Nummer 1 2016
Fietspad met 100% gerecycled asfalt 3D-geprinte auto’s in massaproductie Lignine maakt asfalt duurzaam Thermoplastische composieten in opmars Fietspad van biocomposiet
INHOUD Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift gericht op de civieltechnische sector en bouw. Het bericht over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies. Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktijdschrift voor civieltechnisch ingenieurs werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw en verkeerstechniek. De redactie staat open voor bijdragen van vakgenoten. U kunt daartoe contact opnemen met de redactie.
Uitgeverij SJP Uitgevers Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl
Redactie: Bureau Schoonebeek vof Hoofdredactie: Gerard van Nifterik
Advertenties Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (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.
2 Droogdok van hybride beton wint Betonprijs 4 ‘Antivriesasfalt werkt’ 7 Reuzenliggers brug Burgum 9 Hittebestendig ZVB 10 Fietspad met 100% gerecycled asfalt 12 s’ Werelds grootste composiet sluisdeuren geplaatst 14 3D-geprinte auto’s in massaproductie Eind vorig jaar kondigde het Amerikaanse bedrijf Local Motors (Phoenix, Arizona) aan om de door haar ontworpen 3D-geprinte auto in massaproductie te nemen. Het gaat om de LM3D Swim, waarvan een prototype een jaar eerder werd gepresenteerd tijdens de International Manufacturing Technology Show (IMTS) in Chicago. Daar maakte de LM3D - toen als prototype onder de naam Strati - met succes de eerste openbare testrit. 3D-printen van auto’s wordt als een stuk milieuvriendelijker gezien dan conventionele productiemethodes. Bovendien zou het goedkoper zijn.
16 Lignine maakt asfalt duurzaam Lignine in plaats van bitumen als lijmstof in asfalt. Het klinkt duurzaam, maar kan het ook? In Zeeland loopt een proef waarin gekeken wordt of lignine zich in de praktijk een waardig bitumenvervanger toont. Maar voordat de duurzame grondstof op grote schaal in de wegenbouw kan worden geïntroduceerd, moet de lignineprijs naar beneden en de beschikbaarheid omhoog. ‘Hoe komen we aan grote hoeveelheden goedkope lignine?’
22 Thermoplastische composieten in opmars Thermoplastische composieten (TPC’s) zijn in opmars. De materiaaleigenschappen beloven dan ook veel. Ze zijn licht, stijf, hebben een prima slagvastheid en maken hoge productiesnelheden mogelijk. Maar er is nog veel onbekend en daarom is onderzoek nodig, research dat wordt uitgevoerd door het ThermoPlastic composites Research Center in Enschede. Het TPRC is inmiddels een autoriteit op het gebied van onderzoek naar TPC’s.
25 Fietspad van biocomposiet Emmen krijgt deze zomer een wereldprimeur in de vorm van een zogenaamd ‘eco-dynamisch fietspad’. Het gaat om een proefstuk met een lengte van 200 meter, dat wordt aangelegd in opdracht van de provincie Drenthe. Het fietspad - dat wordt ontwikkeld door advies- en ingenieursbureau Grontmij (onderdeel van Sweco), in samenwerking met Stenden Hogeschool - wordt gemaakt van een mengsel van houtvezels en een biopolymeer.
2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
Droogdok van hybride beton wint Betonprijs Natte waterbouw Het droogdok van hybride beton in Alblasserdam heeft eind vorig jaar aan de vooravond van de Betondag 2015, de Betonprijs gewonnen in de categorie natte waterbouw. Het winnende droogdok is gebouwd in opdracht van Oceanco die daarin luxe superjachten bouwt met een maximumlengte van 140 meter. Het dok is gemaakt met diepwanden die behalve met traditionele wapening, ook veel met vezelwapening zijn versterkt. Vanwege de waterdichtheid zijn er geen dilataties toegepast, de overgangen tussen de panelen zijn stuk voor stuk doorgemeten met sonische crosshole metingen. Het dok is tevens integraal onderdeel van een jachtbouwhal en kantoorcomplex. Onder de kantoren en werkplaatsen in de jachtbouwhal bracht aannemer Cordeel circa 650 prefab palen aan. De vloer van de hal is anderhalve meter dik en bestaat, vanwege de dichte wapening, uit microbeton. In de vloer is 8.000 kuub beton verwerkt. Volgens het juryrapport is gewonnen vanwege de architectonische schoonheid van het project en het lef van een participatiepartij dat durft te investeren. De jury prees het project om toepassing van innovatief beton met veel vezelwapening naast de traditionele wapening. Het geheel is met diepwanden gerealiseerd en zonder dilataties in verband met een goede waterdichtheid.
De Betonprijs is een tweejaarlijkse prijs voor projecten waarin het materiaal beton op een bijzondere wijze is toegepast. Winnaars in andere categorieĂŤn waren: Droogdok van hybride beton in Alblasserdam (categorie Natte waterbouw); Villa Rieteiland Oost, Amsterdam (Woningbouw); OV Terminal in Arnhem (Utiliteitsbouw); Transformatie De Hol-
land, Dordrecht (Restauratie/reparatie); Willem van Oranje tunnel/station, Delft (Uitvoering); IO-gebouw Faculteit Educatie, Nijmegen (Betontechnologie) en Radartoren Neeltje Jans, Roompotsluis (Constructief ontwerp).
Verlengde Waalbrug (zie ook Innovatieve Materialen nummer 4 2015)
3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
‘Antivriesasfalt werkt’
Zie ook Innovatieve Materialen nummer 3 2015.
De University of Nebraska-Lincoln (UNL) beschikt sinds kort bij het Peter Kiewit Institute in Omaha over een pleintje dat is gemaakt van elektriciteit geleidend beton dat sneeuw kan laten smelten. In januari zette de universiteit een demonstratiefilmpje op internet. Het materiaal werd ontwikkeld door een team onder leiding van UNL professor Civil Engineering Chris Tuan. De onderzoekers slaagden er in beton te maken met 20 procent mengsel van koolstof/ staalvezel. De samenstelling die ze ontwikkelden was volgens de wetenschappers genoeg om als er stroom doorheen wordt gestuurd sneeuw te laten smelten. Tuan en zijn team legden er een testpleintje van aan als demonstratie voor de Federal Aviation Administration, die interesse zou hebben om het materiaal toe te passen bij vliegvelden. Tuan deed eerder ervaring op met de ontwikkeling van een zichzelf ontdooiende brug twintig kilometer ten zuiden van Lincoln in 2002. Hij rustte de 50 meter lange Roca Spur Bridge uit met 52 geleidende matjes, waarmee vijf jaar lang met succes experimenten werden gedaan. Tuan denkt dat de nu gedemonstreerde techniek met geleidende vezels een belangrijke bijdrage zou kunnen leveren aan het veiliger maken van de weg. Hij verwacht niet dat complete snelwegen met het beton zullen worden aangelegd, simpelweg omdat dat te duur is, maar hij ziet vooral mogelijkheden voor toepassing op bruggen, viaducten en plaatsen die gevoelig zijn voor vorst. Ook zijn er volgens hem kansen voor gebruik bij in-en uitvoegstroken, oprijlanen en trottoirs.
Bron: Provincie Zuid-Holland>
Meer op de website van UNL>
De Snelbinder, de fietsverbinding over het Vlietpolderplein (Foto: Mourik)
Het antivriesasfalt dat is aangebracht op De Snelbinder, de fietsverbinding over het Vlietpolderplein in Naaldwijk, werkt. Dat blijkt uit tests die in januari zijn uitgevoerd. Door het antivriesasfalt - dat werd ontwikkeld door Mourik GrootAmmers B.V. - bevriest het wegdek in de winter tot minimaal -5°C niet, waardoor het veiliger is voor fietsers. In het wegdek zijn sensoren aangebracht die temperatuur, vochtigheid en zoutgehalte meten. Tijdens de eerste koude dagen van het winterseizoen, half januari, bleek er op het wegdek inderdaad geen ijsvorming op te treden. De Snelbinder, onderdeel van het 3-in1 project, werd in juni 2015 voorzien van innovatief en duurzaam asfalt, dat Mourik op de markt brengt onder de naam Melt-asfalt. Volgens de betrokken partijen heeft het materiaal niet alleen antivries eigenschappen, maar worden ook de totale realisatie- en onderhoudskosten over een periode van twintig jaar verlaagd met 11 procent. Door het gebruik van het nieuwe asfalt bespaart de provincie 5,7 ton CO2 in een periode van twintig jaar. Dat komt neer op een ver-
4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Beton ontdooit zichzelf
laagde CO2-uitstoot van 18 procent ten opzichte van traditioneel asfalt. De opdrachtgever, de provincie ZuidHolland, koos destijds voor Melt-asfalt omdat de provincie een innovatief wegdek wilde dat duurzamer is dan traditioneel asfalt. Daarbij moesten de gebruiksveiligheid en beschikbaarheid tijdens winterse omstandigheden verbeteren en het onderhoud verminderen. Ook verlaging van de totale realisatie- en onderhoudskosten was een doel. Volgens Zuid-Holland voldoet het asfalt aan dit doel.
Video
Video WOWT 6 News
BERICHTEN
Polymeer slaat zonne-energie op en geeft ze weer af Een onhandigheidje van zonne-energie is dat de zon alleen overdag schijnt. De oplossing is natuurlijk om de energie om te zetten in elektriciteit en vervolgens op te slaan, maar dat is niet altijd efficiënt. Het kan ook anders. Professor Jeffrey Grossman (Massachusetts Institute of Technology, MIT), postdoc David Zhitomirsky en Eugene Cho, hebben een methode ontwikkeld waarbij zonneenergie chemisch wordt opgeslagen en op ieder gewenst moment weer kan worden afgegeven. Het principe werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Energy Materials. De truc zit in een molecuul dat twee configuraties kan aannemen en vervolgens in beide omstandigheden stabiel blijft. Als zo’n molecuul wordt blootgesteld aan zonlicht springt ze in een ‘geladen’ toestand en blijft dat ook. Tenminste, tot er een impuls wordt gegeven waardoor ze weer terugvalt in de oorspronkelijke configuratie. Door dat terugspringen komt er energie vrij in de vorm van warmte. Zulke systemen zijn niet nieuw, maar waren volgens de onderzoekers niet of beperkt toepasbaar in vaste materialen, zoals oppervlaktelagen. De onderzoekers van het MIT zeggen daar nu verandering in te hebben gebracht. Het team van MIT ontwikkelde een ge-
Drie ‘Solar Thermal Fuel’- polymeerlaagjes, ieder ongeveer 4 tot 5 micron dik
modificeerd azobenzeen, dat als het zich in de geladen toestand bevindt weer kan terugspringen door een kleine warmtepuls. Het materiaal dat de groep uiteindelijk ontwikkelde is een transparant polymeer (Solar Thermal Fuel , STF) dat als deklaag of in sandwichvorm kan worden aangebracht op of in bijvoorbeeld glas. Autofabrikant BMW, mede-sponsor van het onderzoek, zou interesse hebben in het principe voor het ontdooien van autoruiten. De autoruit slaat overdag zonne-energie op, en maakt die weer beschikbaar als dat nodig is.
Het principe zou ook kunnen worden toegepast op textiele weefsels of op oppervlakten die op afroep warmte nodig hebben. De onderzoekers richten zich nu op het verder optimaliseren van het systeem. Bron MIT> Het artikel ‘Solid-State Solar Thermal Fuels for Heat Release Applications (David Zhitomirsky, Eugene Cho, Jeffrey C. Grossman) verscheen op 23 december 2015 in Advanced Energy Materials.
Neem nu een digitaal abonnement op Innovatieve Materialen 2016 à € 25,- (excl BTW) en ontvang het digitale (PDF) Jaarboek Innovatieve Materialen 2015 (ter waarde van € 39,50) GRATIS. Abonnees ontvangen Innovatieve Materialen in interactieve vorm, zowel in bladerbare als in een interactief PDF-formaat. Innovatieve Materialen verschijnt in 2016 zes keer, met een omvang van 24 - 32 pagina’s. Het Jaarboek Innovatieve Materialen 2015 (87 pagina’s; 28 MB) is samengesteld uit de meest interessante en/of representatieve artikelen, zoals die eerder in de edities van Innovatieve Materialen in 2015 zijn verschenen. Net als in de edities bevat het jaarboek hyperlinks naar achterliggende informatie. Interesse? Stuur een mailtje naar info@innovatievematerialen.nl
5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
Ultradun, flexibel zonnepaneel Het bedrijf Orange Solar Specials plaat足 ste in december de eerste in Nederland geproduceerde flexibele en lichtgewicht zonnepanelen. Orange Solar werd opgericht in 2012 volgens eigen zeggen met het doel de zonnepaneelindustrie drastisch te veranderen. Een jaar later begon men zich bezig te houden met een innovatie: lichtgewicht,
ultradunne, buigzame zonnepanelen. Daarmee was Orange Solar Specials geboren. Sinds de zomer van 2015 beschikt het bedrijf over een productiefaciliteit in Roosendaal. Bijzonder is de mogelijkheid om verschillende formaten en kleuren zonnepanelen te produceren, die op specificatie, optimaal binnen een struc-
tuur of concept kunnen worden ge誰ntegreerd: zogenaamde building integrated photovoltaics (BIPV). Het idee is om ontwerpers en architecten daarmee meer vrijheid te geven. Meer info op de website van Orange Solar Specials>
Montage prefab railliggers Brug Burgum
Advertentie Haitsma.indd 1
6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
1-2-2016 12:45:56
BERICHTEN
Montage van de HRP-liggers (Foto: Mobilis B.V.)
Reuzenliggers brug Burgum De nieuwe brug bij Burgum is onderdeel van het project Hoofdvaarweg LemmerDelfzijl, een samenwerking tussen Rijkswaterstaat en de provincies Groningen en Fryslân. Doel is dat grotere schepen (van 110 bij 11,4 meter) het kanaal vlot en veilig kunnen bevaren. De hoofdvaarweg is de afgelopen jaren dieper en breder gemaakt en de brug Burgum wordt als één van de eerste bruggen vervangen. De brug Burgumerdaam, gebouwd in de Tweede Wereldoorlog, verkeert in slechte staat. De brug is niet berekend op de huidige verkeersdrukte en het steeds zwaarder wordende verkeer. De nieuwe brug wordt 30 meter ten westen van de huidige brug gebouwd en heeft een lengte van ruim 170 meter. Ze bestaat uit vier velden en in het midden een beweegbaar deel met een stalen klep. In de nieuwe brug worden 48 zogenoemde HRP-liggers toegepast (Haitsma Rail Profiel) en acht HTR-liggers (Haitsma T Randprofiel), als randafwerking. Later wordt op de railliggers met behulp van bekistingsplaatvloeren een druklaag aangebracht. De liggers, met
een lengte van 26 tot 38 meter, zijn deels in de nacht getransporteerd om de overlast voor het overige verkeer te minimaliseren. Het transport was al een uitdaging op zich. De circa 15 kilometer lange route van de productielocatie van Haitsma
Beton in Kootstertille naar Burgum is zorgvuldig voorbereid op het transport. Uiteindelijk zijn de liggers van drie velden in december 2015 gemonteerd. In februari 2016 volgt het laatste veld. Bron: Haitsma Beton>
7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
Koraalrif van 3D-printer
Afgelopen jaar heeft een team van Boskalis een kunstmatig rif ontwikkeld voor de kust bij Monaco, het zogenaamde Monaco Larvotto Reservaat. Het gaat om zes 3D-geprinte zandsteen-objecten, die in oktober/ november 2015 werden afgezonken. 3D-printen van (koraal)riffen is niet
nieuw. Al in 2012 claimde het bedrijf Sustainable Oceans International, Elwood, Australië, ‘s werelds eerste koraalrif te hebben ge-3D-print. Het waren complex vormgegeven stukken rif van ongeveer 1 m3, bedoeld voor reconstructie van een deel van het Great Barrier rif. Sindsdien
houden meer bedrijven zich bezig met het 3D-printen van koraalriffen, waaronder Arabian Reef (Bahrein) en de firma D-shape, van de Italiaanse 3D-printpionier Enrico Dini. Maar waar de meeste bedrijven beton gebruiken of kalkzandsteen (zoals Dini), koos Boskalis voor een andere insteek. Het idee was om kunstmatige riffen te baseren op wetenschappelijk-ecologische principes, speciaal ontworpen voor de specifieke locatie en geprint van ter plekke opgebaggerd materiaal. En zo werd er een multidisciplinair team samengesteld dat samenwerkte met het bedrijf van Enrico Dini, dat veel ervaring heeft met het printen van zandsteenachtig materiaal. Er werden in Italië zes rifstukken ge-3Dprint, ieder ongeveer 2 x 2 x 1 meter in omvang en met een gewicht van 2,5 ton. Ze werden in het najaar van 2015 voor de kust van het Prinsdom afgezonken. De komende twee jaar wordt gemonitord hoe het materiaal zich houdt. Een artikel onder de titel ‘3D printed reefs’ verscheen eind 2015 in ‘Creating New Horizons’, het corporate Magazine van Boskalis. Artikel in ‘Creating New Horizons’>
Nanospons tegen olievervuiling Wetenschappers van de universiteit van Australië, zeggen een methode te hebben ontwikkeld waarmee een sponsachtig materiaal kan worden gemaakt om uiterst efficiënt olievervuiling op te ruimen. Het zou gaan om een nieuw type materiaal - boor-nitride nano sheet - met een enorm absorberend vermogen. Het materiaal, dat in vlokken wordt gemaakt, zou 33 keer zijn eigen gewicht aan olie of organische oplosmiddelen kunnen opnemen. Het onderzoek dat aan de ontwikkeling van het materiaal ten grondslag ligt werd uitgevoerd door een team onder leiding van prof. Ying (Ian) Chen. De resultaten werden afgelopen zomer gepubliceerd in Nature Communications onder de
8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
titel ‘Boron nitride colloidal solutions, ultralight aerogels and freestanding membranes through one-step exfoliation and functionalization’.
Bron: Deakin Univeristy> Artikel Nature Communications>
BERICHTEN
Opstelling waarmee de hittebestenigheid van ZVB werd getest
Hittebestendig ZVB Zelfverdichtend beton (ZVB) heeft veel voordelen. Het is eenvoudig te storten en maakt gecompliceerde vormen en constructies mogelijk, met veel sparingen of veel wapening. Nadeel is dat ZVB niet goed bestand is tegen hoge temperaturen, zoals die bijvoorbeeld optreden bij brand. Het kan splijten, of zelfs min of meer te ontploffen, met alle gevolgen voor de constructie van dien. Onderzoekers van het Zwitserse onderzoeksinstituut EMPA zeggen daar wat op te hebben gevonden. Het bezwijken van beton bij blootstelling aan hoge temperaturen, wordt toegeschreven aan zeer kleine hoeveelheden opgesloten water, die door de hoge temperatuur in damp overgaan en zodoende druk opbouwen. Loopt die druk te hoog op dan kunnen er betonsplinters afspringen - spatten - waardoor de constructie uiteraard verzwakt. Bij conventioneel, getrild beton kan daaraan wat worden gedaan door polypropeen vezels toe te voegen. Als het beton wordt blootgesteld aan hitte, smelten de vezels waardoor een netwerk van superdunne kanaaltjes in het materiaal ontstaat. Daardoor kan eventueel gevormde waterdamp ontsnappen wat de opbouw van interne spanningen voorkomt. Zo blijft het materiaal onbeschadigd. Probleem bij ZVB is dat toevoeging van PP-vezels (circa 2 kg per m3) problemen geeft met de zelfverdichtende eigenschappen van het beton. Minder vezels toevoegen leidt bij brand tot de vorming
van te weinig microkanaaltjes, waardoor het materiaal toch kapot gaat. De EMPA-laboratoria Concrete/Construction Chemistry en Mechanical Systems Engineering hebben nu een methode ontwikkeld om ZVB toch hittebestendig te maken. De truc zit er in naast PPvezels kleine deeltjes superabsorberend polymeer toe te voegen (SAP). Het idee is dat de SAP-deeltjes in het vloeibare ZVB water opnemen en daardoor zwellen, een paar keer hun oorspronkelijke grootte aannemen. Tijdens het uitharden wordt er water aan de SAP-deeltjes
onttrokken die dan slinken waardoor er kleine holten ontstaan. Die gaatjes zorgen voor verbinding tussen het netwerk van PP-vezels. Het resultaat is een fijnvertakt netwerk van SAP- en PP-vezels wat het beton hittebestendig maakt. Experimenten zouden uitwijzen dat het materiaal geruime tijd een hitte van 1000 °C kan weerstaan. EMPA heeft de methode inmiddels gepatenteerd. Bron EMPA>
Proefstukken van ZVB: boven met SAP, onder zonder
9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
Fietspad met 100% gerecycled asfalt In Rotterdam is op donderdag 17 december als eerste gemeente in Nederland 100 procent gerecycled asfalt toegepast in de onder-, tussen- en deklaag van een verhardingsconstructie op fietspaden. Volgens de betrokken partijen een primeur en biedt het gerecyclede asfalt veel economische én ecologische voordelen. Door een nieuwe productiemethode en het gebruik van een bio-based verjongingsmiddel zijn de eigenschappen volledig gelijkwaardig aan gewoon asfalt. Om asfalt te kunnen recyclen ontwikkelde KWS Infra (een VolkerWessels-onderneming) het zogenaamde HERA-System (Highly Ecologic Recycling Asphalt System). De HERA-installatie werd in september 2012 in gebruik genomen. Zie artikel ‘HERA: Wereldprimeur voor de productie van asfalt’ Het 100 procent gerecyclede asfalt is tot stand gekomen door samenwerking van Havenbedrijf Rotterdam, gemeente Rotterdam, KWS en Arizona Chemical.
Biobased additief
Asfalt kan worden hergebruikt en bijgemengd bij nieuw materiaal, maar het heeft nadelen. Hergebruikt asfalt kan leiden tot meer en snellere degeneratie, zoals scheurvoring, rafeling. Om die
10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
reden is de maximale aandeel van gerecycled materiaal in nieuw asfalt tussen de 20 en 30 procent. Arizona Chemical ontwikkelde een biobased additief, waardoor er meer gerecycled materiaal kon worden bijgemengd, terwijl het materiaal toch bleef presteren als ware het virgin asfalt. Arizona Chemicals is produ-
cent van Crude Tall Oil (CTO) en Crude Sulphate Turpentine (CST), dat uit de pulp van naaldbomen wordt gewonnen. CTO en CST zijn op hun beurt weer de grondstoffen voor een raffinageproces waaruit een hee reeks aan verschillende producten kan worden gemaakt (distilled tall oils, DTO’s). Eén daarvan is SYLVA-
BERICHTEN terialen, het voorkomen van mogelijke verwijderingskosten en verhoging van de duurzaamheid van asfaltmengsels. SYLVAROAD RP100 Performance Additive herstelt volgens de producent het bindmiddel in gerecycled materiaal waardoor de verwerkbaarheid beduidend verbetert bij zowel de asfaltcentrale als op de projectlocatie. Laboratorium- en praktijkproeven zouden aantonen dat een percentage van 100 procent aan gerecycled materiaal zou toestaan wat een besparing van 40 procent zou opleveren ten opzichte van totaal nieuw asfalt.
Lab op straat
ROAD RP1000, een soort verjongingsmiddel dat het volgens de producent mogelijk maakt om extra hoge gehaltes oud asfaltmateriaal in de wegenbouw toe te passen zonder verlies aan kwaliteit. En dat biedt volgens Arizona Chemical economische voordelen, zoals verminderde kosten voor nieuwe ma-
Het onlangs aangelegde fietspad van gerecycled asfalt in Rotterdam loopt in het deelgebied Merwe-Vierhavens (M4H) van Stadshavens in de stad. Er is voor deze locatie gekozen omdat sinds 2014 hier al het zogenaamde Lab op Straat is aangelegd: een test- en showstraat waar bedrijfsleven, overheid en kennisinstituten heel concreet samenwerken aan het verduurzamen van Rotterdam. Op een totale lengte van zo’n 120 meter testen de partijen innovatief straatmeubilair zoals een lichtgevende bank en een sprekende prullenbak. Maar ook een vernieuwend wegdek en een duurzame wegfundering. Lab op Straat wordt elk jaar uitgebreid dan wel aangepast met de meest actuele innovaties. De producten worden gedurende zes jaar gemonitord door de Hogeschool Rotterdam. Als innovaties hier goed werken, dan kunnen ze direct elders in Rotterdam worden toegepast. Bron: KWS>
Video HERA
Supersterk nanocomposiet Wetenschappers van UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, California zeggen een superlicht maar ijzersterk constructiemateriaal te hebben ontwikkeld op basis van magnesium. Magnesium is een derde lichter dan aluminium en daarmee interessant voor lichtgewicht constructies. De UCLA-onderzoeksgroep onder leiding van Xiaochun Li zegt er in geslaagd te zijn keramische nanodeeltjes (siliciumcarbide) gelijkmatig in gesmolten magnesium te dispergeren. Tot dusver was bekend dat zulke nanodeeltjes een positief effect hebben op de sterkte en plasticiteit van metalen, maar het probleem was dat ze de neiging hebben samen te klonteren, waardoor het effect weer verloren gaat. UCLA heeft dit probleem nu opgelost. Het nieuwe nanocomposiet bevat 14 volumeprocent siliciumcarbide nanodeeltjes en heeft volgens de onderzoekers uitstekende eigenschappen als het gaat om sterkte, stijfheid, plasticiteit en bestendigheid tegen hoge temperaturen. Het zou zeer geschikt zijn voor toepassing in vliegtuigen, auto’s, mobiele apparaten en eigenlijk overal waar gewichtsbesparing een rol speelt. De resultaten van het onderzoek werden in december door Nature gepubliceerd onder de titel ‘Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles.’ Bron: UCLA>
Video Lab op straat
11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
s’ Werelds grootste composiet sluisdeuren geplaatst Zaterdag 9 januari zijn de grootste kunststof-composietdeuren ter wereld geplaatst in de nieuwe sluis III van het Wilhelminakanaal in Tilburg. Niet eerder werden sluisdeuren van composiet van deze afmetingen (6,2 bij 12,9 meter) geplaatst. De puntdeuren kunnen een verschil in waterstand van 7,90 meter keren. Het project verbreding van het Wilhelminakanaal van Rijkswaterstaat heeft hiermee een duurzame wereldprimeur. Composiet is een vezelsterke kunststof, die sterk, licht en onderhoudsarm is. Een belangrijk duurzaam voordeel is dat de sluisdeuren een langere levensduur hebben dan conventionele deuren van hout of staal, omdat composiet niet vergaat. Daarnaast is er veel minder slijtage op
12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
de draaipunten van de deuren, doordat de deuren een zelfde soortelijk gewicht hebben als water. De keuze voor composiet voor de sluisdeuren is een gezamenlijk initiatief van de provincie Noord-Brabant, Rijkswaterstaat, Heijmans en Boskalis. De sluisdeuren zijn geproduceerd door het Nederlandse bedrijf FiberCore Europe, constructiebedrijf Hillebrand zorgt voor de montage. Royal HaskoningDHV tekende voor de ontwerpuitgangspunten, de toetsing van het ontwerp en de kwaliteitscontrole. In oktober vorig jaar werden in sluis III al de kleinere sluisdeuren geplaatst van 5 meter bij 6,2 meter.
In 2014 hebben de composiet sluisdeuren de Waterinnovatieprijs van de Unie van Waterschappen gewonnen. In het juryrapport worden de composietdeuren omschreven als een ‘krachtige en doelmatige innovatie’. Ook werd daarbij de hoge kwaliteit van het product genoemd, dat daarnaast duurzaam is en kostenbewust. Bovendien hebben de composietdeuren volgens het rapport als voordeel dat het op brede schaal kan worden toegepast. ‘Door de grootte en de daarmee gepaard gaande kennisopbouw, heeft het potentie voor export.’ De composiet sluisdeuren hebben inmiddels ook internationaal de aandacht getrokken, zo bleek ook tijdens de Smart
BERICHTEN
Rivers Conferentie in Buenos Aires, in september 2015. De presentatie van de deuren door Rijkswaterstaat werd op het congres door internationale overheden en producenten met belangstelling gevolgd. De innovatie was voor PIANC (de organisator van de conferentie) aanleiding om een nieuwe, internationale werkgroep ‘Composites for Hydraulic Structures’ in het leven te roepen, waarin naast Rijkswaterstaat, ook onder meer de Amerikaanse overheid vertegenwoordigd is. Bron: Rijkswaterstaat
Video
13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
BERICHTEN
3D-geprinte auto’s in massaproductie Eind vorig jaar kondigde het Amerikaanse bedrijf Local Motors (Phoenix, Arizona) aan om de door haar ontworpen 3D-geprinte auto in massaproductie te nemen. Het gaat om de LM3D Swim, waarvan een prototype een jaar eerder werd gepresenteerd tijdens de International Manufacturing Technology Show (IMTS), begin september 2014 in Chicago. Daar maakte de LM3D - toen als prototype onder de naam Strati - met succes de eerste openbare testrit. 3D-printen van auto’s wordt als een stuk milieuvriendelijker gezien dan conventionele productiemethodes. Bovendien zou het goedkoper zijn.
Samenwerking
Het 3D-printen van auto’s is niet nieuw, maar van serie- dan wel massaproductie was tot dusver nog geen sprake. Local Motors zegt 75 procent van de hele auto - carrosserie-onderdelen en het chassis - van de LM3D te kunnen printen. Men streeft op termijn zelfs naar 90 procent. De geprinte delen van de LM3D bestaan voor 80 procent uit ABS plastic en 20 procent koolstofvezel. Het bedrijf onderzoekt of het ook andere materialen kan toepassen, zoals bepaalde polyurethanen en NinjaFlex, een thermoplastisch elastomeer dat speciaal werd ontwikkeld voor 3D-print machines door het bedrijf Fenner Drives. De 3D-geprinte auto werd ontwikkeld in samenwerking met Oak Ridge National Laboratory (productietechnologie) en SABIC (polymere materialen). Verder zijn bij het project betrokken IBM Watson, Siemens en de firma IDEO.
14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Video
Local Motors verwacht 2.400 auto’s per jaar te kunnen printen. De verkoop start in de loop van 2016.
Microfactory
Local Motors wil de 3D-geprinte auto gaan produceren binnen het microfactory-programma van het bedrijf. Het gaat om een wat het bedrijf zelf noemt totaal ander aanpak van autofabricage,
van ontwerp, de constructie tot en met de afzet. De belangrijkste voordelen van microfactories zijn ruimte, energie, materialen en tijd besparen, en optimaal gebruik maken van lokale omstandigheden. De microfactories van Local Motors zijn kleine, lokaal georiënteerde fabriekjes, waar op basis van co-creation, auto’s worden ontworpen, gebouwd en verkocht. Dat wil zeggen dat onder de paraplu van Local Motors betrokken partijen bij het ontwerp en de productie worden samengebracht. Local Motors heeft daartoe een virtuele community opgezet, waar ontwerpers, engineers, fabrikanten en particuliere enthousiastelingen (online) ideeën kunnen inbrengen. De praktische invulling vindt plaats op basis van samenwerking tussen lokale partijen, de plaatselijke toeleveranciers,
BERICHTEN het bedrijfsleven, lokale overheden enzovoorts. Zo kwam het design van de LM3D tot stand uit meer dan 200 ontwerpen, samengebracht en beoordeeld door de Local Motors community, via het zogenaamde Local Motors Open Innovation Platform. Het bedrijf beschikt momenteel over microfactories in Phoenix en Knoxville, Tennessee. Er is ook een Mobifactory, een mobiele versie van een microfactory, waar auto’s kunnen worden gebouwd en gerepareerd.
Het 3D-printen van auto’s is niet nieuw. Begin 2013 presenteerde het Amerikaanse bedrijf Kor Ecologic een 3Dgeprinte, lichtgewicht en naar verluidt superzuinige auto: de Urbee 2. Het gaat om een drie meter lange, lichtgewicht driewieler. Het cassis is van 3D-geprint ABS. Oprichter Jim Kor ontwikkelde de auto volgens de website van zijn bedrijf als duurzaam, zuinig alternatief voor de huidige generatie automobielen. Urbee 2 is een tweezitter, weegt een kleine 550 kg en zou met een verbruik van 0,81 liter bio-ethanol per 100 kilometer extreem zuinig zijn. Om aandacht op de Urbee te vestigen, wil Kor Ecologic een rit maken van San Francisco naar New York. Het bedrijf heeft inmiddels een crowd funding-programma opgezet om het concept verder te ontwikkelen. In het voorjaar van 2015 kwam het Chinese bedrijf een Sanya Si Hai 3D Technology met een nogal basic aandoende tweezitter. Deze ‘Sanya’ kan in vijf dagen worden geprint en heeft een topsnelheid van 40 km per uur. Esthetisch voldoet
het misschien niet aan de Westerse smaak, maar daar is de prijs ook naar: € 1.770. De video van de eerste testrit ging de hele wereld over. (Ter vergelijking: officieel is het niet, maar verwacht wordt dat de LM3D van Local Motors circa € 50.000 gaat kosten.)
Afgelopen zomer trok een andere 3Dgeprinte auto - ‘Blade’ - internationale aandacht. Blade is een 3D-geprinte sportwagen met een composiet-chassis, modulair opgebouwd en ontwikkeld door het bedrijf Divergent Microfactories, een startup uit Silicon Valley, Palo Alto, California. Divergent heeft de 650
kilo wegende race-auto een motor van 700 pk meegegeven en claimt een acceleratie van 0-100 km/u in 2,5 sec. Theoretisch. Zoals de firmanaam al zegt wil Divergent de Blade net als Local Motors met behulp van een microfactory-concept gaan produceren.
Blade
Urbee 2
15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Lignine maakt asfalt duurzaam Lignine in plaats van bitumen als lijmstof in asfalt. Het klinkt duurzaam, maar kan het ook? In Zeeland loopt een proef waarin gekeken wordt of lignine zich in de praktijk een waardig bitumenvervanger toont. Maar voordat de duurzame grondstof op grote schaal in de wegenbouw kan worden geïntroduceerd, moet de lignineprijs naar beneden en de beschikbaarheid omhoog. ‘Hoe komen we aan grote hoeveelheden goedkope lignine?’
De eerste asfaltstrook in Nederland waarin 50 procent van de bitumen is vervangen door de plantaardige grondstof lignine ligt voor de deur van aannemingsbedrijf H4A in het Zeeuwse Sas van Gent. Die locatie is handig, omdat H4A één van de deelnemers is in de pilot en dus maar even naar buiten hoeft te lopen om te kijken of de deklaag van steenmastiekasfalt er nog goed bij ligt. ‘Het ziet er nog prima uit’, kan bedrijfsleider Martijn Verschuren van H4A dan ook tevreden vaststellen. En dat is een goed teken, want inmiddels denderen al een half jaar dagelijks tientallen vrachtwagens van H4A en van de naastgelegen graanhandel De Feijter over de 70 meter lange proefstrook. ‘Het asfalt wordt vrij
16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
intensief bereden. En dat zonder schade. We krijgen er steeds meer vertrouwen in’, zegt Verschuren. ‘Komende winter is nog wel een belangrijkste testcase.’ Want extreme kou en asfalt zijn niet altijd een gelukkige combinatie.
Winst
Visuele inspectie op locatie is niet de enige manier om te bepalen of het bioasfalt goed presteert. In deze twee jaar lopende proef zullen ook geregeld proefkernen geboord worden, die dan in het lab van het Asfalt Kennis Centrum (AKC) worden bestudeerd. Onderzoeker Richard Gosselink is de lignine-expert van de Wageningen UR Food & Biobased Research. ‘De CO2-reductie door het toe-
passen van lignine is tweeledig’, stelt hij. ‘Ten eerste wordt het fossiele bitumen vervangen door hernieuwbare biomassa. Daar zit dus winst. En ten tweede stelt de toevoeging van lignine, in combinatie met lijnolie, ons in staat om het asfalt zo’n dertig graden minder warm te produceren en aan te brengen. Dat alleen al scheelt zo’n 20 procent CO2.’ Volgens Verschuren zou het mooi zijn als het bio-asfalt zelfs nog iets kouder zou kunnen worden aangebracht. ‘Het bio-asfalt was namelijk iets kleveriger dan gewoon asfalt en bleef een beetje aan de wals plakken. Misschien dat een lagere temperatuur dat kan verhelpen.’
Biobased economie
Zeeland wil zich ontwikkelen als provincie waarin de biobased economie tot bloei kan komen, en waar dus biomassa door raffinage kan worden opgewerkt tot waardevolle grondstoffen. De ingrediënten lijken aanwezig. Er is veel chemische industrie, denk aan vestigingen van Dow, Cargill en Yara. De Zeeuwse eilanden hebben daarnaast een flink landbouwareaal en verder zijn er diverse logistieke hotspots, waar grondstoffen kunnen worden aan- en doorgevoerd. Jaap Drost, senior projectmanager duurzame energie van ingenieursbureau Grontmij, werkte in opdracht van de provincie, samen met de Zeeuwse ontwikkelingsmaatschappij Impuls, Waterschap Scheldestromen, Rijkswaterstaat en Wageningen UR aan het project Biobased Infra Zeeland, dat mede werd gefinancierd door het ministerie van Economische Zaken. In dit project werden volgens Drost drie onderzoekslijnen uitgewerkt. Dat zijn biomassa, biobeton en bioasfalt. Het nieuwe proefvlak bij Sas van Gent maakt onderdeel uit van deze laatste onderzoekslijn. ‘Je zou op een gegeven moment lignine kunnen produceren met Zeeuwse houtachtige biomassa, waardoor je een lokale biomassaketen krijgt. Maar dit moet nog wel goed onderzocht worden’, aldus Drost.
Scheutje lijnolie
Regulier asfalt bestaat uit mineralen (steenslag, grind en zand), vulstoffen (bijvoorbeeld vliegas) en lijmstoffen (bitumen). Bitumen is de laatste stroperige fractie van olieraffinage en vormt doorgaans zo’n 4 tot 5 procent van het asfaltmengsel. In Nederland wordt jaarlijks tien miljoen ton asfalt gebruikt, wat dus betekent dat lignine theoretisch 400 tot 500 duizend ton bitumen zou kunnen vervangen. Daarbij moet wel vermeld worden dat een groot deel van het Nederlandse asfalt gerecycled wordt, waardoor dus de uiteindelijke behoefte aan nieuwe lijmstof lager uit zal vallen.
Lignine
In de proef in Sluiskil is de helft van het bitumen vervangen door zwavelvrije lignine, ‘want zwavel geeft problemen bij de asfaltverwerking’, zegt Gosselink. Het lignine werd in de laatste stap van de asfaltfabricage aan het mengsel toegevoegd en dat betekende in dit geval simpelweg het leegstorten van zakken houtachtig poeder in de menger. Om de
Bioasfalt proefvak Zeeland 8 juli 2015 (Foto: WUR)
17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
gewenste stroperigheid te krijgen werd er in een eerdere fase van het productieproces ook nog een scheutje (minder dan 1 procent) lijnolie toegevoegd. Volgens onderzoeker Gosselink moet het mogelijk zijn om op termijn 100 procent van het bitumen te vervangen door lignine. Lignine is de stof die planten hun stevigheid geeft. Hoe harder het hout, hoe meer lignine er doorgaans in de plant zit. Tropisch hardhout, maar ook eik en kastanje zijn soorten met relatief veel lignine ten opzichte van de zachtere componenten cellulose en hemicellulose. De term lignine is een verzamelnaam voor de houtachtige stof die gevonden wordt in bomen, maar ook in bijvoorbeeld stro en bagasse - het restafval in de rietsuikerproductie. Iedere plantensoort heeft zijn eigen ligninestructuren, met verschillen in ketenlengtes en chemische eigenschappen. ‘Dat is de reden dat we bij bioasfalt willen experimenteren met verschillende soorten lignine. De ene ligninesoort zal geschikter zijn dan de andere’, aldus Gosselink.
Vooralsnog zal de toevoeging van lignine beperkt blijven tot steenmastiekasfalt. Bij snelwegen met Zeer Open Asfalt Beton (ZOAB) is het oppervlak ligninehoudend asfalt veel poreuzer en daarmee is de blootstelling aan water groter. Omdat nog niet helemaal duidelijk is hoe bioasfalt zich gedurende lange tijd onder die waterige omstandigheden zal houden, ligt het voor de hand ZOAB-proefvakken voorlopig buiten beschouwing te laten en eerst meer onderzoek in het lab te doen. Daar komt bij, merkt Gosselink op, dat het minder risicovol is om te experimenteren op lokale of provinciale wegen. ‘Als er bij een snelweg iets mis gaat, zijn de verkeersgevolgen meteen heel groot. Daar willen wij ons niet aan branden.’
In december spraken H4A, Asfalt Kennis Centrum en Food & Biobased Research af dat de proef in Sluiskil nog in 2016 een vervolg krijgt in Zeeland. Waar die plaats gaat vinden en om hoeveel meter asfalt het precies gaat, daarover is nog geen duidelijkheid. Tijdo van der Zee Beeld: Wageningen UR Food & Biobased Research Meer informatie is te vinden via de volgende link: https://www.wageningenur. nl/en/article/Bioasphalt.htm
Beschikbaarheid
Martijn Verschuren van H4A stelt zichzelf de belangrijke vraag: ‘Hoe komen we aan grote hoeveelheden goedkope lignine?’ Daarop is het antwoord nog niet zo eenvoudig en dat komt vooral doordat lignine tot voor kort vooral gezien werd als afval, en in het beste geval als energiebron. Volgens Gosselink begint het besef dat lignine economische waarde heeft echter langzaam te dagen in de industrie. ‘In de papierindustrie, bijvoorbeeld, is men doorgaans vooral gefocust op het houtbestanddeel cellulose en wordt lignine gezien als een reststroom. Dat eindigt dus vaak in de energiecentrale. Het proces zou in die fabrieken echter zo ingericht moeten worden dat lignine, net als cellulose, als hoofdstroom gezien gaat worden. Daardoor krijg je meer lignine, van een betere kwaliteit.’ Een bedrijf dat dit goed begrepen heeft is volgens Gosselink de Franse fabrikant CIMV, dat in staat is uit stro zowel hoogwaardige suikers, als cellulose en pure lignine te destilleren. Gosselink: ‘Zij zien in dat lignine een waardevolle grondstof is.’ En Jaap Drost, van Grontmij, verwijst naar het Isobutanolplatform Rotterdam. ‘Ook daar wordt lignine gezien als een belangrijk product in de bioraffinage van houtachtige gewassen.’
18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Ligninepoeder
Duurzaam ondernemen Kansen om te innoveren en nieuwe markten aan te boren: dat biedt duurzaamheid aan ondernemend Nederland. Het resultaat is: economische groei, winst voor het milieu én een duurzame bedrijfsvoering. De overheid ondersteunt dagelijks honderden organisaties met financiering, kennis en partners. Voor al deze organisaties is de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland het eerste aanspreekpunt. Ook voor het signaleren en attenderen van beleidsmakers op verbetering van wet- en regelgeving. Meer informatie over duurzaam ondernemen: www.rvo.nl/duurzaamondernemen.
CUR-Aanbeveling 118:2015 Specialistische instandhoudingstechnieken repareren van beton
Onlangs verscheen bij SBRCUR de CURAanbeveling 118:2015 onder de titel ‘Specialistische instandhoudingstechnieken - repareren van beton’. Het boekwerk biedt volgens de samenstellers vernieuwende inzichten bij betonreparatie. De CUR-Aanbeveling geeft definities, classificaties, eisen en regels voor de specialistische instandhoudingstechniek betonreparatie. Er wordt door de auteurs onderscheid gemaakt tussen drie uitvoeringsklassen, te weten esthetische betonreparatie, technische betonreparatie en constructieve betonreparatie. Hiermee wordt het voorschrijven, het controleren en het borgen van betonreparatie binnen Nederland flink vereenvoudigd.De nieuwe CUR-Aanbeveling
biedt tevens een verduidelijking en/of aanvullende eisen op de normdelen van NEN-EN 1504 ‘Producten en systemen voor de bescherming en reparatie van betonconstructies’. Deze verduidelijking en/of aanvullende eisen zijn onder andere noodzakelijk omdat in NEN-EN 1504 informatieve, vrijblijvende teksten zijn opgenomen die in Nederland via de CUR-Aanbevelingen 53 tot en met 55 bindend waren. Daarnaast bleek er behoefte was aan nadere invulling of duiding voor in Nederland specifieke zaken of gebruiken. CUR-Aanbeveling 118:2015 heeft ook als doel om onduidelijkheid en verwarring in de markt weg te nemen over de te hanteren regelgeving, respectievelijk de te stellen eisen aan de
materialen en uitvoering.Met de publicatie van de nieuwe CUR-Aanbeveling 118 komen CUR-Aanbevelingen 53, 54 en 55 te vervallen. De nieuwe CUR-aanbeveling 118:2015 is te bestellen via de website van SBRCUR>
(Advertorial)
Voeg informatie toe aan de Kennisbank Biobased Bouwen De Biobased Economy speelt een belangrijke rol in de duurzame ontwikkeling van Nederland en biedt nieuwe kansen voor het bedrijfsleven. Via de kennisbank kunt u kennis vergaren en delen over de beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van biobased materialen, producten en bouwconcepten. Samen versterken we zo de biobased economie. Ruim dertig partijen in de bouwsector ondertekenden de green deal biobased bouwen. Deze producenten, architecten, adviseurs en kennisinstellingen delen hun kennis rond kansrijke mogelijkheden van biobased bouwen. Ook de ministeries van Binnenlandse Zaken (Wonen en Rijksdienst), Economische Zaken, en Infrastructuur en Milieu ondersteunen de green deal. Bouw ook mee aan de biobased economie en voeg uw project- of productbeschrijvingen toe aan deze kennisbank. Kijk op www.biobasedbouwen.nl voor meer informatie>
19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Materials 2016: De rol van materialen en technologieën in productontwikkeling en -toepassing
‘Materiaal voor succes’ Op 20 en 21 april organiseert het Mikrocentrum Materials 2016, vakbeurs met congres in de Koningshof te Veldhoven. Materials 2016 is bedoeld voor professionals die betrokken zijn bij de keuze van materialen en het ontwerpen, toepassen en (na)bewerken van materialen en producten. Materials 2016 presenteert herkenbare praktijkproblemen en materiaaltoepassingen en wil een verbinding maken naar de wereld van innovatie en onderzoek. Voor diepgang zorgt het congres met diverse (keynote-)lezingen over materiaaltrends en toepassingsverhalen. Ook is er een apart ‘Smart Coatings’ congres.
Materials 2016 is volgens de organisatoren meer dan alleen een beurs over (nieuwe) materialen en materiaaleigenschappen. Ook de laatste ontwikkelingen in materiaaltechnologie komen aan bod. Op de beursvloer zijn veel voorbeelden van nieuwe technieken te vinden, zoals ‘smart’ coatings, analysetechnieken, verbindingstechnieken en simulatiesoftware. Deze technieken bieden aansprekende oplossingen voor gewenste functionaliteiten. Verder is er veel aandacht voor oplossingen van allerlei ‘materiaaluitdagingen’, zoals corrosie, hechting, temperatuurbestendigheid, lichtgewicht constructies, hergebruik, recyclebaarheid, slijtvastheid, wrijvingsweerstand, UV-bestendigheid en vervormbaarheid.
Breed overzicht
Succesvolle productontwikkeling begint met relevante kennis van materialen en materiaaltechnologieën. Beursbezoekers krijgen een breed overzicht van wat er
20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
allemaal mogelijk is, om hen in staat te stellen de juiste keuzes te maken. Daarom krijgen naast nieuwe ontwikkelingen ook bestaande oplossingen een podium. Zo kan de beurs een brug slaan tussen de state-of-the-art van de huidige praktijk en de innovaties die er vanuit het wetenschappelijk onderzoek zitten aan te komen. Een belangrijke meerwaarde is volgens de organisatie dat Materials een breed scala aan toepassingsgebieden bestrijkt. Bezoekers kunnen leren van toepassingen die buiten hun alledaagse blikveld liggen en zich daardoor laten inspireren.
Uitgebreid congresprogramma
Het lezingenprogramma telt ruim veertig bijdragen van onafhankelijke experts en exposanten. De keynote-lezingen, vanuit zowel de industrie als de weten-
Materials 2016 - 20 en 21 april 2016 van 9.30 tot 17.00 uur schap, zijn zorgvuldig geselecteerd door een onafhankelijke programmacommissie. Centraal in deze lezingen staan de materiaaluitdagingen en -ontwikkelingen binnen vier toepassingsgebieden: automotive, energy/solar, maritiem/ offshore en machinebouw. Verder verzorgen exposanten en experts lezingen over onderwerpen als corrosie, metamaterialen, aluminium, composieten en design. Op de tweede beursdag vindt een congres plaats over ‘Smart Coatings’. www.materials.nl
- Locatie NH Conference Centre Koningshof in Veldhoven - 100 exposanten; 40 lezingen - Materia Tentoonstelling - Congres ‘Smart Coatings’ - Gratis entree voor bezoekers - www.materials.nl
21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Laser assisted tape placement
Thermoplastische composieten in opmars Thermoplastische composieten (TPC’s) zijn in opmars. De materiaaleigenschappen beloven dan ook veel. Ze zijn licht, stijf, hebben een prima slagvastheid en maken hoge productiesnelheden mogelijk. Maar er is nog veel onbekend en daarom is onderzoek nodig, research dat wordt uitgevoerd door het ThermoPlastic composites Research Center in Enschede. Het TPRC is inmiddels een autoriteit op het gebied van onderzoek naar TPC’s.
De belangstelling voor thermoplastische composieten en de toepassingsmogelijkheden ervan groeit gestaag. Dat is niet gek, want er is in alle sectoren een groeiende vraag naar materialen die lichter, kostenefficiënter en milieuvriendelijk zijn. Thermoplastische composieten zijn met (koolstof- of glas)vezel versterkte kunststoffen. TPC’s zijn licht, sterk, stijf, duurzaam en recyclebaar. Producten van TPC hebben bovendien een korte productietijd; aanmerkelijk korter dan
22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
bijvoorbeeld thermohardende composietmaterialen. Steeds meer partijen, met name in de luchtvaart en de automobielsector zijn daarom in het materiaal geïnteresseerd, maar vaak ontbreekt de kennis en ervaring om het ook daadwerkelijk toe te passen. En dat is precies waar het ThermoPlastic composites Research Center zeven jaar geleden voor werd opgericht. ‘We willen de ontwikkeling van de nodige technologieën versnellen en de
productie van thermoplastische composietproducten nog beter maken,’ zegt Harald Heerink, directeur van TPRC. ‘Nadeel van thermoplastische composieten is dat ze (nog) relatief veel investeringskosten vragen als het gaat om productietechniek. Er is een bepaalde seriegrootte nodig om de productie rendabel te maken. Maar daar staan erg veel voordelen tegenover. Inmiddels worden thermoplastische composieten steeds meer toegepast in de automo-
biel- en vliegtuigindustrie. Een flink deel van de nieuwe Dreamliner van Boeing bestaat uit composiet delen, waarvan in groeiende mate ook thermoplasten deel uitmaken, en ook in de nieuwe BMW i3 en i8, wordt het materiaal toegepast.’
Keten
TPRC heeft momenteel tweeëntwintig leden, afkomstig uit industrie en universiteiten. De partners verbinden zich voor meerdere jaren aan TIPRC. Van de contributie wordt onderzoek gefinancierd. De partners bepalen gezamenlijk de projectinhoud, de materialen en de onderzochte technologieën. Heerink: ‘Belangrijk is dat wordt samengewerkt met de hele keten, van wetenschap tot producent. De toegevoegde waarde daarvan is dat de fundamentele kennis die wordt opgebouwd, een directe relatie heeft tot de productietechniek. Iedereen zit bovendien voortdurend aan tafel met potentiële business partners. Dat is gunstig voor alle betrokken partijen.’ De kennis die binnen het TPRC wordt opgebouwd is voor alle partners beschikbaar en ook deels toegankelijk voor de buitenwereld. Heerink: ‘Als je die kennis niet ook extern deelt wordt het niks. Je moet naar buiten laten zien dat het waardevol is wat we doen. Maar de partners bepalen welke informatie wordt gedeeld en welke niet. Daar zijn ook met de betrokken universiteiten afspraken over gemaakt. Kennis die wordt ontwikkeld binnen aio-onderzoek is intellectueel eigendom van TPRC; niet van de universiteit.’
Laser assisted tape placement Overmoulding equipment
Tape
TPRC Het ThermoPlastic composites Research Center is een open innovatiecentrum gericht op onderzoek en ontwikkeling van thermoplastische composieten. In 2009 werd het centrum geopend door Boeing, Ten Cate, Stork Fokker en de Universiteit Twente, in samenwerking met Oost NV, Innovatieplatform Twente en Kennispark Twente. Het TPRC is gevestigd op Kennispark Twente in Enschede. Sinds de oprichting van het instituut sluiten zich steeds meer grote Europese
bedrijven aan. Inmiddels is het ledental opgelopen tot 22.
Corporate video TPRC
Er is momenteel een aantal onderwerpen die door het TPRC als speerpunt worden gezien. Zoals overmolding, een combinatie van persvormen en spuitgieten. Het is techniek die enige tijd bestaat, maar waarbij zich nog fenomenen voordoen die niet helemaal worden begrepen. Om de methode verder te kunnen optimaliseren is onderzoek nodig. Speciale aandacht gaat verder uit naar 3D-printen van TPC. Dat gebeurt normaliter met een robotarm en een spuitkop waarmee laagje voor laagje een product wordt opgebouwd. Dat is interessant want zodoende kan op microniveau nog preciezer worden gestuurd waar vezels komen te liggen, uiteraard met het doel om nog exacter stijfheid en sterkte in een product te kunnen sturen. Een derde onderzoekspeerpunt zijn
23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
zogenaamde tape composites: dun thermoplastisch bandmateriaal van thermoplastische polymeren met vezels. De productie met tapes lijkt veelbelovend, omdat daarmee de vezelwapening nog exacter in een product kan worden aangebracht. Composietmateriaal is het sterkst als de vezels precies daar zitten waar ze nodig zijn en dat kan met tape composiet. Het is te vergelijken met 3Dprinten. Een product wordt opgebouwd door een robot die het tape-materiaal verwarmt en precies daar neerlegt waar met moet. Er zijn steeds meer bedrijven die zulke specialistische tapes gaan maken: Ten Cate, BASF en Sabic bijvoorbeeld. Zulke technieken worden commercieel al gebruikt voor thermohardende producten, maar nog niet voor die van thermoplasten. Juist voor de laatste categorie lijken TPC-tapes erg aantrekkelijk. Maar ook daarvoor is meer kennis nodig. Daarom wordt er volop onderzoek gedaan, bijvoorbeeld
naar de manier en snelheid van verwarmen, de manier waarop de tape wordt aangebracht, de snelheid waarmee, de kwaliteit enzovoorts.
Materiaal van de toekomst
TPC’s worden door veel producenten gezien als het materiaal van de toekomst. Zoals gezegd zijn de eerste toepassingen in de vliegtuig- en automobielindustrie inmiddels een feit. Wellicht zijn er in de toekomst ook toepassingen te verwachten in de bouw- en GWW-sector, ook al zijn de ideeën daarover nog conceptueel. Het idee is bijvoorbeeld om een sterk vergrote versie van de tape placement-techniek toe te passen voor grotere constructies, zoals bruggen. Het voordeel daarvan zou vooral liggen in de materiaaleigenschappen: licht, stijf, sterk en slagvast. Redactie Innovatieve Materialen Overmolded autostoel (enkel-staps proces)
Hybride oplossingen Ook netwerkorganisatie M2i signaleert dat de aandacht voor thermoplastische composieten snel groeit. Volgens Bert van Haastrecht, programmamanager bij M2i, is met name een groei te verwachten in hybride oplossingen, waarbij materialen als composieten, geavanceerd hoge sterkte staal en lichte metalen met elkaar gecombineerd worden. Op deze manier wordt gebruik gemaakt van de sterke eigenschappen van de verschillende materialen op de plek waar ze nodig zijn. Dit betekent een sterke groei in het aandeel van composieten en tegelijkertijd dat er behalve onderzoek aan de materialen zelf, nog veel ontwikkeld moet worden op het gebied van het verbinden, het vervormen en de oppervlaktebehandeling van materiaalcombinaties. M2i is als netwerkorganisatie gespecialiseerd in materiaalonderzoek en werkt in dat verband samen met industrie, universiteiten en onderzoeksinstellingen. Uitgangspunt van het onderzoek dat M2i faciliteert, is dat het innovatief moet zijn, dat er economische kansen liggen, dat het bijdraagt aan zowel samenleving als milieu en de verduurzaming van de samenleving. Thermoplastische com-
24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
posieten (TPC’s) passen volgens Van Haastrecht in dat profiel. Tijdens het jaarlijkse congres ‘Meeting Materials’ dat M2i op 8 december vorig jaar organiseerde, werd in dat verband ruim aandacht aan TPC’s geschonken. Ook zijn er via M2i verschillende onderzoekstrajecten in gang gezet, onder meer in samenwerking met TPRC en haar industriële partners. Daarnaast zijn er verschillende projecten in ontwikkeling. Het gaat dan om fundamenteel onderzoek om meer inzicht te krijgen in het ontwerpen van de materialen en materiaalcombinaties, in het verbinden van verschillende materialen en in het nauwkeurig beheersen van de vormgeven van het eindproduct. Volgens Bert van Haastrecht zijn thermoplastische composieten een goed voorbeeld van een groeimarkt waarvoor M2i haar makelaarsrol tussen industrie en universiteiten vervult. Namelijk door materialen en technologieën van de toekomst in de industriële praktijk te brengen. Goed voorbeeld is het zogenaamde perspectiefprogramma waarvoor M2i en het Dutch Polymer Institute (DPI) een eerste voorstel voor hebben ingediend. Daarin zitten ook drie on-
derzoeksposities (promovendi) bij TPRC die (na goedkeuring) gaan lopen via het M2i-programma. Onderwerpen zijn: inbouwen van metalen inserts, simuleren van het vormgevingsproces (injection moulding) en het nauwkeuriger maken van het vormgevingsproces (high precisison moulding). Materials innovation institute (M2i) ondersteunt bedrijven met materiaalonderzoek en advies om productontwikkeling mogelijk te maken; door middel van materiaalinnovatie en vernieuwde processen.
M2i
Als onafhankelijke netwerkorganisatie voert M2i samen met zo’n zestig industriële en academische partners materiaalonderzoek uit. Het gaat om projecten in Nederland en in bredere Europese context. Daarin speelt M2i een intermediaire rol, van het identificeren van onderzoeksthema’s, het definiëren van integrale programma’s tot en met coördineren van de projecten. Momenteel lopen ruim honderd onderzoeken op verschillende universiteiten, zoals materiaalmodellering om gedrag bij bepaalde omstandigheden te analyseren, of experimenteel onderzoek in nieuwe materiaalsamenstellingen.
Fietspad van biocomposiet Emmen krijgt deze zomer een wereldprimeur in de vorm van een zogenaamd ‘eco-dynamisch fietspad’. Het gaat om een proefstuk met een lengte van 200 meter, dat wordt aangelegd in opdracht van de provincie Drenthe. Het fietspad - dat wordt ontwikkeld door advies- en ingenieursbureau Grontmij (onderdeel van Sweco), in samenwerking met Stenden Hogeschool - wordt gemaakt van een mengsel van houtvezels en een biopolymeer. Drenthe krijgt een biobased fietspad. Het is vooralsnog een proef met een traject van 200 meter lang, 2 meter breed, maar als het werkt, sluiten de betrokken partijen niet uit dat het een veel langer vervolg krijgt. De aanleiding voor het ontwikkelen van een biobased fietspad is de hoge milieubelasting en het hoge energieverbruik dat nodig is voor de productie van conventionele materialen als asfalt en beton. Daarnaast wordt verwacht dat kunststof mogelijk lichtere constructies mogelijk kan maken. Regionale overheden zoeken om die reden naar alternatieve materialen voor de aanleg van wegen en fietspaden, steigers en bruggen. Op initiatief van de provincie Drenthe en Recreatieschap Drenthe ontwikkelde Grontmij in samenwerking met de Stenden Hogeschool in Emmen een nieuw concept volledig op basis van bio-based materiaal: het eco-dynamisch
fietspad. Onlangs werd bekend dat er deze zomer een proeftraject van 200 meter zal worden aangelegd, als onderdeel van het provinciale fietspad tussen Klazienaveen en Barger Oosterveen bij Emmen.
Receptuur
Er is gekozen voor een wood plastic composite, een mengsel van een biopolymeer en houtvezels, in dit geval van de Duitse producent Naftex. De bedoeling is om het fietspad te construeren van
25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
geëxtudeerde panelen van dit materiaal. De verhouding tussen het agro-based polymeer en de vezels is ongeveer 30:70. De exacte receptuur, de omvang van de delen, de manier van funderen en koppelen moeten nog worden bepaald. Volgens Daan van Rooijen, associate lector Biocomposieten bij Stenden Polymore Research & Education (PRE), is het idee om uit te gaan van bestaande kennis en ervaring, zoals die is opgedaan in eerdere projecten met onder meer bio-based beschoeiingen, maar ook met noodhospitalen voor rampgebieden. Van Rooijen: ‘We beginnen met materialen waar we al kennis van hebben. Van daaruit willen we nieuwe oplossingen testen en de meest optimale receptuur, vorm en constructie ontwikkelen. Dit materiaal is anders dan de klassieke materialen die voor fietspaden worden gebruikt. Het is bijvoorbeeld veel lichter dan beton en asfalt. We moeten dan ook een innovatieve fundatie ontwikkelen. Het mag niet verschuiven of verzakken. Wat doet het met wortelgroei? Kan het tegen de belasting van bijvoorbeeld een tractor. Allemaal dingen die we zullen testen.‘
26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
Er zijn veel meer vragen die moeten worden beantwoord, zoals het gedrag bij temperatuurwisselingen, vorst of de interactie van het wegoppervlak met rubberen fietsbanden. Er is in dat verband een samenwerking aangegaan met een bandenfabrikant. Eén van de opties is om oppervlakte-reliëf aan te brengen, hetzij mee-geëxtrudeerd, dan wel later ingefreesd. Ook het aanbrengen van een
Geëxtrudeerd biocomposiet profiel
oppervlaktelaag of coating is een mogelijkheid die kan worden onderzocht. Doel is uiteindelijk een duurzaam alternatief voor asfalt of beton te ontwikkelen, waarvan men materiaaleigenschappen volledig in de vingers heeft.
Herbruikbaar
De voordelen liggen volgens Rudi van Hedel, projectmanager Biomassa &
Biobased Economy bij Grontmij, voor de hand. Van Hedel: ‘De carbon footprint van biobased materialen is natuurlijk geweldig in vergelijking met vergelijking met conventionele materialen als beton en asfalt. Bovendien draagt de toepassing van biocomposieten bij aan een biobased economy. Daarnaast zijn biocomposietmaterialen volledig herbruikbaar, flexibel toepasbaar en demontabel, waardoor je een fietspad eenvoudig kunt aanpassen aan de steeds meer diverse gebruikers. Verwacht wordt dat de levensduur van biocomposiet minstens gelijk is aan beton.’
Ecodynamische verlichting
Het fietspad bij Emmen heeft nog een primeur. Het zal worden uitgerust met een zogenaamde ecodynamische ver-
lichting, een nieuw concept dat Grontmij eveneens wil testen. Het gaat om een verlichtingssysteem met LED-verlichting en slimme sensoren waarmee de natuurlijke lichtkleuren in de ochtend, nacht en avond te volgen zijn. Zodoende wordt de verstoring van de leefomgeving tot een minimum beperkt. ’s Nachts wordt de verlichting gedimd om energie te besparen. Ook de materialen voor masten en armaturen bestaan uit biocomposiet. Het proeftraject van het eco-dynamisch fietspad bij Emmen is een duurproef van twee jaar. Het is de bedoeling dat de conditie van het fietspad in die tijd voortdurend wordt gemonitord. De eerste resultaten worden dit najaar verwacht. Redactie Innovatieve Materialen
Het eco-dynamisch fietspad wordt ontwikkeld door een consortium met Grontmij Nederland in De Bilt, EVAOptic te Zwartsluis, Stenden Hogeschool in Emmen met Green PAC en Naftex in Wiesmoor (D). De ontwikkeling wordt organisatorisch en financieel ondersteund door provincie Drenthe, Recreatieschap Drenthe, het samenwerkingsprogramma ‘INTERREG V Nederland-Duitsland’ en is hiermee door de Europese Unie (EU) medegefinancierd. De belangrijkste doelstellingen van dit programma zijn de verhoging van de innovatiekracht en werkgelegenheid in de regio. Grontmij is verantwoordelijk voor de ontwikkeling en aanleg van het eco-dynamisch fietspad.
Plantpaal Video RTV Drenthe
Stenden Hogeschool is via het open innovatiecentrum Green PAC (een initiatief van Stenden Hogeschool en Windesheim) betrokken bij verschillende bio-based projecten in de regio. Eén daarvan was de ontwikkeling van de zogenaamde biocomposiet plantpaal. Het gaat om vierkante geëxtrudeerde palen, van een materiaal dat enigszins te vergelijken is met dat wat in het fietspad bij Emmen zal worden toegepast. De plantpaal wordt gemaakt van een biohars afkomstig uit de zetmeelindustrie en vermalen grasvezels. De eerste palen zijn een jaar geleden gefabriceerd door het Brabantse bedrijf Millvision. Maart vorig jaar startte het waterschap Reet en Wieden een proefproject waarbij de plantpalen zijn toegepast als waterbeschoeiingen. Het gaat vooralsnog om een proef die werd gefinancierd door het waterschappen Rees ten Wieden en Hunze en Aa’s. Sindsdien monitoren studenten van de Stenden Hogeschool de bio-based oeverbeschoeiing, onder meer om een vergelijking te kunnen maken met de conventionele hardhouten palen.
Boven: plaatsen van plantpalen, maart 2015. Onder: plantpalen klaar voor gebruik
Green PAC>
27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2016
INNOVATIEVE MATERIALEN Innovatieve Materialen is ontstaan uit de vraag van de bouw- en GWW-sector naar informatie over nieuwe en of innovatief toegepaste materialen. Dat komt doordat opdrachtgevers steeds strengere eisen stellen aan materiaalgebruik: duurzaamheid, C2C en carbon footprint. Ook leggen grote, opdrachtgevende partijen meer en meer verantwoordelijkheid bij de markt. Door te kiezen voor slimme, duurzame, innovatieve materialen zien marktpartijen meer mogelijkheden zich te onderscheiden. Innovatieve Materialen wil ze daarbij helpen door als platform vraag en aanbod bij elkaar te brengen. Het idee daarachter is dat de Nederlandse bouwsector tot dusver was ‘verzuild’ op basis van materiaalsoorten. Kennis is vaak georganiseerd binnen materiaalclusters. Dat is jammer, want daardoor worden veel kansen niet benut. Daar kan en wil Innovatieve materialen een rol in spelen. Innovatieve Materialen is inmiddels samenwerkingsverbanden aangegaan met verschillende partners in de materialensector.
INNOVATIEVE MATERIALEN Innovatieve Materialen is een vak tijdschrift over ontwikkelingen op het gebied van duurzame, innovatieve materialen en/of de toepassing daarvan in bijzondere constructies.
Uitgeverij SJP Uitgevers
Postbus 861 4200 AW Gorinchem tel. (0183) 66 08 08 e-mail: info@innovatievematerialen.nl
Abonnementen Digitaal
Innovatieve Materialen is een digitaal vakblad, wat logischerwijs de mogelijkheid geeft om meer informatie toe te voegen dan in een conventio neel papieren vakblad gebruikelijk is. Vaak wordt er bij de artikelen een koppeling gemaakt met een relevante website, achterliggende informatie, rapporten, videomateriaal en/of eerder verschenen artikelen. (Niet-abonnees hebben beperkt toegang de digitale achterliggende info.)
Een digitaal abonnement in 2016 (6 uitgaven) kost € 25,00 (excl. BTW) www.innovatievematerialen.nl