‘Advanced Ceramic Manufacturing in the Benelux’ Symposium
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
+31 (0) 316 248744
www.mesys.nl
Info@mesys.nl
Hoog vacuüm stofzuiginstallatie
Natfilter met slibtransporteur
Frogreiniger
COLOFON INHOUD
KGK
Onafhankelijk vakblad voor keramiek, glas en minerale materialen. De redactie staat open voor bijdragen van vakgenoten. U kunt hiervoor contact opnemen met de redactie.
Voor leden van KNB en NKV is het abonnementsgeld inbegrepen in de contributie.
Abonnementen gelden voor onbepaalde tijd, tenzij schriftelijk/per e-mail wordt opgezegd voor 1 november
Website: www.kgkmagazine.nl
Druk: Printhuys, Gorinchem
Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van herdruk of op welke wijze dan ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
8 Gevoelig keramiek Empa/Redactie KGK
Gouden Vrienden
50 jaar vriendschap met Keramiekmuseum Princessehof Princessehof/Redactie KGK
12
14 Investigations towards carbon dioxide electrolysis on gadoliniumdoped ceria in a solid oxide cell Ahmad Shaur, University of Twente (UT)
19
Advanced demineralized bone matrix combined with calcium phosphate nanoparticles promotes bone healing in an ovine defect model
E.E.A. Cramer, N.de Roode-Beuling, N.W.M van Dijk, J.J.J.P. van den Beucken, K. Ito, B. van Rietbergen, J.J.C.Arts
‘Advanced Ceramic Manufacturing in the Benelux’ Symposium
Diletta Giuntini, TU Eindhoven
Bouwproductie in 2024 met € 3 miljard gedaald
Na vele jaren van groei is de bouwproductie het afgelopen jaar met drie procent gedaald. Daarmee is de productie met € 3 miljard afgenomen. Vooral de nieuwbouw van woningen en utiliteitsgebouwen liep fors terug. Ook de investeringen in duurzaamheid daalden na een spectaculaire groei in eerdere jaren. In de periode 2025-2029 kan de bouwproductie weer toenemen van € 97 miljard in het afgelopen jaar naar € 107 miljard in 2029. Op korte termijn is de nieuwbouw van woningen de belangrijkste groeisector, op middellange termijn neemt de bouwproductie over een breed spectrum gematigd toe. De werkgelegenheid nam het afgelopen jaar ondanks de productiedaling licht toe en stijgt in de periode 2025-2029 nog eens met 23.000 voltijdbanen. Dat concludeert het EIB in de zojuist verschenen studie ‘Verwachtingen bouwproductie en werkgelegenheid 2025’.
De nieuwbouwproductie van woningen is in 2024 met 5 procent gedaald, nadat in 2023
ook al een krimp van 6 procent was opgetreden. Het aantal opgeleverde reguliere woningen bereikte hierbij een dieptepunt van 64.000. De netto uitbreiding van de woningvoorraad kwam uit op 70.000 woningen. Daarmee is de uitbreiding van de woningvoorraad opnieuw sterk achtergebleven bij de huishoudensgroei. De komende jaren trekt de nieuwbouw weer aan en kunnen er per saldo jaarlijks ook meer woningen aan de voorraad worden toegevoegd. De uitbreiding van de woningvoorraad loopt richting 2029 op met 13.000, waardoor in dat jaar netto 83.000 extra woningen ontstaan. In onderstaande tabel worden de gerealiseerde woningaantallen in beeld gebracht op basis van de verschillende kanalen.
Nieuw obstakel rond stikstof
Een recente uitspraak van de Raad van State maakt het zogeheten intern salderen bij het direct aanvragen van een vergunning niet langer mogelijk. In voorkomende gevallen moet dan een natuurverkenning worden
opgesteld. Dit zorgt bij de getroffen projecten voor een vertraging van minimaal een half jaar, wat een neerwaarts effect heeft op de vergunningverlening dit jaar en de opleveringen in 2026 en 2027. Dit effect is nog niet in de ramingen verwerkt. Om het woningaanbod effectief omhoog te brengen zijn meer snel te ontwikkelen kleinschalige locaties nodig aan de randen van steden en dorpen, waarvoor in sommige provincies ook meer ruimte is ontstaan.
Duurzaamheid
Bij de verduurzaming is de installatie van zonnepanelen en warmtepompen in het afgelopen jaar sterk gedaald. Diverse aspecten speelden hier een rol, waaronder de normalisatie van energieprijzen en andere spelregels die de opbrengsten additioneel hebben beperkt. Na deze scherpe dalingen in het afgelopen jaar ontstaat er weer wat ruimte voor groei. In het bijzonder is er de noodzaak om het aantal woningen dat van het gas af wordt gehaald te intensiveren. Bij de ramingen is gerekend met een stijging van 40.000 woningen in het afgelopen jaar naar 100.000 in 2030. Dat is een forse stijging, waarvoor de nodige middelen beschikbaar zullen moeten zijn. Niettemin is dit nog altijd een laag niveau in vergelijking met de doelstelling richting 2050 voor de bestaande woningvoorraad. Verduurzaming speelt ook een belangrijke rol bij de infrasector. De goede groeiperspectieven voor de infrasector op middellange termijn worden gedragen door stevige investeringen in het elektriciteitsnetwerk, naast ook een toename van het werk bij locatie-ontwikkeling in samenhang met de toenemende woningnieuwbouw.
Bron: EIB
Op weg naar een ketenplan Bouwkeramiek
Samen met advies- en ingenieursbureau LBP|SIGHT werkt KNB aan een ketenplan voor bouwkeramiek. Dit plan is een belangrijke stap naar een duurzamere bouwsector en maakt deel uit van het Bouwma terialenakkoord. De Rijksoverheid financiert het onderzoek.
In 2024 ondertekenden KNB en andere bouwkoepels een samenwerkingsverklaring met de Rijksoverheid om de verduurzaming in de bouw- en bouwmaterialenindustrie te versnellen.
Het ketenplan richt zich op onderzoek door marktpartijen naar de randvoorwaarden die nodig zijn voor deze transitie. Het dient als voorbereiding op het nog te ondertekenen Bouwmaterialenakkoord, dat verduurzaming stimuleert in verschillende ketens, zoals beton, staal, isolatie, hout en keramiek.
De keramische industrie heeft een duidelijke en vooruitstrevende visie op een duurzame gebouwde omgeving. Deze visie wordt ondersteund door de Technologie Roadmap Bouwkeramiek en de verduurzamingsstrategie van de sector. Met het ketenplan Bouwkeramiek zet de sector een volgende stap in de concretisering van deze visie. Het plan zal concrete prestatiedoelen voor 2030 formuleren en een volledig beeld geven van het circulaire potentieel van de keramiekketen. De nadruk ligt op duurzaam grondstoffengebruik, wat bijdraagt aan efficiënter materiaalgebruik, lagere CO2-uitstoot en minimale afval- en reststromen.
Het ketenplan wordt in fasen ontwikkeld. In de eerste fase worden, met behulp van een werkmodel, de kansen en uitdagingen voor de middellange termijn in kaart gebracht en het circulaire potentieel van de keten vastgesteld. Het creëren van herkenning en draagvlak onder ketenpartners is hierbij essentieel.
Daarna worden concrete prestatiedoelen geformuleerd die haalbaar zijn voor bedrijven en ketenpartners. Deze doelen zijn SMART: specifiek, meetbaar, acceptabel, realistisch en tijdgebonden. De volgende stap is het opstellen van een routekaart met een selectie van relevante projecten. Deze projecten laten zien hoe de doelen in samenhang kunnen worden gerealiseerd. Uiteindelijk resulteert dit in een overzichtelijke routekaart als eindproduct van het ketenplan.
Met het ketenplan Bouwkeramiek zet de sector volgens KNB een belangrijke stap richting een circulaire economie. Het doel is dat dit plan in de zomer van 2025 wordt opgenomen in een breder Bouwmaterialenakkoord, waarin zowel tekst als visuele weergaven een praktische leidraad voor verduurzaming bieden.
Bron: KNB
BERICHTEN
Brochure ‘Smalle Baksteengevels: breed inzetbaar’
Milieuwinst makkelijk gemaakt
De nieuwe KNB-brochure Smalle Baksteengevels: breed inzetbaar biedt een praktische leidraad voor ontwerp en uitvoering. Smalle baksteengevels verbeteren de al gunstige milieuscore van traditionele baksteengevels met wel 35 procent. De brochure helpt bouwpartijen omgaan met de verschillen tussen smalle en ‘volle’ baksteengevels, zodat zij verzekerd zijn van een duurzaam en kwalitatief hoogwaardig resultaat.
De inhoud van de brochure behandelt de milieuprestaties, het esthetische en bouwtechnische ontwerp, de constructieve dimensionering en de uitvoering en realisatie van smalle baksteengevels. Smalle baksteengevels lijken in uiterlijk en functionaliteit sterk op volle baksteengevels. Ook in ontwerp en realisatie zijn er veel overeenkomsten, met name met 65 mm klamp baksteengevels, waarmee al decennialang positieve ervaringen zijn opgedaan. In België zijn smalle baksteengevels al gangbaar, terwijl Nederland nog enige terughoudendheid kent. De brochure biedt praktische handvatten om deze koudwatervrees weg te nemen.
Volgens de Nationale Milieudatabase scoren baksteengevels beter dan veel andere gevelmaterialen. Smalle baksteen versterkt deze milieuwinst met een verbetering tot 35 procent, dankzij de verminderde breedte van 75-65 mm in plaats van 100 mm, waardoor minder grondstof en energie nodig zijn bij productie en transport. Dit geldt ook voor het mortel- of lijmgebruik bij verwerking. Het lichtere gewicht maakt een eenvoudigere uitvoering mogelijk van geveldragers, lateien en draagconstructies. Bovendien ontstaat bij toepassing van smalle baksteen extra ruimte voor isolatie bij nieuwbouw of renovatie, dan wel meer woon- of kantooroppervlak. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, beïnvloedt een smalle baksteengevel de windbelasting van de spouwmuur meestal niet. Bij een binnenblad van beton of houtskeletbouw zijn er doorgaans geen aanpassingen nodig. Bij gestapelde binnenbladen kan in sommige gevallen een verbreding vereist zijn, maar de milieuwinst blijft aanzienlijk.
Smalle baksteengevels ogen vrijwel hetzelfde als volle baksteengevels, maar er zijn enkele subtiele verschillen. De andere kop/strek-verhoudingen maken nieuwe metselverbanden mogelijk. Reguliere metselverbanden zijn toepasbaar, maar vragen soms extra knip- of zaagwerk. De smallere kopmaat resulteert in een kleinere negge, de afstand tussen metselwerk en kozijn, die indien gewenst
eenvoudig verbreed kan worden. Het constructieve ontwerpproces voor smalle en volle baksteengevels verloopt grotendeels identiek. Traditionele spouwmuren hebben vaak een overcapaciteit, vooral in laagbouw buiten de kustgebieden. Bij smalle baksteengevels is de constructieve marge kleiner en is bewustwording essentieel. Daarom bevat de brochure richtlijnen voor bouwtechnisch ontwerp en constructieve dimensionering, met aandacht voor spouwconstructies met binnenbladen van beton, houtskeletbouw of stapelbouw. Specifieke rekenvoorbeelden op basis van NPR 9096-1-1 zijn opgenomen voor constructeurs.
De uitvoering van smalle baksteengevels verloopt grotendeels hetzelfde als bij volle baksteengevels. Het gebruik van de juiste mortel of lijm is noodzakelijk voor stabiliteit en sterkte. Smalle bakstenen zijn ongeveer een derde lichter, wat het metselen vergemakkelijkt en de fysieke belasting voor metselaars verlaagt.
Met deze brochure biedt KNB een waardevol hulpmiddel voor bouwprofessionals die de voordelen van smalle baksteengevels willen benutten. De praktische richtlijnen helpen bij een succesvolle en duurzame toepassing in de bouwsector.
De brochure is te downloaden via de website www.knb-keramiek.nl/
Wall Reef Innovatieve oplossing tegen hitte en wateroverlast
Bij wooncomplex Tweespan en Vierspan in Rhoon is op 18 december jl. het innovatieve 3D-geprinte koraalrif, de Wall Reef, onthuld door een bewoonster. Het project is een samenwerking tussen seniorenhuisvester Woonzorg Nederland en Urban Reef, de ontwikkelaar van het koraalrif. Komend jaar wordt onderzocht wat de effecten zijn van de Wall Reef op het verkoelen van de omgeving, het opvangen van water en het bevorderen van biodiversiteit.
Volgens de ontwikkelaar Urban Reef is Wall reef een prototype voor een regeneratieve gevel. Het bestaat uit gemetselde keramieken structuren, geprint in complexe vormen. De complexiteit van de structuren zorgt er voor dat er een diversiteit aan condities en microklimaten ontstaat, wat bevorderlijk is voor de biodiversiteit. Een gedeelte van de componenten is open, waar dus vooral habitatten ontstaan, en een gedeelte is gesloten. De gesloten componenten kunnen regenwater opslaan. De bovenste wordt aangesloten op de regenpijp, stroom over in de tweede, etc. zodat een interne waterval ontstaan en het water passief wordt gedistribueerd. Hiermee wordt de riolering ontlast van regenwater. Door de porositeit van het materiaal komt het regenwater aan
de buitenkant beschikbaar. Hierdoor ontstaan bij de gesloten componenten vochtigere condities en kunnen bijvoorbeeld algen en mossen groeien. Ook kan het water hier verdampen, wat een verkoelend effect met zich mee brengt. Het kan bij een reef zes graden koeler zijn dan een conventionele gevel en draagt hierdoor bij aan het tegengaan van het urban heat island effect. De reefs zijn geprint in keramiek en gemetseld met een kalkmortel. De wall
reef is uitgerust met sensoren waarmee het verkoelend effect wordt gemeten en de diversiteit in condities in kaart zal worden gebracht. Ook zal per kwartaal biodiversiteitmetingen worden gedaan om het effect op de biodiversiteit te meten.
Urban Reef
Urban Reef werd opgericht in 2021 door ontwerper en landschapsarchitect Pierre Oskam en architect Max Latour. Onder het adagium ‘Steden zijn de thuisbasis van alle vormen van leven, niet alleen van mensen,’ ontwerpt en fabriceert Urban Reef zogenaamde ‘open habitats’ die de groei en diversiteit van het leven in stedelijke omgevingen (straatbeelden, pleinen en gebouwen) stimuleren. De prototypes - reefs - zijn ontworpen als een soort biologisch eiland dat niet alleen afwijkt van wat normaliter als een stedelijke omgeving wordt gezien, maar die ook verrijkt zijn met nieuwe levensvormen. De riffen worden gemaakt met behulp van biobased algoritmen en worden 3D-geprint met (levende) materialen. Door de geometrie, maar ook door zonlicht, water, voedingsstoffen en mineralen, leveren de riffen een reeks microklimaten en zorgen voor de ontwikkeling van ecologische biodiversiteit in de stad. Urban Reef voerde inmiddels verschillende projecten uit in binnen- en buitenland.
‘Thermische batterijen van vuurvaste stenen kunnen zware
industrie decarboniseren’
Of het nu gaat om de productie van cement, staal, chemicaliën of papier, er is altijd een grote hoeveelheid warmte nodig, die vaak wordt verkregen door fossiele brandstoffen te verbranden. In een poging de industrie groener te maken, wordt volop gezocht naar alternatieven. Zoals de startup Electrified Thermal Solutions van Daniel Stack, een spin off van MIT. Sinds zijn komst naar MIT in 2014 heeft Stack gewerkt aan de ontwikkeling van thermische batterijen in de vorm van keramische vuurvaste stenen die warmte opslaan en weer afgeven.
Eigenlijk gaat het in de basis om een oude techniek. Vuurstenen zijn alomtegenwoordige, goedkope stenen van gebakken klei die al millennia lang worden gebruikt in open haarden en ovens. Enkele jaren geleden schreven Forsberg en Stack een paper - Performance of firebrick resistanceheated energy storage for industrial heat applications and round-trip electricity storage - waarin ze het potentieel van stenenwarmtebatterijen aantoonden. In 2021 richtte Stack en een aantal partners Electrified Thermal Solutions op om het idee verder uit te werken. Inmiddels zegt het bedrijf er in te zijn geslaagd vuurvaste stenen te ontwikkelen die efficiënt urenlang warmte kunnen vasthouden en die vervolgens via lucht of gas kunnen afgeven tot meer dan 1700 °C. Onder het adagium ‘Natural Gas Turbine Reliability, Minus the Natural Gas’ werkt het bedrijf aan zogenaamde Joule Hive-batterijen, gebaseerd op de vuurvaste stenen, die (groene)energie opslaan in de vorm van warmte in plaats van elektriciteit
(Illustratie MIT)
of chemische bindingen. Vervolgens wordt er lucht of een ander gas door het systeem geblazen om warmte te leveren aan welk industrieel proces dan ook.
Standaard Electrified Thermal stenen kunnen, afhankelijk van het eindgebruik ongeveer 5 megawatt aan energie verzamelen en vrijgeven en ongeveer 25 megawattuur opslaan.
Volgens de betrokken partijen is dat een belangrijke doorbraak, want het stelt een aantal moeilijk te decarboniseren sectoren in staat om voor het eerst hernieuwbare
energie te gebruiken. Het kan ook een nieuw, goedkoop concept zijn voor het gebruik van elektriciteit wanneer deze het goedkoopst en schoonst is.
De stenen van Electrified Thermal lijken voor 98 procent op bestaande vuurstenen en worden geproduceerd met behulp van bestaande processen, waardoor fabrikanten ze eenvoudig en goedkoop in productie kunnen nemen. Het bedrijf bouwt momenteel een commerciële versie van zijn systeem op megawattschaal. Naar verwachting zal dit systeem binnen zeven maanden operationeel zijn.
Isolatieglasonderzoek wint derde prijs RAAK Award 2024
Op 28 november werd tijdens SIA-congres in Nieuwegein de jaarlijkse RAAK Award uitgereikt. De prijs is bedoeld voor onderzoeksprojecten van hogescholen en Regieorgaan SIA wil met de award het belang van praktijkgericht onderzoek van hogescholen zichtbaar en toegan kelijker maken voor een breder publiek.
De eerste prijs dit jaar ging naar een onderzoeksteam van HAN University of Applied Sciences. Het team ontwikkelde een toolkitDesign Your Life - die autistische jongeren met fysieke en digitale oplossingen moet helpen bij hun dagelijkse uitdagingen.
Advanced Precision in Food Safety Hogeschool Leiden kreeg de tweede prijs voor onderzoek naar hoe DNA-sequencing bedrijven in de voedselverwerkingsketen kan helpen bij het identificeren en monitoren van besmettingsbronnen en het nemen van preventieve maatregelen.
De derde prijs had betrekking op een materiaalonderzoek van de Hogeschool van Amsterdam onder leiding van Ed Melet, naar herge bruikt isolatieglas.
Elk jaar wordt er in Nederland meer dan 90.000 ton vlakglas uit gebouwen verwijderd, hoofdzakelijk om de isolatiekwaliteit van de gebouwschil te verbeteren of vanwege sloop. Dat glas wordt gere cycled tot glaskorrels voor producten zoals glaswol en verpakkings materiaal. Recyclen is echter een matige circulaire strategie vanwege het energieverbruik en het verlies van hoogwaardige materialen. Bovendien blijven glasleveranciers nieuw glas inkopen, waarbij veel virgin grondstoffen worden verbruikt. Hergebruik van isolatieglas heeft verschillende milieutechnische voordelen, zowel op het gebied van energie als circulariteit. Het project was bedoeld om juist dat te onderzoeken.
De Hogeschool van Amsterdam heeft voor het onderzoek een consortium gevormd met de complete bouwketen, van glasverwerkende bedrijven tot gebouweigenaren. Vervolgens zijn strategieën ontwikkeld om oud isolatieglas te upgraden naar de kwaliteit van nieuw HR++glas en om vlakglas na demontage te hergebruiken in HR++glas. Daarnaast is er een methode ontwikkeld om te bepalen of het technisch beter is om het isolatieglaspakket als geheel te hergebruiken of te demonteren en de glasplaten te hergebruiken in nieuw isolatieglas. In de meeste gevallen bleek demonteren zinvoller vanwege de leeftijd van het glas en/of verminderde argonconcentratie in de spouw. Diverse partners hebben de strategieën om verwijderd isolatieglas te hergebruiken commercieel geïmplementeerd.
De jury prees de aanpak van het onderzoeksteam waarmee het de hele sector heeft meegekregen, een belangrijke en impactvolle stap richting een circulaire economie.
SINCE 1924
Our expertise has made your clay for decades!
Our numerous raw clays form the basis for customized clay mixtures, raw chamotte and bodies for the manufacturing of ceramic products.
Empa-onderzoeker Frank Clemens en zijn team ontwikkelen zachte en intelligente sensormaterialen op basis van keramische deeltjes (Afbeelding: Empa)
Robots die aanraking kunnen voelen en temperatuurverschillen kunnen waarnemen? Een onverwacht materiaal zou dit zomaar eens werkelijkheid kunnen maken. In Empa's Laboratory for High-Performance Ceramics ontwikkelen onderzoekers zachte en intelligente sensormaterialen op basis van keramische deeltjes.
Keramiek is meer dan een tegel in de badkamer of een kopje in de keuken. Volgens onderzoeksgroepleider
Frank Clemens van Empa’s Laboratory for High-Performance Ceramics kan keramiek ook elektriciteit geleiden, ‘intelligent’ zijn en zelfs voelen. Samen met zijn team ontwikkelt hij zachte sensormaterialen op basis van keramiek. Zulke sensoren kunnen bijvoorbeeld temperatuur, spanning, druk of vochtigheid ‘voelen’, en dat is precies wat ze interessant maakt voor gebruik in bijvoorbeeld de geneeskunde, maar ook op het gebied van zachte robotica.
Materiaalkundigen zoals Clemens definiëren keramiek als een anorganisch, niet-metalen materiaal dat wordt geproduceerd uit een verzameling losse deeltjes in een proces met hoge temperaturen. De samenstelling van keramiek kan variëren, en hun eigenschappen veranderen daardoor.
De onderzoekers van Empa werken met materialen zoals kaliumnatriumniobaat en zinkoxide, maar ook met koolstofdeeltjes. Geen van deze materialen is zacht. Om er flexibele sensoren van te maken, verwerken de onderzoekers keramische deeltjes in rekbare kunststoffen; zogenaamde hooggevulde systemen. Zulke structuren bestaan uit een matrix van een thermoplast die wordt gevuld met zoveel mogelijk keramische deeltjes; en dat zonder de elasticiteit van de matrix in gevaar te brengen. Als deze hooggevulde matrix vervolgens wordt uitgerekt, samengedrukt of blootgesteld aan temperatuurschommelingen, verandert de afstand tussen de keramische deeltjes en daarmee de
elektrische geleidbaarheid van de sensor. Het is niet nodig om de hele matrix met keramiek te vullen: Met behulp van 3D-printen kunnen de onderzoekers de keramische sensoren ook als een soort ‘zenuwen’ in flexibele componenten plaatsen.
Inmiddels is de onderzoeksgroep van Clemens erin geslaagd om zachte sensoren te produceren die uiterst selectief reageren op alleen druk of alleen op temperatuur. De onderzoekers integreerden deze sensoren in een prothetische hand. De prothese ‘voelt’ de buiging van de vingers en merkt als het een heet oppervlak raakt. Een dergelijke ‘gevoeligheid’ zou handig zijn voor zowel een robot als een menselijke prothesen. Het Empa-team ging nog een stap verder met de ontwikkeling van een zachte ‘robothuid’. Net als de menselijke huid reageert de meerlaagse plastic huid op aanraking en temperatuurverschillen. Om de complexe data te evalueren, ontwikkelden de Empa-onderzoekers samen met onderzoekers van de Universiteit van Cambridge een AI-model en trainden het met behulp van data van ongeveer 4.500 metingen.
In hun meest recente project konden de onderzoekers de keramische sensoren combineren met kunstmatige spieren. Samen met onderzoekers van ETH Zürich en de Universiteit van Tokio ontwikkelden ze een ‘biohybride robot’ die zijn aanspanning herkent met behulp van een zachte, biocompatibele, weefselgeïntegreerde piëzoresistieve sensor.
Volgens onderzoeksleider Frank Clemens is het uiteindelijke doel van het onderzoek dat mens en machine veilig en harmonieus kunnen samenwerken. De huidige robotsystemen zijn groot, log en vaak heel sterk. Zulke lompe robots kunnen daardoor gevaarlijk zijn voor mensen. Om die reden is het volgens de onderzoeker belangrijk om robotica met gevoel en reflex te ontwikkelen. Als mensen in de toekomst steeds meer hun werkplekken steeds meer met robots gaan delen, moeten robots snel en gevoelig reageren op bijvoorbeeld aanraking.
De Empa-onderzoekers willen hun zachte keramische sensoren nog gevoeliger en intelligenter maken. Hiervoor combineren ze nieuwe keramische materialen en zachte polymeren en optimaliseren ze hun sensoreigenschappen. Het geheim van het succes schuilt volgens Empa in de interactie van deze twee componenten.
Het onderzoek werd eind september gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Intelligent Systems onder de titel ‘Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots’. Het is online: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ aisy.202400413
Originele tekst: Empa
Empa-onderzoeker Christopher Bascucci demonstreert een zacht materiaal dat kan worden verbeterd met keramische sensoren (Afbeelding: Empa)
Gouden Vrienden
50 jaar vriendschap met Keramiekmuseum Princessehof
Al vijftig jaar wordt het Princessehof bijgestaan door een club trouwe keramiek-liefhebbende Vrienden. De Vereniging van Vrienden van Keramiekmuseum Princessehof verzamelt toonaangevend hedendaags keramiek en geeft die in bruikleen aan het Princessehof. Na een halve eeuw heeft de vereniging een imposante collectie opgebouwd. Ter gelegenheid van hun 50-jarig bestaan, en als dank voor hun steun, presenteert Keramiekmuseum Princessehof een jubileumtentoonstelling. In de tentoonstelling Gouden Vrienden: 50 jaar vriendschap met Keramiekmuseum Princessehof wordt een selectie van meer dan 25 werken getoond uit de verzameling van de Vrienden. De tentoonstelling is te zien tot en met 7 september 2025.
Heringa/Van Kalsbeek, Beeld in een expressionistische vorm, 2005 | Keramiekmuseum Princessehof, Bruikleen Vereniging van Vrienden
De collectie van de Vrienden van Keramiekmuseum Princessehof laat de ontwikkeling van keramiek na de Tweede Wereldoorlog zien. Voor het eerst zijn kleimengsels en glazuren te koop voor iedereen en kan er volop geëxperimenteerd worden met technieken en materialen. Zo maakt het traditionele gebruiksgoed meer en meer plaats voor vrijere vormen. Ter ere van het 50-jarig bestaan van de vriendenvereniging zet Keramiekmuseum Princessehof een deel van de verzameling van zijn ‘gouden vrienden’ in de schijnwerpers. In de expositie wordt onder andere werk getoond van Arnold Annen (1952, Zwitserland), Carmen Dionyse (1921-2013, België), Bart Drost (1955, Nederland), Alexandra Engelfriet (1959, Nederland), Heringa/Van Kalsbeek, Eduard Hermans (1959, Nederland), Kayoko
Hoshino (1949, Japan), Bodil Manz (1943, Denemarken), Hanna Mobach (1934-2024, Nederland), Barbara Nanning (1957, Nederland), Anne Marie Laureys (1962, België), David Regan (1964, Amerika), Studio Wieki Somers (2003, Nederland), Akio Takamori (1950-2017, Japan), Joan Takayama-Ogawa (1955, Amerika), Wolfgang Vegas (1958, Venezuela) en onbekende makers uit Afrika.
De Vereniging van Vrienden van Keramiekmuseum Princessehof verzamelt al sinds 1974 toonaangevende keramiek en bewaren deze voor de komende generaties. Ook maken ze verschillende tentoonstellingen en onderwijsprogramma’s van het Princessehof mogelijk. In 2014 toonde het Princessehof ook al een selectie uit de verzameling ter ere van het 40-jarige jubileum van de vereniging. In het bijbehorende boek Verzamelde Vrienden zijn alle aankopen uit die 40 jaar van verzamelen te zien. Ook wordt de ontstaansgeschiedenis van de collectie beschreven. Het boek is te koop in de museumwinkel voor € 10,- voor nieuwe Vrienden van Keramiekmuseum Princessehof is het boek gratis.
Joan Takayama-Ogawa, Aloha teabag, 2003 | Keramiekmuseum Princessehof, bruikleen Vereniging van Vrienden Keramiekmuseum Princessenhof
Omdat het Princessehof meer kan doen dankzij de Vrienden, ontvangen Vrienden ook meer voordelen. Nieuwe Vrienden ontvangen gratis het kookboek van Keramiekmuseum Princessehof (t.w.v. €49,95). Ook hebben Vrienden het hele jaar gratis toegang tot het museum, ontvangen ze een uitnodiging voor exclusieve openingen, activiteiten en Vriendentripjes en krijgen ze korting in de museumwinkel.
Meer info op de website van Princessehof: https://www.princessehof.nl/over-het-museum/steun-het-museum/word-vriend
‘Advanced Ceramic Manufacturing in the Benelux’ Symposium
On Friday, October 25, 2024, the Netherlands Ceramic Society (NKV) and its Belgian counterpart, the Belgian Ceramic Society (BCerS), with the support of the Young Ceramists Network (YCN) and the Trust of the Journal of the European Ceramic Society (JECS Trust), organized a highly anticipated one-day symposium on ‘Advanced Ceramic Manufacturing in the Benelux’ at the Eindhoven University of Technology (TU/e). The event brought together experts and enthusiasts from academia, research institutes, and industry, not only from the Netherlands, Belgium, and Luxembourg but also from other countries.
The symposium was attended by over 70 participants, surpassing initial expectations and reflecting the growing interest in advanced ceramic manufacturing.
The program featured a balanced mix of academic and industry speakers, complemented by an exhibition with tabletop presentations from companies and a vibrant poster presentation session dedicated to students. Attendees engaged in lively discussions, fueled by intriguing and informative talks that covered a broad spectrum of manufacturing technologies and
applications of advanced ceramics.
The presentations highlighted advancements in areas such as green machining, near net shape processes, additive manufacturing, machining, membranes, polymer-derived ceramics, ceramic membranes, mechanical testing, energy ceramics, bioceramics, ultrahigh-temperature ceramics, and construction applications. This diversity underscored the dynamic and interdisciplinary nature of the field. The complete program of oral and poster presentations can be found on the NKV
Diletta Giuntini, TU Eindhoven
website (www.ceramics.nl). In the current issue of KGK, you can read the article ‘Advanced demineralized bone matrix combined with calcium phosphate nanoparticles promotes bone healing in an ovine defect model’ as a background story to the symposium’s contribution of Nienke de Roode of Access2bone.
The expo showcased leading companies active in advanced ceramics, including Anton Paar (Breda, NL), Benelux Scientific (Ede, NL), Keyence International (Mechelen, B), Schaeffler Aerosint (Herstal, B), and SKF Research and Technology Development (Houten, NL). These companies provided hands-on insights into the latest equipment and techniques shaping the future of ceramic manufacturing.
The organizing team consisted of Eddy Brinkman (NKV), Louis Winnubst (NKV and University of Twente),
Farid Salari (NKV and YCN), Nicolas Somers (BCerS and ULiège) and the hosts Diletta Giuntini and Tommaso Magrini (both NKV and TU/e). The meeting culminated in a valuable experience for participants, capped by an afternoon tour of TU/e’s Multiscale Lab, a state-of-the-art facility dedicated to the manufacturing and characterization of materials at multiple scales. The tour concluded with drinks and informal networking, providing a perfect close to a day filled with knowledge-sharing and connection-building. The positive reception from participants emphasized the symposium’s success. Plans are already underway for the next edition, promising to build on this strong foundation and further advance collaboration in the vibrant field of ceramic manufacturing.
RESEARCH
Investigations towards carbon dioxide electrolysis on gadolinium-doped ceria in a solid oxide cell
Ahmad Shaur conducted his PhD research at the University of Twente (UT) as part of the project titled ‘Enhancing the conversion and energy-efficiency of electrically-driven dissociation of CO2 for fuel synthesis by synergistic integration of plasmolysis, electrolysis, and membrane separation’ funded by the Dutch Research Council (NWO). This project explores the synergistic integration of CO2 plasmolysis and electrolysis, aiming to achieve enhancements greater than the sum of their individual contributions. Shaur’s work focused on developing suitable electrodes for solid oxide cells (SOCs) used in CO2 electrolysis and conducted key research to investigate the hybrid plasma-electrolysis technology. He was supervised by Henny Bouwmeester, Arian Nijmeijer, and Bernard Boukamp of the UT Inorganic Membranes group. He successfully defended his PhD thesis on 19th September, 2024. This article gives a summary of the thesis.
As global energy demands continue to rise, our heavy reliance on carbon-based fossil fuels is rapidly exhausting planet Earth. The increasing level of greenhouse gas emissions, particularly CO2, CH4, N2O, and various synthetic chemicals, are driving global warming and climate change, with CO2 being the most significant contributor. [1] This calls for a move towards renewable and carbon-neutral energy sources. Solar and wind energy are rapidly emerging as cost-competitive alternatives to fossil fuels and have the potential to meet global energy demands.[2] However, the intermittent nature of these renewable energy sources poses a significant challenge to their widespread adoption. A solution to counter the intermittency of renewables is to convert the surplus electrical energy into value-added chemicals and fuels. Power-to-gas (P2G) emerges as a promising strategy to convert CO2 emissions, water, or both into value-added products like CO, H2, syngas, or synthetic fuels. Among the conversion technologies, electrically driven high-temperature electrolysis, using solid oxide cells (SOCs) and plasmolysis are considered as most promising.[3]
Ahmad Shaur University of Twente (UT)
Fig. 1 - NASA Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE). The close-up photo shows the SOFC stack, consisting of 18 planar SOCs with a total active area of 180 cm2 [4]
SOCs attract extensive attention due to their high faradaic efficiencies, wide fuel flexibility, and low pollutant emission. They can be operated reversibly, converting chemical fuels to electricity (fuel cell mode) and vice versa (electrolysis cell mode), at high efficiencies and zero emissions.2 Operating in the electrolysis cell mode, SOCs which can be thermally integrated with downstream chemical processing can be employed to convert surplus electricity generated from renewables to a wide range of storable synthetic fuels and chemicals. In addition to their commercial application in the chemical and fuel industry, CO2 electrolysis via SOCs has been explored for space exploration mainly for the production of O2 from the Martian atmosphere. NASA’s Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (shown in Figure 1) successfully produced oxygen at a rate of 10 g h-1. [4]
Working principle of SOCs
Figure 2 illustrates the working principle of a SOC. It can be operated in both fuel cell (chemical energy to electrical energy) and electrolysis mode (electrical energy to chemical energy).
A SOC consists of an oxide-ion conducting electrolyte (e.g. yttria-stabilized zirconia: YSZ) sandwiched between two porous electrodes (an oxygen electrode and a fuel electrode). In the electrolysis mode, gaseous reactant substances such as steam and CO2 are introduced to the fuel electrode side and a voltage is applied across the cell. [3] This drives the electrolysis of reactant gases, splitting them by removing oxygen atoms, which are transported as oxide ions across the electrolyte to the air electrode where they are released in the form of pure oxygen. Consequently, highenergy fuels such as H2 and CO are thus produced on the fuel side. The state-of-the-art SOC operates at a temperature of 650-800 °C In Kröger-Vink notation, the CO2 reduction reaction may be written as
where V¨O , O×O , and e’ denote a doubly ionized oxygen vacancy, a regular lattice oxygen, and an electron, respectively. V¨O and e’ are the charge carriers being transported to the surface reaction site, where gaseous CO2 is reduced to CO.
Research gaps and challenges
The long-term stability of SOCs is a matter of great concern. The state-of-the-art SOC cathode, nickelyttria stabilized zirconia (Ni-YSZ) faces challenges such as redox instability, morphological degradation, and coking. Additionally, during start-up or incidental shut-downs, a safety gas (reducing gas, e.g., H₂/CO) premixed with the CO₂ feed gas must be supplied to the electrode to prevent the oxidation of Ni to NiO. [5]
CO2(g) + V¨O +2e' → CO(g) + O×O (2.1)
Fig. 2 Scheme of a solid oxide cell, exemplified for the electrolysis. The electrochemical reactions occurring at both electrodes are depicted
Fig. 3 Comparison of the cell performance at 800 °C and at 1.5 V under pure CO2 electrolysis with that of cells based on different single-phase oxide cathode materials:
Development of a high-performance SOC for CO2 electrolysis
Exploring the potential of GCO as a cathode materials [7]
Chapter 2 of the thesis focuses on the application of GCO as a fuel electrode material for pure CO2 electrolysis. Electrochemical tests on electrolytesupported cells with single-phase GCO fuel electrodes demonstrated exceptional performance. The results show that the GCO-based SOC achieves stable (for 300 h), high performance, with a current density of 1.51 A cm-2 at -1.5 V and 800 ˚C, and a Faradaic efficiency of 94% — the best performance reported to date among all-ceramic cathode materials (see Figure 3).
Bulk electrical conductivity and defect chemistry [8]
Alternative ceramic-based electrode materials, such as LaxSr1-xTiO3-δ (LST), SrTi0.3Fe0.7O3-δ (STF), Sr2Fe1.4Mn0.1Mo0.5O6-δ (SFMnMo), etc., [6] have been explored and demonstrated greater stability compared to Ni-YSZ. However, these materials are not without challenges, as they are prone to issues like cation segregation and carbon deposition, which can cause passivation and lead to long-term degradation. Acceptor-doped ceria (typically gadolinium- or samarium-doped ceria) are another class of ceramic materials that are widely used in SOCs and are known to exhibit excellent stability and cokeresisting properties. Although these materials are predominantly utilized as electrolytes or as additives to the SOC fuel electrode, their potential as standalone fuel electrodes remains of significant interest. This thesis investigates 10 mol% gadolinium-doped ceria (GCO) as a fuel electrode for high-temperature CO2 electrolysis, examining its electrical conductivity, CO2 reduction mechanisms, and optimal electrode design. It also explores the synergistic integration of SOCs with plasma reactors.
Chapter 3 delves into the bulk electrical conductivity and defect chemistry of GCO, analyzed as a function of pO2 (10 - 0.36 - 10-25 bar) and temperature (650 - 850 ˚C). A defect chemical model is developed and correlated with the measured conductivity data of GCO in order to gain insights into the nature of the defects. The findings from Chapter 3 are integrated with the electrochemical performance data from Chapter 2, revealing a direct correlation between GCO electrode performance in pure CO₂ electrolysis and its bulk electronic conductivity. This relationship is attributed to the concentration of electronic charge carriers within GCO. These insights establish a foundation for the development of robust, nickel-free SOCs tailored for direct CO₂ electrolysis, advancing the design of highperformance, sustainable energy systems.
Kinetics of CO2 reduction on GCO [9]
Chapter 4 employs electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to study the elementary kinetics of the CO2 reduction reaction on GCO electrodes. We propose that the reaction proceeds via a stable carbonate intermediate and outline a simple reaction pathway (steps 1-3 shown in Figure 4). The Measurements were conducted as a function of CO2 (pCO2) and CO (pCO) partial pressures using symmetrical GCO | YSZ | GCO cells. The experiments, performed at 650 °C in different CO2/CO/He atmospheres under open circuit conditions, are designed to avoid contributions from
Fig. 4 Schematic of ion transport, polaron transport, and electrochemical reaction in the porous GCO electrode (CCL = current collecting layer)9
Fig. 5 M-TLM used for fitting of the impedance response of the GCO electrode. b) DC electrode impedance (Z(ω→0)) and its different contribution as a function of lel’de in CO2/CO/He 50/50/200 mixtures at 750 ͦC. Details of the equivalent circuit model and the fitting procedure can be found in Reference 10
gas-phase diffusion to the impedance behavior of the porous GCO electrode. Transmission line modeling (TLM) was used to describe the impedance behavior of the symmetrical cell. By analyzing the reaction resistance contribution to the overall electrode impedance as a function of gas-phase composition, it is tentatively concluded that electron transfer to adsorbed CO2 (step 2)at the GCO surface, forming intermediate surface carbonate species, is the rate-determining step.
Optimization of Electrode Design [10]
We further extend our research by optimizing microstructural parameters, with a primary focus on electrode thickness, while the model is adaptable to other parameters such as porosity and grain size. The performance of the GCO electrode is significantly influenced by its thickness, with an increase in the thickness exacerbating charge transport limitations in the electrode due to the intrinsically low electronic conductivity of GCO. Additionally, mass transport limitations in the gas phase may impact the performance of the electrode. Chapter 5 presents a novel Transmission Line Model (TLM) that accounts for charge transport losses, reaction kinetic losses, and gas-phase diffusion processes within the electrochemical cell. The equivalent electric circuit representing the TLM model is shown in Figure 5a. To isolate and quantify the gas phase diffusion impedance, EIS spectra were measured by using two distinct carrier gases in a ternary gas mixture. Our analysis reveals that the gas diffusion impedance is significant in both the SL (Stagnant Layer) and within the porous electrode structure. It also facilitates the calculation of gas diffusion resistance in both of these layers. Furthermore, we have shown that the TLM describes the impedance behavior in such a way that it fits excellent fits with the experimental EIS data very well. Using TLM, we could predict the optimum electrode thickness, with predictions closely aligning with experimental results (see Figure 5b). The analysis and model presented in this study offer a robust framework for optimizing electrode design as well as providing accurate predictions of electrode impedance behavior across a range of operational conditions.
Solid oxide cell (SOC) plasma synergy [11]
Chapter 6 of the thesis is dedicated to investigating the synergistic integration of plasma-electrolysis
Fig. 6 Conceptual design of hybrid plasma-SOC reactor [11]
technologies. In this study, we explore the possible synergy between CO2 electrolysis and plasmolysis through both ex-situ (SOC only) and in-situ (combined SOC/plasma reactor) measurements. Figure 6 shows the hybrid plasma-SOC reactor used for the insitu measurements. Ex-situ measurements on the LSM (La0.80Sr0.20MnO3-δ) ǀ 8YSZ (Y0.08Zr0.92O2-δ) ǀ LSM symmetrical cell configuration with non-equilibrium CO2, CO, and O2 gas mixtures being fed to the cathode compartment were conducted at 700 ˚C and 800 ˚C. The results indicate that so-called oxygen pumping from the non-equilibrium mixture is only successful at the lower temperature of 700 ˚C, as fast recovery of thermodynamic equilibrium prevents effective oxygen pumping at 800 ˚C. In-situ measurements in a hybrid plasma-SOC reactor at various plasma discharge currents at 692 ˚C confirmed successful electrochemical oxygen pumping through the SOC at 700 ˚C. These findings emphasize the potential of electrochemical pumps to separate oxygen from non-equilibrium gas mixtures and their use in hybrid reactors to enhance plasmolytic CO2 dissociation.
References
(1) Atkinson, A.; Barnett, S.; Gorte, R. J.; Irvine, J.; McEvoy, A. J.; Mogensen, M.; Singhal, S. C.; Vohs, J. Advanced anodes for high-temperature fuel cells. Nat. Mater. 2004, 3 (1), 17-27.
(2) Hauch, A.; Küngas, R.; Blennow, P.; Hansen, A. B.; Hansen, J. B.; Mathiesen, B. V.; Mogensen, M. B. Recent advances in solid oxide cell technology for electrolysis. Science 2020, 370 (6513), eaba6118.
(3) Bongers, W.; Bouwmeester, H. J. M.; Wolf, B.; Peeters, F.; Welzel, S.; van den Bekerom, D.; den Harder, N.; Goede, A.; Graswinckel, M.; Groen, P. W. Plasma-driven dissociation of CO2 for fuel synthesis. Plasma processes and polymers 2017, 14 (6), 1600126.
(4) Hoffman, J. A.; Hecht, M. H.; Rapp, D.; Hartvigsen, J. J.; SooHoo, J. G.; Aboobaker, A. M.; McClean, J. B.; Liu, A. M.; Hinterman, E. D.; Nasr, M. Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)—preparing for human Mars exploration. Science Advances 2022, 8 (35), eabp8636.
(5) Graves, C.; Ebbesen, S. D.; Jensen, S. H.; Simonsen, S. B.; Mogensen, M. B. Eliminating degradation in solid oxide electrochemical cells by reversible operation. Nat. Mater. 2015, 14 (2), 239-244.
(6) Jiang, Y.; Yang, Y.; Xia, C.; Bouwmeester, H. J. M. Sr2Fe1.4Mn0.1Mo0.5O6−δ perovskite cathode for highly efficient CO2 electrolysis. J. Mater. Chem. A. 2019, 7 (40), 2293922949.
(7) Shaur, A.; Drazkowski, M.; Zhu, S.; Boukamp, B.; Bouwmeester, H. J. M. A single-phase gadolinium-doped ceria cathode for highly efficient CO2 electrolysis. J. Mater. Chem. A 2023, 11 (45), 25020-25030. (PhD thesis chapter 2)
(8) Chapter 3, PHD thesis, Ahmad Shaur, University of Twente 2024.
(9) Chapter 4, PHD thesis, Ahmad Shaur, University of Twente 2024.
(10) Chapter 5, PHD thesis, Ahmad Shaur, University of Twente 2024.
(11) Chapter 6, PHD thesis, Ahmad Shaur, University of Twente 2024.
KNB introduceert een nieuwe, kortdurende brancheopleiding
(KLEI)
De nieuwe brancheopleiding (KLEI) is een praktijkgerichte cursus, georganiseerd door KNB, waar de deelnemers op een laagdrempelig wijze meer leren over het keramisch proces en keramisch product. De nieuwe opleiding (vier dagdelen van drie uur) voorziet in de behoefte uit de sector aan meer, maar niet al te zware verdieping in:
• Keramische grondstoffen en productieprocessen: Wat gebeurt er in welke fase?
• Materiaaleigenschappen en duurzaamheid: Hoe ontstaan deze eigenschappen en wat betekenen ze voor circulariteit en duurzaamheid?
• Relevante marktcriteria: wat betekenen LCA, MKI, MPG, en EPBD en wat is de impact daarvan op bouwkeramiek.
Vanwege het verschil in focus van de beoogde deelnemersgroepen wordt de opleiding in twee varianten aangeboden:
• Variant A – Intern gericht, voor operators en leidinggevenden in fabrieken.
• Variant B – Extern gericht, voor medewerkers in (commerciële) binnen- en buitendienst.
De opleiding is uniek doordat het geen toetsen, zwaar leeswerk of huiswerk kent. Daarin verschilt deze kortdurende brancheopleiding van de twee andere: de (schriftelijke) Vakopleiding Keramische Industrie (VKI) en de Leergang Keramiek (voorheen P HBO Keramiek).
Na afloop wordt een bewijs van deelname ontvangen.
De opleiding wordt verzorgd door specialisten van TCKI en KNB en is op een locatie centraal in het land of op het bedrijf zelf (bij voldoende deelnemers). Het vierde en laatste dagdeel is in het Keramisch Huis in Velp.
E.E.A. Cramera, N.de
Roode-Beulingb , N.W.M van Dijkc, J.J.J.P. van den Beuckencd, K. Itoa, B. van Rietbergenae, J.J.C.Artsae
a Orthopaedic Biomechanics, Department of Biomedical Engineering and Institute of Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology
b Access2Bone B.V.
cDepartment of DentistryRegenerative Biomaterials, Radboudumc
dResearch Institute for Medical Innovation Radboudumc,
eDepartment of Orthopaedic Surgery, Laboratory for Experimental Orthopaedics, CAPHRI, Maastricht University Medical Center
RESEARCH
Advanced demineralized bone matrix combined with calcium phosphate nanoparticles promotes bone healing in an ovine defect model
Hybrid materials consisting of calcium phosphate (CaP) and demineralized bone matrix (DBM) hold potential for bone substitution, especially when osteoinductive. Access2Bone BV developed an innovative formulation, MBone Putty, composed of Tissue Matrix Booster (TMB) with CaP nanoparticles as an easily injectable and non-setting, malleable hybrid material.
Bone grafting procedures represent routinely performed surgical interventions. These surgeries are essential for treating bone fractures and orthopedic-related injuries resulting from a diverse range of surgical, degenerative, and traumatic causes. Autologous bone, harvested from the patient’s iliac crest or from sites in close proximity to the operative site (local bone) is considered the clinical gold standard for bone grafting. Importantly, autologous bone combines all the elements necessary for bone regeneration as it provides an osteoconductive three-dimensional scaffold for bone growth, osteogenic cells and osteoinductive growth factors. Despite its immunocompatibility and excellent osteoconductive and osteoinductive properties, autologous bone grafting is associated with drawbacks, including donor site morbidity, the need for an additional surgery site with its own complication risks such as pain, bleeding and infection, and insufficient availability of bone volumes. Additionally, autologous bone grafts have shown an efficacy decrease upon patient aging, primarily attributed to a decline in the number of stem cells and growth factors present [1], [2].
Alternatives to autologous bone grafts are available in the form of allografts (i.e. bone tissue derived from human donors), xenografts (i.e. bone tissue derived from other species), and alloplasts (i.e. synthetic materials). Clinically, demineralized bone matrix (DBM) and synthetic calcium phosphates (CaP) present widely used alternatives to autologous bone grafts that circumvent some of the drawbacks of autologous bone grafts [3]. However, these alternatives generally are devoid of or are compromised regarding the desired biological performance feature known as osteoinduction, i.e. the capacity to induce de novo bone formation [4].
A typical way to enhance osteoinductive capacity is through incorporation of potent growth factors. A variety of growth factors, including BMPs, fibroblast growth factor and transforming growth factor-β, have been shown to play a role in osteogenesis and bone formation [5]. The most potent growth factor that has shown to induce bone formation is BMP-2 [6]. Consequently, incorporating BMP-2 has been a straightforward approach to improve the biological performance of bone substitute materials in experimental work
[7], [8] and clinical products [9].However, incorporating growth factors, such as BMP-2, poses multiple challenges related to cost-effective availability of (recombinant) proteins, providing a single protein versus an orchestrated multitude in physiological bone formation, and spatiotemporal control on the extent of bone formation. The latter has shown dramatic sideeffects, some even with life-threatening complications especially for BMP-2 [10] . Another major issue is the fact that BMPs have both an anabolic and catabolic effect because they can stimulate both osteoblast and osteoclast activation and there is no control over this [11] .
In view of this, integration of a protein matrix in combination with CaP into a malleable osteoinductive material would supply the essential natural building blocks needed for effective bone repair. A novel bone graft has been developed, referred to as MBone Putty, which combines an innovative DBM (Tissue Matrix Booster, TMB) with nano-sized CaP particles. This combination generates a malleable substance, that can be easily injected into a bone defect through a syringe. The aim of this exploratory study was to evaluate in vivo bone regeneration using this MBone Putty compared to autologous bone grafting. Furthermore, an assessment of a possible dose dependent effect of TMB concentration on bone regeneration was made.
CaP particles
The CaP nanoparticles demonstrated to have a bar-like shape with dimensions of approximately 30 x 200 nm (Figure 1A). FTIR and XRD showed a spectrum typical for a biphasic CaP, which consisted for 3.4% monetite and 96.6% of hydroxyapatite (Figure 1B-C).
Tissue Matrix Booster
Access2Bone currently has a product on the market called Tissue Matrix Booster (TMB). TMB is a bone graft matrix, derived from Human Donor Bone, that can be added to any existing bone grafts to enhance osteoinductivity. TMB maximizes osteoinductive po-
tential and growth factor content versus current DBMs on the market. Proprietary gentle processing techniques causes the collagen matrix to open and ensures that TMB retains and preserves and provides instant access to the maximum amount of active natural bone forming proteins and growth factors including: BMP-2, BMP-4, BMP-7, TGF-β1, PDGF-BB, FGF-1, IGF-1, VEGF1. For the in-vivo characterization of MBone Putty, the TMB needed to correspond with the species in the ovine defect model. Sheep bone was used to produce sheep DBM (HCM Medical, Nijmegen), using the same methods of those to make human DBM. This sheep DBM was used to fabricate Sheep TMB (Access2Bone, Leiden).
Methods
Ovine-derived-TMB was combined with nano-sized CaP particles, to create MBone Putty with three different dosages of the TMB (3MBonePutty: 3 mg/cc, 25MBonePutty: 25 mg/cc, 100MBonePutty: 100 mg/ cc). An ovine critical sized bone defect model was used to monitor bone regeneration of the grafted materials. One defect was created in the distal femoral condyle (center of medial epicondyle). Two defects were created in the proximal tibia (medial condyle), one defect at the anterior site and one at the posterior site. At the defect site, a drill hole of Ø 8 mm and 10 mm depth was created. Five experimental groups were included and defects were filled randomly with either 3MBonePutty, 25MBonePutty, 100MBonePutty, autologous sheep bone (positive control) or the defect was left empty (negative control). The defect was completely filled with MBone Putty by extrusion from a syringe (Figure 1D-E). To close off the defect, a polyethylene (PE) plug (Ø 8 mm, 4 mm height) was placed press-fit on top of the defect, for all created defects. (Figure 1F). Surgery was performed on the left and right hind leg (medial and lateral) with an interval of 4 weeks. Bone regeneration was compared to conventional autologous bone grafts at 4 and 8 weeks using µCT and histological analysis.
Figure 1 Characterization of CaP nanoparticles. SEM micrograph (A), FTIR spectrum (B) and XRD spectrum (C) of CaP. Syringe filled with MBone Putty (D) which can directly be injected into a bone defect (E). Bone defect filled with material were closed with a PE plug (F)
Figure 2 µCT reconstructions showing mineralized tissue inside the defect region and in the bone surrounding the defect
Figure 3 Histological sections (basic fuchsin & methylene blue stain) of the defect region showing that for all three conditions with MBone Putty, the defect was filled with newly formed bone after 8 weeks. New bone formation (red) and material (dark red/black) was visible in all three concentrations of TMB. Regeneration was clearly observed over time as more bone was formed between week 4 and 8. Defects filled with autologous bone chips displayed welldeveloped trabecular structures after 8 weeks. Empty defect showed a limited amount of new bone formation at week 4, but was partly filled with new bone at week 8. Abbreviations: Tissue Matrix Booster (TMB), autologous bone (Auto)
Assessment of bone regenerative capacity of MBone Putty
Mineralized volumes were present in the defect region in all samples (Figure 2). Visual inspection demonstrated an increase in mineralized volumes from week 4 to week 8 in all conditions (Figure 2). Furthermore, the defect region for the groups with MBone Putty showed small unconnected mineralized objects at week 4, which advanced into well-developed bone structures at week 8 similar to defects filled with autologous bone. This particular structure was not observed for defects filled with autologous bone at week 4, which suggests that this structure was the CaP.
The histological analysis shows formation of bone throughout the defect regions of defects containing MBone Putty (Figure 3). Defects were not completely filled at week 4. Closed defect regions were observed at week 8. Active bone formation by osteoblasts and resorption by osteoclasts was observed for all three MBone Putty groups (Figure 4). MBone Putty material was incorporated into the bone matrix as new bone was deposited on the material. Osteoclasts were able to directly resorb the MBone Putty. No signs of an inflammatory response were observed, and vascular structures were seen in the defect regions in all MBone Putty groups. The autologous bone chips started being remodeled by osteoblasts and osteoclasts. In
Figure 4 Histological evaluation in the defect region. Active remodeling was observed for all three concentrations of TMB (3MBonePutty, 25MBonePutty and 100MBonePutty). Layers of new bone were deposited onto MBone Putty(*) and active resorption of the material by osteoclasts was observed in all conditions. For defects filled with autologous bone, new bone formation was observed onto the bone chips (old bone chips appear as faded pink). Empty defects showed high amount of fibrous tissue and a limited amount of new bone formation. *indicates MBone Putty, v indicates vascular structure, white arrowhead indicates osteoclast and black arrowhead indicates osteoblast. Sections were stained with basic fuchsin + methylene blue showing newly formed bone as bright red/ pink and cells + fibrous tissue in blue. Abbreviations: Tissue Matrix Booster (TMB), autologous bone (Auto)
the empty defects, new bone formation was limited to the edges of the defect and large amounts of fibrous tissue were formed in the defect area.
Conclusion
MBone Putty exhibited promising potential as a bone graft substitute. The use of at least the medium dose of TMB for enhanced bone healing responses is supported, since the bone regeneration observed at four weeks in defects filled with medium and high concentrations of TMB in MBone Putty suggest that TMB can promote the onset of bone healing, at least equal to autograft.
REFERENCES
[1] R. Agarwal and A. J. García, ‘Biomaterial strategies for engineering implants for enhanced osseointegration and bone repair,’ Adv. Drug Deliv. Rev., vol. 94, p. 53, Nov. 2015, doi: 10.1016/J.ADDR.2015.03.013.
[2] E. Gibon, L. Lu, and S. B. Goodman, ‘Aging, inflammation, stem cells, and bone healing,’ Stem Cell Res. Ther., vol. 7, p. 44, Mar. 2016, doi: 10.1186/s13287-016-0300-9.
[3] P. Baldwin, D. J. Li, D. A. Auston, H. S. Mir, R. S. Yoon, and K. J. Koval, ‘Autograft, Allograft, and Bone Graft Substitutes: Clinical Evidence and Indications for Use in the Setting of Orthopaedic Trauma Surgery,’ J. Orthop. Trauma, vol. 33, no. 4, pp. 203–213, Apr. 2019, doi: 10.1097/ BOT.0000000000001420.
[4] T. Albrektsson and C. Johansson, ‘Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration,’ Eur. Spine J., vol. 10, no. 2, pp. S96–S101, Oct. 2001, doi: 10.1007/s005860100282.
[5] V. Devescovi, E. Leonardi, G. Ciapetti, and E. Cenni, ‘Growth factors in bone repair,’ Chir. Organi Mov., vol. 92, no. 3, pp. 161–168, Dec. 2008, doi: 10.1007/s12306-0080064-1.
[6] M. R. Urist and B. S. Strates, ‘Bone Morphogenetic Protein,’ J. Dent. Res., vol. 50, no. 6, pp. 1392–1406, Nov. 1971, doi: 10.1177/00220345710500060601.
[7] T. Liu, W. Fang, G. Wu, Y. Li, J. L. Pathak, and Y. Liu, ‘Low Dose BMP2-Doped Calcium Phosphate Graft Promotes Bone Defect Healing in a Large Animal Model,’ Front. Cell Dev. Biol., vol. 8, p. 613891, Jan. 2021, doi: 10.3389/ fcell.2020.613891.
[8] W. F. McKay, S. M. Peckham, and J. M. Badura, ‘A comprehensive clinical review of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (INFUSE® Bone Graft),’ Int. Orthop., vol. 31, no. 6, pp. 729–734, Dec. 2007, doi: 10.1007/ s00264-007-0418-6.
[9] C. E. Gillman and A. C. Jayasuriya, ‘FDA-approved bone grafts and bone graft substitute devices in bone regeneration,’ Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl., vol. 130, p. 112466, Nov. 2021, doi: 10.1016/j.msec.2021.112466.
[10] G. C. Comer, M. W. Smith, E. L. Hurwitz, K. A. Mitsunaga, R. Kessler, and E. J. Carragee, ‘Retrograde ejaculation after anterior lumbar interbody fusion with and without bone morphogenetic protein-2 augmentation: a 10-year cohort controlled study,’ Spine J., vol. 12, no. 10, pp. 881–890, Oct. 2012, doi: 10.1016/j.spinee.2012.09.040.
[11] J. N. Zara et al., ‘High Doses of Bone Morphogenetic Protein 2 Induce Structurally Abnormal Bone and Inflammation In Vivo,’ Tissue Eng. Part A, vol. 17, no. 9–10, pp. 1389–1399, May 2011, doi: 10.1089/ten.tea.2010.0555.
AGENDA
MaterialDistrict Utrecht
12 - 14 maart 2025, Utrecht https://utrecht.materialdistrict.com
yCAM forum 2025
23 - 25 april 2025, Toulouse https://euroceram.org/ycam2025-forum-in-toulouse
Glassman 2025
14 - 15 mei 2025, Istanbul https://glassmanevents.com/europe
8th Conference of the Serbian Society for Ceramic Materials
18 - 20 juni 2025, Belgrado https://www.ceramic-society.rs/current-conference/
International Clay Conferences 2025
13 - 18 juli 2025, Dublin https://icc.aipea.org/
Sintering 2026
31 augustus - 3 september 2026, Aken https://www.sintering2026.org/en
ECerS 2025
31 augustus t/m 4 september 2025, Dresden https://www.ecers2025.org/
Ceramics & Composite Materials
8-9 september 2025, Praag https://materialscience.events/ceramics-and-composite-materials-conference/
Vitrium 2025
16 - 19 september 2025, Milaan https://vitrumlife.it/en/vitrum/
PARTEC 2025
23 - 25 september 2025, Neurenberg https://www.partec.info/en
Ceramics and Composite Materials
27-28 oktober 2025, Londen https://ceramics.insightconferences.com/
Delfstoffen en industriële mineralen
Betanet Industrial Minerals B.V.
Heksenstraat 1
6211 KK Maastricht
T (043) 321 45 14
E administratie@betanet.nl www.betanet.nl
Drogerijwagens en droogplaten
Stafier Holland BV
Marconistraat 35-37
6902 PC Zevenaar
T (0316) 33 27 41
E info@stafier.com www.stafier.com
Goerg & Schneider GmbH u. Co. KG
Guterborn 1
D-56412 Boden
Duitsland
T +49 (0)2602 9273-0
E info(at)goerg-schneider.de www.goerg-schneider.de
Grondstoffen
Keramische/vuurvaste grondstoffen
Delgromij B.V.
Postbus 200
6660 AE Elst
T (024) 348 88 44
F (024) 348 88 40 info@delgromij.nl www. delgromij.nl
Adolf Gottfried Tonwerke GmbH
Saarfeldspatwerke
H. Huppert GmbH & Co KG
Kobenhüttenweg 43
D-66123 Saarbrücken
Duitsland
T +49 681 968790
F +49 681 62296
E info@saarfeldspat.de www.saarfeldspat.de
Stephan Schmidt Group Bahnhofstraße 92
D-65599 Dornburg
T 0049 6436 609 0
F 0049 6436 609 49
E info@stephan-schmidt.group www.stephan-schmidt.group
Grondstoffen
Algemene Grondstoffen
de Beijer Bouwgrondstoffen
Waalbandijk 69
6669 MC Dodewaard
T (088) 4006 300
E info@debeijerbv.com www.debeijerbv.com
Gottfried Feldspat GmbH
Tonwerkstrasse 3
D-96269 Grossheirath/Coburg
T +49 9565 797 0
F +49 9565 79735
E info@gottfried.de www.gottfried.de
Wetering Cultuurtechniek b.v.
Cereslaan West 11 5384 VT Heesch
T 0412-451368
E contact@wetering.nl www.wetering.nl
Interesse in vermelding in deze rubriek?
Neem contact op met de uitgever: 0183 66 08 08; info@kgkmagazine.nl
Delgromij is specialist in klei. Of het nu gaat om het winnen van klei of het toepassen ervan. We leveren niet alleen de belangrijkste grondstof voor bakstenen, dakpannen en infrastructurele werken. Met kleiwinning beschermen we ons land ook tegen hoogwater en maken we nieuwe natuur.
