials, advancing sustainable material management in the construction sector.
The article is online>
Effect of different plastics on mechanical properties of concrete
Construction Materials, August 2025
In this research work, five different types of post-consumer plastics were mechanically ground into fine aggregate, and each type was used to prepare 2 in. (50 mm) mortar cubes by partial volumetric replacement of the sand. The purpose is to evaluate the effect of the plastic type and its shape on
the density and the compressive strength of concrete. The plastic products used in this study are usually not collected by curbside recycling facilities and are discarded in landfills or incinerated. The different types of plastics investigated were Polyethylene terephthalate (PET), High-Density Polyethylene (HDPE), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS). A total of 180 cubes with 5 percent, 10 percent, and 15 percent replacement were prepared and tested for their densities at the age of 28 days and their compressive strengths at the ages of 7 and 28 days. This work concluded by proposing general equations to predict the reduction in the density and compressive strength of the mortar with the increment in the plastic replacement.
The article is online>
Green composites in additive manufacturing: a combined review and bibliometric exploration Manufacturing and Materials processing, September 2025
This review provides a comprehensive analysis of recent developments in the additive manufacturing of green composites, with a particular focus on their mechanical behaviour.
A bibliometric analysis of 482 research articles indexed in the Web of Science Core Collection and published between 2015 and 2025 reveals a sharp increase in publications, with dominant contributions from countries such as China, India, and the United States, as well as strong collaboration networks centered on materials science and polymer engineering.
Thematic clustering highlights a growing emphasis on natural fibre reinforcement, biodegradable matrices, and performance optimization. Despite these advances, few studies have combined bibliometric analysis with a technical evaluation of mechanical performance, leaving a gap in understanding the relationship between research trends and material or process optimization. Building on these insights, the review synthesizes current knowledge on material composition, print parameters, infill design, and post-processing, identifying their combined effects on tensile strength, stiffness, and durability. The study
concludes that multi-variable optimization - encompassing fibre-matrix compatibility, print architecture, and thermal control - is essential to achieving eco-efficient and high-performance green composites in additive manufacturing.
The article is online>
Additive Manufacturing of carbon fibre cores for sandwich structures: optimization of infill patterns and fibre orientation for improved impact resistance
Manufacturing and Materials processing, July 2025
Carbon fibre-reinforced composites (CFRCs) are widely used in aerospace, automotive, and defense applications due to their high strength-to-weight ratio and excellent mechanical performance. In this study, cores and sandwich panels were fabricated via fused filament fabrication (FFF) using co-polyester filaments reinforced with 20 wt. percent short carbon fibres. The mechanical response of the structures was evaluated under low-velocity impact (LVI) conditions using instrumented drop weight testing at energy levels ranging from 2 to 20 J. A three-factor, three-level full factorial experimental design was employed, considering build orientation (flat vs. upright), infill pattern (trihexagonal vs. triangular), and impact energy as factors.
findings offer valuable insights into the design of lightweight, impact-resistant structures produced by additive manufacturing, with direct implications for structural components in demanding engineering environments.
The article is online>
Cryogenic thermal properties of mineral fibre insulation: efficiency in low-temperature storage systems
Construction Materials, August 2025
Hydrogen is emerging as a crucial energy carrier, yet effective insulation for liquid hydrogen (LH2) storage remains a significant challenge. This study focuses on evaluating the thermal properties of mineral fibre insulation at cryogenic temperatures, utilizing the guarded hot plate method to determine thermal conductivity values between 223 K (-150 °C) and 573 K (300 °C).
The maximum contact force was selected as the primary response variable. The results revealed that upright-printed specimens exhibited significantly improved impact resistance compared to flat-printed ones, with increases in peak force of up to 28 percent for cores and over 68 percent for sandwich structures. Among the tested infill geometries, the triangular pattern outperformed the trihexagonal one across all configurations and energy levels. The combination of upright orientation and triangular infill proved to be the most effective, providing enhanced energy absorption and reduced rear-side damage, especially under higher impact energies. These
The measured effective thermal conductivities ranged from 0.0147 to 0.2113 W/mK, varying with temperature. Notably, while high-density materials can be accurately modeled using linear approximations, low-density materials exhibit significant nonlinearity, with discrepancies in thermal conductivity estimates reaching up to 30 percent. The implications of this research highlight the necessity for precise thermal property assessments in the design of cryogenic systems, emphasizing their potential impact on energy efficiency and reduced carbon emissions. Ultimately, these findings provide essential insights for advancing cryogenic insulation technologies, supporting the broader transition to sustainable hydrogen energy solutions.
The article is online>
Image of the installation and sample for testing
Graphical abstract
Renewable Materials Conference 22 - 24 september 2025, Siegburg/Keulen
PARTEC
23 - 25 september 2025, Neurenberg
Solids Rotterdam 1 - 2 oktober 2025, Rotterdam,
Metavak 2025 7, 8 en 9 oktober 2025 Gorinchem
Barcelona Design Week 2025 7 - 17 oktober 2025, Barcelona
Staalbouwdag 2025 9 oktober 2025, Leusden
K Messe 2025 8 - 15 oktober 2025, Düsseldorf
Holz 14 - 18 oktober 2025, Basel
Vakbeurs Recycling 2025 11 - 13 november 2025, Gorinchem
A@W Stuttgart 12 - 13 november 2025, Stuttgart
Precisiebeurs 2025 12 - 13 november 2025, ‘s Hertogenbosch
Formnext 2025 18 - 21 november 2025, Frankfurt
Future surfaces 2025 19 - 20 november 2025, Edegem
Advanced Recycling Conference 19 - 20 november 2025, Keulen
Beton Event 2025 20 november 2025, Den Bosch
A@W Düsseldorf 3 - 4 december 2025, Düsseldorf
EUROGUSS 13 - 15 januari 2026, Neurenberg
BetonTage 10 - 12 maart, 2026, Ulm
BLE.CH 2026 11 - 13 maart 2026, Bern
Fensterbau Frontale 24 - 26 maart 2026, Neurenberg
Sintering 2026 31 augustus - 3 september 2026, Aken
Steinexpo 2023 2 - 5 september 2026, Homberg
Batimat 2026
28 september - 1 oktober 2026 Parijs
HärtereiKongress 8 - 10 oktober 2024, Keulen
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
