IM20206NL

Nummer 6 2020

HOUT ALS HIGHTECH MATERIAAL CONCRETE DESIGN COMPETITION 2019-2020 HALO: TITANIUM REDT LEVENS AUREUS: ZONNEPANELEN VAN VOEDSELAFVAL HOUTEN STEDEN IN STRIJD TEGEN KOOLSTOFEMISSIES 3D-GEPRINTE WAPENING MAAKT BETON ‘GROENER’ ZUIVER GRAFEEN UIT AFVALPLASTIC

http://hightechmaterials.4tu.nl

Select key words and find relevant materials scientists or research groups within 4TU.

High-Tech Materials form the key to innovative and sustainable technology

www.4tu.nl/htm @4TU_HTM

4TU.HTM Research Programme New Horizons in Designer Materials | Visibility and accessibility of Materials Science & Engineering | Annual symposium Dutch Materials | 4TU.Joint Materials Science Activities | web application http://hightechmaterials.4tu.nl

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

Uitgeverij SJP Uitgevers

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

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Advertenties

Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Een digitaal abonnement in 2020 (6 uitgaven) kost € 39,50 (excl. BTW) KIVI-leden en studenten: € 25,- (excl. BTW) Een papieren abonnement in 2020 kost € 65,- (excl. BTW) Zie ook: www.innovatievematerialen.nl Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

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

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

2 Nieuws 16 SDG Award 2020 voor duurzaamheid; hout als hightech materaal

Empa-onderzoekers hebben kans gezien hout te modificeren tot een lichtgewicht, vormbaar hoogwaardig (bouw)materiaal. Op 1 september 2020 ontving het onder­ zoeksteam van Empa en ETH Zürich onder leiding van Ingo Burgert en Tanja Zimmer­ mann de SDG1 Award 2020 van het Swiss Green Economy Symposium in Winterthur, Zwitserland.

20 Concrete Design Competition 2019-2020

Een modulair element met geluidsabsorberende vorm en textuur: Acute Acoustics. van David Fritz, Siri Mulleners en Saskia Tideman van de TU Delft werd door de jury uitgeroepen tot winnaar van de Concrete Design Competition 2019-2020.

22 Betaalbaar bouwen met ‘stenen’ van plastic afval

Plastic afval kan op verschillende manieren worden hergebruikt, ook door het om te vormen tot een totaal ander materiaal. Hergebruik van plastic afval als bouwstenen is met name interessant in derdewereldlanden. In zulke gebieden is meestal behoef­ te aan goedkope bouwmaterialen, terwijl deze landen tegelijkertijd kampen met een groeiend probleem van (plastic) afval.

26 Halo: titanium redt levens

Op 29 november tijdens de Grand Prix van Bahrein crashte de Formule 1-bolide van Romain Grosjean met 221 km/u in de vangrail, waarbij de auto in tweeën spleet en in een vuurbal veranderde. De Fransman kon net op tijd uit het brandende wrak klimmen. Volgens eigen zeggen had coureur zijn leven te danken aan de halo: een gebogen, titanium balk die als bescherming rond het hoofd van een coureur is ge­ plaatst.

28 AuREUS: Zonnepanelen gemaakt van voedselafval

Ingenieursstudent Carvey Ehren Maigue is een van de winnaars van de James Dyson Awards 2020. Hij bedacht AuREUS zijn zonnepanelen, gemaakt van voedselafval die UV-licht omzetten in elektriciteit.

30 Houten steden in strijd tegen koolstofemissies

Door het gebruik van hout in de Europese bouw langzaam te verhogen, zou de koolstofopslag van gebouwen de komende 20 jaar met 420 miljoen ton CO2 kunnen toenemen. Dat blijkt uit onderzoek van de Aalto University, Helsinki.

32 3D-geprinte wapening maakt beton ‘groener’

Onderzoekers van UC Berkeley, Californië hebben een nieuwe manier bedacht om beton te versterken en tegelijk de milieubelasting te verlagen. De truc: een 3D-ge­ printe wapening van polymeermateriaal gecombineerd met ultrahogesterkte beton (UHPC), met een vier keer hogere druksterkte dan conventioneel beton.

34 Zuiver grafeen uit afvalplastic

Plastic afval krijgt een nieuw leven als zuiver grafeen. Wetenschappers van Rice University van het laboratorium van chemicus James Tour hebben hun eerder ont­ wikkelde ‘flash’ proces aangepast om efficiënt hoogwaardig grafeen te maken uit afvalplastic.

38 Slippers van algenschuim

Wetenschappers van de University of California San Diego (UCSD) zijn er in geslaagd poly­urethaanschuimen te ontwikkelen op basis van algenolie. Het materiaal kan vol­ gens de onderzoekers prima dienst doen als gebruik als schoenenzool voor slippers.

Omslag: Composiet bamboe voor terrasplanken (Foto: EMPA) pagina 19

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Honext: bouwmateriaal van papierindustrie-afval Afgelopen november besteedde het architectuur- en design­ magazine Dezeen aandacht aan de in Barcelona gevestigde startup Honext. Het Spaanse bedrijf ontwikkelde een duur­ zaam bouwplaatmateriaal gemaakt van een combinatie van enzymen en cellulose uit de afvalstromen van de papierpro­ ductie. Dit papierafval heeft al verschillende hergebruikcycli doorgemaakt en de resterende cellulosevezels zijn te kort om er weer papier van te maken. Dit papierafval zou doorgaans op een stortplaats terechtkomen of worden verbrand. Ho­ next lijkt echter een manier te hebben gevonden om van dit afval een waardevol materiaal te maken. Het bedrijf past een enzymatische behandeling toe, waardoor een sterkere binding ontstaat tussen de korte cellulosevezels, en dat zonder gebruik te maken van niet-recyclebare harsen.

Eerst wordt het papierafval geanalyseerd, gesorteerd en geclassificeerd op samenstelling om uiteindelijk tot een stan­ daardproduct te komen. Zo nodig, en op basis van de kwaliteit van het afval, worden er verse cellulosevezels toegevoegd. Op basis van eerder onderzoek en ervaring worden vervolgens enzymen geselecteerd. Ook worden niet-giftige additieven toe­ gevoegd aan de cellulosevezels, waarna de materie wordt sa­ mengeperst en tot een natte plaat gevormd. Ten slotte wordt die plaat door een droogtunnel gevoerd, waar het resterende water verdampt door de warme luchtstroom. Het resultaat is een natuurlijk en bovendien recyclebaar bouwmateriaal. In te­ genstelling tot vergelijkbare materialen zoals MDF of gipsplaat, geeft de celluloseplaat van Honext volgens de fabrikant geen schadelijke deeltjes af. Het kan worden gesneden, geboord en geschuurd. De gereedschappen en bevestigingssystemen die

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

voor Honext worden gebruikt, zijn identiek aan die voor hout.

En zodra het materiaal het einde van zijn levensduur heeft bereikt, wordt het teruggevoerd naar de productiepijplijn om exact hetzelfde houtachtige materiaal te maken.

Honext>

NIEUWS

Bio-inkt voor 3D-geprinte lichtgewicht componenten Onderzoekers van de Universiteit van Freiburg en het Freiburg Materials Research Center hebben een op hout gebaseerde biopasta ontwikkeld, spe­ ciaal voor het 3D-printen van lichtge­ wicht componenten. Het Staatsagent­ schap voor Lichtgewicht Constructie Baden-Württemberg presenteerde de bio-inkt - Woodmimetics3D in novem­ ber 2020.

Het materiaal is biobased, volledig afbreekbaar en heeft een ligninegehalte tot 50 procent. Aangezien deze grond­ stof een afvalproduct is bij de papierpro­ ductie en momenteel 98 procent ervan wordt verbrand, opent biopasta volgens de ontwikkelaars een interessante recy­ clingoptie voor de papierindustrie.

Een ander economisch pluspunt is dat er maar weinig energie nodig is om het materiaal te bewerken, omdat Woodmi­ metics3D volgens de ontwikkelaars gun­ stige reologische eigenschappen heeft voor 3D-printen. Het materiaal wordt op kamertemperatuur verwerkt.

Volgens de ontwikkelaars is Woodmime­

tics3D interessant voor semi-structurele en structurele toepassingen. Het grote voordeel is de lage soortelijke massa van 0,7 kg/m3. Het materiaal is daardoor lichter dan veel metalen of op olie geba­ seerde polymeren en zou daarmee een duurzaam alternatief kunnen zijn in veel lichtgewicht constructietoepassingen zoals in de consumentengoederen-, au­ tomobiel- en luchtvaart. Het materiaal is

niet alleen volledig recyclebaar en licht­ gewicht; het verlaagt ook de CO2-foot­ print van een product ten opzichte van aardolie-gebaseerde materialen.

Het onderzoeksteam is nu op zoek naar industriële partners voor mogelijke toe­ passingen om gezamenlijk de technologi­ sche ontwikkeling vooruit te helpen.

Leichtbau>

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Afvalbeton hergebruikt met additive manufacturing

Gemalen beton van gesloopte gebou­ wen kan prima worden gebruikt om 3D-geprinte betonnen producten te maken, bijvoorbeeld tuin- en/of straat­ meubilair. Tenminste, dat is het doel van een nieuw, innovatief project, van de Manchester Metropolitan University en een aantal Europese partners. Er is vooralsnog een bedrag van £ 6 miljoen voor uitgetrokken.

Jaarlijks komt alleen al in Noordwest-Eu­ ropa ongeveer 65 miljoen ton sloopafval vrij. En dat, terwijl de vraag naar na­ tuurlijke, nieuwe bouwmaterialen hoog blijft. Tegelijk vraagt de betonfabricage in datzelfde Noordwest-Europa om de win­ ning van 54 miljoen ton zeezand per jaar.

Het baggeren van dit zand gebeurt vaak niet duurzaam en brengt schade toe aan kwetsbare zeebodems. Een nieuw project van de Manchester Metropoli­ tan University en een aantal Europese partners wil dit veranderen door zoge­ naamde Recycled Fine Aggregates (RFA), die worden geproduceerd wanneer beton van gesloopte gebouwen wordt vermalen, te gebruiken om 3D-geprinte betonontwerpen te maken. Ze hopen dit te veranderen door opname voor het materiaal te creëren door een 3D-print­ cementmortel te perfectioneren met

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

behulp van RFA, die zal worden gebruikt met vijf nieuwe, speciaal gebouwde betonprinters, die in staat zullen zijn om aanpasbare stads-, gedenk- of tuinmeu­ belen en nog veel meer te produceren.

Met de steun van het Interreg Noord­ west-Europa-programma, als onderdeel van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO), zal PrintCity, de

3D-print en digitale productiecentrum van Manchester Metropolitan University, een belangrijke rol gaan spelen. PrintCity is primair gericht op onderwijs, maar biedt daarnaast voor het bedrijfsleven een scala aan commerciële diensten aan, van onderzoek en ontwikkeling tot het maken van matrijzen en kleinschalige producties.

In totaal werken dertien CIRMAP-part­

NIEUWS ners uit vijf Noord-Europese landen samen, zowel op het vlak van product­ ontwikkeling als marketing, met het doel RFA te hergebruiken.

Momenteel kan beton niet gemakkelijk worden gerecycled, omdat het materiaal waaruit RFA bestaat zo gevarieerd is, wat hergebruik lastig maakt in relatie tot bouwvoorschriften. Bovendien kan het RFA-materiaal tijdens het slooppro­ ces vervuild raken, waardoor herge­ bruik moeilijk wordt. Voor 3D-geprinte producten gelden echter niet dezelfde bouwbeperkingen, waardoor ze een oplossing kunnen bieden voor het herge­ bruik van RFA. Het team is bij wijze van demonstratie van plan om vijf verschillende soorten producten te 3D-printen (zogenaamde UMG’s: Urban, Memorial and Garden furniture) te maken voor de Greater Manchester-regio. Het project loopt in 2023 af.

Manchester Metropolitan University>

Gold Sponsors

Afgelopen november publiceerde Betoniek een artikel over het terugwinnen van cement uit betonpuin. Daaruit blijkt dat betonpuin kan worden herge­ bruikt door het te granuleren en in te zetten als zand- en grindvervanger. Met moderne technieken kan ook een zeer fijne fractie, die rijk is aan cement­ steen, worden teruggewonnen. Voor deze fractie zijn inmiddels duurzame en circulaire applicaties gezocht, in het ideale geval als bindmiddel in beton.

Zou daar weer een cement of een cementvervanger van kunnen worden gemaakt?

Het artikel is online

Hybrid Event – On-site and Online

Organiser

Cellulose fibres, the fastest growing fibre group in textiles, the largest investment sector in the bio-based economy and the solution for avoiding microplastics. After the impressive start, more than 300 participants are expected.

nova-institute.eu

Contact • New Technologies & Applications

• Sustainability & Circular Economy

• Cellulose Market – Status & Development

• Alternative Cellulose Feedstocks

• Supply and Demand – Market Trends and Data

• Strategies & Policy Framework

Dominik Vogt dominik.vogt@nova-institut.de Tel.: +49 2233 / 48 14 49

cellulose-fibres.eu

Innovatieve Materialien _185 x 124_3Sponsoren.indd 1

25.10.20 10:51

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Apple Central World: glas en hout

Afgelopen zomer opende Apple een opmerkelijke Apple Store in Thailand. De Apple Central World heeft een glazen structuur en een groot, vrijdragend houten dak dat wordt ondersteund door een centrale pilaar. De winkel in het hart van Rat足 chaprasong, Bangkok, bestaat uit een glazen cilinder met een diameter van 25 meter en twee verdiepingen, met conische ondersteuning en een concaaf verticaal oppervlak bovenop.

Typisch aan de architectuur van Apple Central World is in de eerste plaats het volledig glazen ontwerp, gehuisvest onder een uitkragend houten dak. Eenmaal binnen kunnen bezoekers zich tussen twee verdiepingen verplaatsen met een wenteltrap die zich om een houten kern wikkelt. Er is overigens ook een bijzondere, cilindrische lift die is bekleed met glanzend gepo足 lijst roestvrij staal.

De centrale steunpilaar is bekleed met hout, en wordt ge足 vormd door 1.461 profielen van Europees wit eiken. Het eikenhout is opgesplitst in afzonderlijke lamellen en voor de stabiliteit verlijmd op een kern van sparrenhout.

Het project is het resultaat van de nauwe samenwerking tus足 sen het team van Apple en architect Foster + Partners, via de lokale entiteit F&P (Thailand) Ltd en Architects 49 Ltd. Apple> Foster + Partners>

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Foto: Stefan Verkerk - ProRail

Dive-under met stenen van bagger In de buurt van Zwolle wordt door KWS een 700 meter-lange ‘dive-under’ bekleed met zogenaamde GEOWALL-ste­ nen, gemaakt van gerecyclede bagger.

Met een gepatenteerde en door NETICS en TNO ontwikkelde techniek worden bouwelementen vervaardigd door het samenpersen van lokaal beschikbare grond en/of baggerspecie. De aanleg van de dive-under maakt onderdeel uit van werkzaamheden rondom het spoor­ knooppunt Zwolle.

(Zie ook Innovatieve Materialen 4 2015.)

De stenen die in dit project worden toegepast zijn gemaakt van vrijgekomen grond uit de verdiepte ligging van het spoorknooppunt. In totaal worden zo’n 65.000 stenen aangebracht tegen de

1.30 meter hoge muren van de verdiepte ligging. Naar verwachting is de GEO­ WALL-muur begin 2021 gereed.

Meer bij KWS>

Zeoliet

Om stenen van lokale bagger of grond te maken, wordt het materiaal eerst ontwa­ terd, gemengd met andere grondsoorten en met een additief in de vorm van een puzzolaan, meestal zeoliet. Als zeoliet een aluminosilicaat - in aanraking komt met water, komt er warmte vrij. Daar­ door verdampt water en worden ele­ menten in het slib versterkt. Vervolgens wordt het materiaal onder hoge druk in een mal tot een blok geperst. Daarbij ontstaat een steenachtig materiaal dat als constructiemateriaal kan worden ingezet.

(Foto: Stefan Verkerk - ProRail)

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

(Foto: Roman Keller)

Dubbel gebogen betonnen dak van HiLo is af Op de bouwplaats van de NEST-unit ‘HiLo’ is een belangrijke mijlpaal bereikt: eind oktober is de dubbelgekromde dakschaal gereed. NEST is het modulaire onderzoeks- en innovatiegebouw van het Zwitserse Empa en Eawag, waar nieuwe constructietechnologieën en -methoden in de praktijk getest en geva­ lideerd, zoals HiLo. Samen met partners uit de industrie hebben ETH-onderzoe­ kers volledig nieuwe constructieme­ thoden ontwikkeld voor de complexe betonconstructie. Het dak van de ‘HiLo’ -unit is een dubbel gebogen betonnen sandwichconstructie die niet is gebouwd met conventionele bekisting, maar met

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

behulp van een textiel dat op een her­ bruikbaar kabelnetwerk is geplaatst. Het gewicht van het natte beton duwde het net in een vooraf bepaalde positie en gaf zo uiteindelijk het dak zijn vorm. De on­ derzoekers van de Block Research Group van ETH Zurich ontwikkelden nieuwe ontwerpalgoritmen voor planning en berekening. Samen met partners uit de bouwsector hebben de ETH-onderzoe­ kers het complexe betonnen dak nu voor het eerst geïmplementeerd in een echt bouwproject.

De werkzaamheden op de bouwplaats van HiLo worden overigens voortgezet.

De komende maanden wordt er vooral gewerkt aan het interieur en volgend jaar wordt de unit opgeleverd.

Meer bij EMPA>

En zo werd het gemaakt Video: Block Research Group, ETH Zurich

NIEUWS

HĂŠt expertisecentrum voor materiaalkarakterisering.

Integer, onafhankelijk, objectief onderzoek en advies. ISO 17025 geaccrediteerd.

Wij helpen u graag verder met onderzoek en analyse van uw innovatieve materialen.

Bel ons op 026 3845600 of mail info@tcki.nl www.tcki.nl

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Het natuurlijk station (Illustratie: Welling Architects)

Het volledig circulaire station Volledig circulair gebouwde stations in 2050: dat is waar ProRail, NS Stations en Bureau Spoorbouwmeester samen aan werken. Via het What-if-Lab: het Circulaire Station, heeft het samenwer­ kingsverband ontwerpers opgeroepen een plan te maken. Het resultaat: veel­

belovende circulaire ontwerpen van vier Nederlandse studio’s.

Met dit What-if-Lab zeggen de betrok­ ken partijen een nieuwe stap te hebben gezet in de zoektocht naar innovatieve ideeën, concepten en ontwerpen circula­ riteit op kleine treinstations.

Dit What-if-Lab heeft inmiddels geresul­ teerd in drie circulaire ontwerpen van vier Nederlandse studio’s. Ze werden eerder dit jaar gepresenteerd tijdens de virtule Dutch Design Week, eind oktober.

• Het natuurlijke station

(Welling Architects en Studio Tjeerd Veenhoven)

• Bioreceptive Stations (Scape Agency)

• Expeditie Circulair

(Bygg Architecture & Design)

Wat opvallend materiaalgebruik betreft, springt ‘Het natuurlijke station’ er enigs­ zins uit.

Volgens de website van Welling Archi­ tects was het idee achter het project om een landschapspark te ontwerpen waarin een treinstation zou kunnen worden geïntegreerd. Met natuurlijke elementen wordt dan een aangename

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS sfeer gecreëerd en worden de reizigers efficiënt naar de perrons gestuurd. Al­ leen voor die ingrepen waarbij natuurlij­ ke elementen niet kunnen voldoen aan de strikte normen van een treinstation, worden kunstmatige ingrepen gedaan door gebruik te maken van natuurlijke hernieuwbare bronnen of hergebruik van bestaand materiaal.

Lokale, hernieuwbare grondstoffen

Niet alle componenten in een station kunnen worden vervangen door 100 pro­ cent natuurlijke elementen. Door strikte normen en voorschriften is kunstmatige interventie onvermijdelijk. Voor deze ingrepen is daarom gebruik gemaakt van lokale hernieuwbare bronnen en herge­ bruik van bestaande materialen - vol­ gens de principes van circulair bouwen.

In een deel van de stationsinrichting zijn duurzame materiaalinnovaties zoals ont­ wikkeld door Studio Tjeerd Veenhoven, toegepast:

• Keermuur - een wiegmuurconstruc­ tie uit oude beboste dwarsliggers;

• Voetgangersbrug - ‘de Spoorloper’, • •

•

•

een ronde brug uit oud treinspoor­ materiaal; Trap - traptreden uit oude betonnen dwarsliggers; Paviljoen - een overdekte wacht­ ruimte uit lokale hernieuwbare bronnen: wanden van stampleem, een geëxtrudeerde bank met zitting van lokaal hout en gelamineerde rieten panelen voor rugleuning, Kruislaaghout (ook bekend als CLT, Cross Laminated Timber) spanten van lokaal geproduceerd hout (zwar­ te Els) en een groendak; Informele zitelementen van schelp­ granulaat met een zitgedeelte, ook alweer gemaakt van lokaal geprodu­ ceerd hout; Bewegwijzering objecten uit schelp­ granulaat en stampleem.

Stampleem wordt gebruikt voor dragen­ de muren en ballustrades. Dit materiaal heeft geen kunstmatige toevoegingen nodig om geschikt te zijn als construc­ tiemateriaal. Stampleem is erg geschikt voor vochtregulering en heeft daardoor een conserverend vermogen. Bovendien is het materiaal volledig te hergebruiken.

Stampleem bestaat uit kleizand en leem,

Mosselschelpbeton

en komt in vrijwel elk deel van Neder­ land voor. Door de grondstoffen te men­ gen met water ontstaat er een vormbare massa. Deze massa wordt laag voor laag in een bekisting gestort en daarna ver­ dicht. Na droging aan de lucht krijgt het materiaal zijn draagvermogen.

Diverse zitjes - ‘zitobjecten’ - zijn ge­ maakt van schelpgranulaat en gelami­ neerde lokale snelgroeiende houtsoor­ ten zoals zwarte els. De mosselschelpen zijn na verwerking in bulk gebleven en vormen een restmateriaal van weinig waarde. Het bestaat voor het grootste

De ‘zitobjecten’ zijn gemaakt van schelpgranulaat en gelamineerde lokale snelgroeiende houtsoorten zoals zwarte els

11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

Stampleem met lisdoddevezels

Rietpanelen

deel uit calciumcarbonaat, een uitste­ kende bouwstof. Wanneer het wordt gemalen tot granulaat, kan het gemakke­ lijk worden samengeperst tot homogeen vast materiaal met een duurzaam bind­ middel. In dit project wordt het gebruikt als vervanging voor niet-structurele toepassingen ter vervanging van beton.

Video: het circulaire station; visie ProRail

Ook lisdodde werd gebruikt, onder meer als component van plaatmateriaal, iso­ latie, als vezelversterkingscomposietma­ terialen, maar ook als versterking voor leempleisterwanden. In het project ‘Het natuurlijke station‘ is lisdodde onder meer gebruikt om de stamplemen wan­

den te versterken. De vezel wordt ook toegepast in biocomposietmaterialen als versterking en als decoratief element (zie ook HuisVeendam). Na gebruik kunnen de materialen terugkeren naar de orga­

Video: Materiaalontwikkeling bij Studio Tjeerd Veenhoven

nische kringloop waar ze weer dienen als voedingsstoffen voor de volgende generatie bouwmaterialen.

Meer bij de DDW>

Klik op deze illustratie voor een interactieve, 360 ° rondleiding

Het natuurlijke station van Welling Architects en studio Joost Veenman. Klik op de illustratie voor een interactieve, 360 ° rondleiding

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

NIEUWS

PVC Handblowing De Japanse ontwerper Kodai Iwamoto gebruikt glasblaastechnieken om van PVC pijpen vazen te maken. Zulke pijpen zijn makkelijk verkrijgbaar en overal te koop bij plaatselijke bouwmarkten. Het idee is eigenlijk simpel. Door lucht in een verwarmde pijp te blazen, werd een bloemenvaas geboren. Net als bij glas­ blazen, hebben veel factoren, zoals de

vorm van de mal en de snelheid waar­ mee het oppervlak van de buis wordt verwarmd, invloed op de vorm.

Het werk van Kodai Iwamoto werd tijdens de Dutch Design Week eind ok­ tober gepresenteerd, (overigens geheel virtueel door corona.)

DDW>

Video

MAKE IT MATTER

MAKE IT MATTER De rubriek MAKE IT MATTER wordt in samenwerking met MaterialDistrict (MaterialDistrict.com) samengesteld. In deze rubriek worden opvallende, en/of interessante ontwikkelingen en innovatieve materialen uitgelicht.

Parelmoertegels Deze parelmoertegels bestaan uit een plaat met parelmoer moza誰eken. Het materiaal is zo ontworpen dat er geen voegen nodig zijn. Gemonteerd op een vuurvaste vezel-, magnesiumof honingraatplaat, worden de tegels en panelen gebruikt als exclusieve oppervlakteafwerking.

Meer bij MaterialDistrict>

HPL-laminaat PRINT HPL is een hogedruklaminaatpaneel bestaande uit lagen cellulosevezels die zijn ge誰mpregneerd met thermohardende en onder hoge druk gevormd. De panelen zijn sterk, decoratief en ultralicht.

Meer bij MaterialDistrict>

Alucore Alucore is een composietpaneel bestaande uit twee aluminium deklagen en een aluminium honingraatkern. Het is een veel足 zijdig materiaal voor toepassingen in de transportsector en de industrie. Het is lichtgewicht, heeft een hoge stijfheid, goede vervormbaarheid en is beschikbaar in een reeks aan verschil足 lende diktes en formaten.

Meer bij MaterialDistrict>

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

MAKE IT MATTER Houten terrazzo Conor Taylor heeft een nieuwe manier bedacht om Brits hout opnieuw te gebruiken in de vorm van traditioneel terrazzo.

Hij kwam op het idee door het feit dat tijdens de verwerking regelmatig hoogwaardig hout in grote hoeveelheden werd ver­ spild. In het materiaal zijn houtsnippers in een harsbindmiddel gefixeerd, waarbij een duurzaam oppervlak ontstaat met een steenachtige terrazzo-uitstraling.

Meer bij MaterialDistrict>

Cocoa Het materiaal COCOA_001 is gemaakt met 40 procent afval van de industriële chocoladeproductie. Alle andere ingrediën­ ten van het materiaal zijn veganistisch, biologisch afbreekbaar en niet schadelijk voor het milieu. COCOA_001 kan meerdere keren opnieuw worden hergebruikt zonder materiaalverlies met een laag energieverbruik. Het is ook geschikt voor de 3D-printer.

Meer bij MaterialDistrict>

Scalite Scalite is volledig gemaakt van visschubben, een bijproduct van de visserij. Scalite wordt geproduceerd in harde platen, is 100 procent natuurlijk en bevat geen chemische toevoegingen zoals formaldehyde. Het wordt snel afgebroken in het milieu, het is veilig voor het milieu en recyclebaar. Het materiaal heeft heeft vergelijkbare mechanische eigenschappen als die van MDF en beton.

Meer bij MaterialDistrict>

Circula Circula, ontworpen door de Poolse ontwerper Tomek Rygalik, is een ronde bank gemaakt van gerecycled plastic. Het plastic dat voor de bank wordt gebruikt, is gemaakt van 100 procent gerecyclede verpakkingen en is ontwikkeld in samenwerking met Boomplastic, een studio die zich toelegt op het recyclen van plastic. Het gerecyclede plastic is gedeeltelijk transparant om de kleurrijke fragmenten erin te benadrukken.

Meer bij MaterialDistrict>

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Empa-onderzoekers hebben hout verfijnd tot een lichtgewicht, vormbaar materiaal van de volgende generatie. Paradoxaal genoeg wordt hout stabieler als het geen lignine meer heeft, wat verantwoordelijk is voor de sterkte van het oorspronkelijke materiaal (Afbeelding: Empa)

SDG Award 2020 voor duurzaamheid

Hout als hightech materiaal Empa-onderzoekers hebben kans gezien hout te modificeren tot een lichtgewicht, vorm­ baar hoogwaardig (bouw)materiaal. Op 1 september 2020 ontving het onderzoeksteam van Empa en ETH Zürich onder leiding van Ingo Burgert en Tanja Zimmermann de SDG1 Award 2020 van het Swiss Green Economy Symposium in Winterthur, Zwitserland. De prijs moet worden gezien als een erkenning voor hun onderzoek naar duurzaam bouwen met hout.

‘Burgert en zijn team dragen substantieel bij aan het feit dat in de toekomst oplossingen en toepassingen hun weg zullen vinden in ons leven en die zullen bijdragen aan het redden van het klimaat’, zei de jury.

Als hernieuwbare grondstof kan hout op veel verschillende manieren worden gebruikt. Als bouwmateriaal is het tot dusver min of meer buitenspel gezet door staal, glas en beton. Het Zwitserse onderzoeksteam is erin geslaagd om in­ novatieve technologieën te ontwikkelen waarmee hout kan worden ingezet als

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

duurzaam alternatief en/of aanvulling op andere bouwmaterialen.

Het doel van de onderzoekers was (en is) om op basis van hout een biobased high-performance materiaal te ontwik­ kelen met totaal nieuwe eigenschap­ pen. Dat lijkt aardig gelukt. Het heeft bijvoorbeeld geleid tot de ontwikkeling

van antimicrobiële, houten deurklinken, ‘gemineraliseerd’ hout met sterkere vlambestendigheid of zelfs tot magneti­ sche, houten wanden. Ook blijkt hout te kunnen worden opgewaardeerd tot een lichtgewicht, vormbaar materiaal 2.0, dat gek genoeg stabieler wordt als het wordt ontdaan van lignine, dat verant­

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

EMPA ontwikkelde onder andere deurkrukken van antimicrobieel hout, gemineraliseerd hout voor verbeterde vlambestendigheid of een prikbord van gemagnetiseerd hout en nog veel meer (Foto: EMPA)

woordelijk is voor de sterkte van het oorspronkelijke houtmateriaal.

Burgert, die een leerstoel bekleedt aan de ETH Zürich, leidt overigens de ‘Vision Wood’-unit in het NEST-onderzoeks- en innovatiegebouw van Empa en Eawag in Dübendorf, waar een aantal van deze ontwikkelingen worden gedemon­ streerd.

Samen met Tanja Zimmermann, het huidige hoofd van Empa’s ‘Functional Materials’ afdeling, heeft Ingo Burgert al grensverleggende houten objecten gemaakt in de Vision Wood unit van het experimentele NEST-gebouw. (NEST is het modulaire onderzoeks- en innova­ tiegebouw van Empa en Eawag. Bij NEST worden nieuwe technologieën, mate­ rialen en systemen getest, onderzocht, verder ontwikkeld en in de praktijk gevalideerd.)

Het onderzoek opent volgens Empa een scala aan nieuwe mogelijkheden.

De ‘hout paradox’

In de afgelopen jaren hebben Marion Frey, Tobias Keplinger en Ingo Burgert van Empa en ETH Zürich een hoogwaar­ dige houtcomposiet ontwikkeld die naar behoefte kan worden vervormd en die drie keer sterker is dan natuurlijk hout.

Dit houtmateriaal heeft volgens Empa de potentie om een echt hightech materiaal te worden. Om zo ver te komen ver­

wijderden de onderzoekers precies dat deel van het hout dat het zijn natuurlij­ ke stabiliteit geeft: lignine. ‘The Wood Paradox,’ noemde Empa het, omdat de wetenschappers hout destabiliseren, juist om het stabieler te maken.

Vervormbaar

De truc zit in de zogenaamde ‘delignifi­ catie’ (het verwijderen van lignine) en verdichting van het hout. Chemisch ge­ zien bestaat hout op hoofdlijnen uit drie componenten: cellulose, hemicellulose en lignine. De lignine zorgt ervoor dat de lange cellulosevezels worden gesta­ biliseerd en niet buigen. In feite zorgt lignine voor de stevigheid van het hout.

De onderzoekers gebruiken zuur om deze lignine uit het hout te halen en zo eigenlijk de natuurlijke ‘lijm’ weg te ha­ len. Het resultaat is dat het hout - of lie­ ver de overgebleven, witte cellulose - in natte toestand gemakkelijk in elke vorm dan ook kan worden gebracht. Tussen de cellen, waar lignine ooit voor stabi­ liteit zorgde, kan water infiltreren dat vervolgens de celverbindingen oplost en daarmee zorgt voor vervormbaarheid.

Wanneer het ‘gedelignifiseerde’ hout wordt gedroogd, grijpen de cellen in el­ kaar, wat het geheel weer stabiel maakt.

Het materiaal wordt vervolgens extra verdicht door het te persen, zodat de onderzoekers uiteindelijk een materiaal

wisten te maken dat ongeveer drie keer stijver en trekvaster is dan natuurlijk vu­ renhout. Verder zorgt het toevoegen van een waterafstotende coating ervoor dat het binnenste van het hout niet meer vochtig kan worden en zo zijn gewenste vorm behoudt.

Functionaliteit

Naast de vervormbaarheid heeft het verwijderen van lignine uit hout nog een ander effect: het leidt tot een hogere porositeit. Dit is blijkbaar een belangrijk voordeel bij het veranderen van de func­ tie van het hout. Doordat er meer ruimte is gekomen tussen de cellen en in de celwanden, is het makkelijker om andere stoffen in de houtstructuur aan te bren­ gen die het gemodificeerde hout nieuwe eigenschappen geven. Door ijzeroxide te introduceren, kan het hout bijvoorbeeld worden gemagnetiseerd.

1

SDG: Sustainable Development Goals

EMPA> De houtparadox (EMPA)> Meer over Vision Wood op pagina 18

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Vision wood De onderzoeks- en innovatie-eenheid Vision Wood staat voor de visionaire omgang met hout als natuurlijke hulpbron in de bouw. De wooneenheid laat zien dat het mogelijk is om het vertrouwde oude materiaal te combineren met baanbrekende oplossingen voor ecologisch bouwen en aantrekkelijk design. De unit is ontwikkeld door het Department of Applied Wood Materials van Empa en in samenwerking met ETH Zurich. Het combineert de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van houtonderzoek met expertise in moderne hout­ constructies.

Nano-cellulose oppervlaktecoating (Foto: Empa)

Antimicrobiële, houten oppervlakken Bindmiddel-arme houtvezel-isolatieplaten (Foto: Empa)

Bindmiddel-arme houtvezel-isolatieplaten

Door gebruik te maken van natuurlijke enzymen zijn onderzoe­ kers van Empa erin geslaagd om hoogwaardige houtvezelisola­ tieplaten te maken. Dankzij een laccase-gekatalyseerd proces kan het synthetische bindmiddel (styreen-butadieen-copo­ lymeer) volledig worden vervangen door duurzame, milieu­ vriendelijke biopolymeren (lignineverbindingen, gemodificeerd zetmeel).

Partners: Empa, Pavatex

Een door Empa gepatenteerd enzymatisch proces maakt het mogelijk jodium in de houtstructuur te brengen en daar vast te houden. Het resultaat is een houten oppervlak dat blijven­ de bescherming biedt tegen ongewenste micro-organismen en zo de hygiëne van houten producten in badkamers of keukens verhoogt.

Partner: Empa

Nano-cellulose oppervlaktecoating

Nanocellulosevezels wordt gebruikt als een component in een nieuwe oppervlaktecoating voor buitenhout. Daarmee wordt de duurzaamheid aanzienlijk te verhoogd in vergelijking met conventionele coatings. Empa verwacht dat het de UV-be­ scherming, de waterdichtheid, de slijtvastheid en het voor­ komen van scheuren en aantasting door micro-organismen verbetert.

Partner: Empa

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Antimicrobiële, houten oppervlakken (Foto: Empa)

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Gemineraliseerd hout (Foto: Empa)

Gemineraliseerd hout Hydrofoob hout (Foto: Empa)

Hydrofoob hout

In een tweestapsproces worden waterdichte monomeren op de celwanden van de houtstructuur ter plaatse gepolymeri­ seerd zonder de houtvaten te beschadigen. Het resultaat is dat het hout tot in de diepere lagen waterdichte eigenschappen krijgt, met behoud van de uitstraling van het onbehandelde houtmateriaal.

Partners: Empa, ETH Zürich

Het blijkt mogelijk om met een speciaal ontwikkelde methode mineralen diep in de houten structuur in te bedden. De opslag daarvan is regelbaar en vindt plaats in de celwanden van het hout of in de houtvatcellen. Het resultaat is dat het behandel­ de hout een grotere vlambestendigheid krijgt, waardoor het geschikt wordt voor gebruik op plaatsen waar vlamvertragen­ de eigenschappen vereist zijn.

Partners: Empa, ETH Zürich, Schilliger Holz Industrie AG, Hess & Co AG, Pavatex

Magnetisch hout (Foto: Empa)

Magnetisch hout

Composiet bamboe voor terrasplanken (Foto: Empa)

Composiet bamboe voor terrasplanken

Empa ontwikkelde een nieuw composietmateriaal gemaakt van bamboevezels en een biobased hars. Het materiaal is vergelijkbaar in sterkte als staal, het is extreem robuust en, dankzij de weersbestendigheid, perfect voor gebruik buitens­ huis. Bovendien heeft het materiaal een lage dichtheid en thermische uitzetting.

Partners: Empa, ETH Future City Lab

Door ijzeroxide-nanodeeltjes in de houtstructuur in te bedden, kunnen magneten aan het hout blijven plakken. In tegenstel­ ling tot een conventioneel magnetisch materiaal, wordt de hiërarchische structuur van hout gebruikt om richtingsafhan­ kelijk magnetisch gedrag (anisotropie) in het nieuwe hybride materiaal te induceren.

Partners: Empa, ETH Zürich

Empa: Vision Wood> Publicaties Vision Wood>

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Velvet Concrete, een idee van Michiel Derikx en Koen van Dijk van de TU Eindhoven

Concrete Design Competition 2019-2020 Een modulair element met geluidsabsorberende vorm en textuur, waarmee door slimme stapeling een esthetische geluidswal kan worden gemaakt: dat is Acute Acoustics. Het ont­ werp van David Fritz, Siri Mulleners en Saskia Tideman van de TU Delft werd door de jury uitgeroepen tot winnaar van de Concrete Design Competition 2019-2020.

Het thema van de prijsvraag was FORMWORKS, waarbij studenten gevraagd werd de eigenschappen van beton te verkennen die te maken hebben met het vorm- en/of textuur geven aan beton voor hun project. 36 inzenders werden beoordeeld door een vakkundige jury en op 26 november werden de winnaars bekend gemaakt tijdens een break-out sessie op het online BetonEvent.

20 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Acute Acoustics

De eerste prijs werd gewonnen door Acute Acoustics, een idee van David Fritz, Siri Mulleners en Saskia Tideman van de TU Delft. Zij bedachten een mo­ dulair element met geluidsabsorberende vorm en textuur waarmee door slimme stapeling een esthetische geluidswal te maken is. Ze ontwikkelden daarvoor een speciale mal. De jury waardeerde vooral het feit dat de studenten onder­

zoek hebben gedaan naar de vormen die geluid beïnvloeden en op basis daarvan hun module vormgaven. Het thema van FORM-WORKS was volgens de jury goed ingevuld in dit project: zowel in het kie­ zen van de vorm van de module zelf als het esthetische geheel van de wand en de technische uitwerking van de mal.

Meer over Acute Acoustics> Saskia Tideman>

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020 Velvet Concrete

De tweede prijs werd gewonnen door Velvet Concrete, een idee van Michiel Derikx en Koen van Dijk van de TU Eindhoven. Zij experimenteerden met textielmallen en ontdekten dat een mal van leer een fluweelachtige structuur maakte. Door de randen te fixeren sluit elk paneel naadloos aan; doordat het leer daartussen elke keer anders plooit, ontstaat elke keer een andere vorm.

Meer over Velvet Concrete>

Multi Façade Acute Acoustics

De derde prijs werd gewonnen door Multi Façade, een ontwerp van Clara Beckers, Jemina Gar Man Lai en Hannah Jade Zhu van de TU Delft. Deze groene gevel wordt van water voorzien, dat van het dak naar beneden sijpelt door de poreuze betonstructuur naar de planten die in sparingen met substraat groei­ en. De jury waardeerde de technische uitwerking.

Meer over Multi Facade>

Chainlink

Multi Façade

Naast de drie prijswinnaars koos de jury ook een eervolle vermelding, die maar net buiten de prijzen viel. Het ontwerp Chainlink van Kyra Heijblom en Rick Was­ senaar van de TU Eindhoven werd door de jury gewaardeerd door de onver­ wacht slanke en gebogen vorm die hele­ maal niet betoneigen is. Het gaat om een halfronde boog van beton waarbij veel aandacht is besteed aan het ontwerp van de mal. De waardering van de jury was hoog vanwege de outside-the-box vorm die gecreëerd is met beton.

Meer over Chain Link>

Bron: Tektoniek> De Internationale Concrete Design Competition voor studenten van opleidingen Bouwkunde en Civiele Techniek is een tweejaarlijkse ideeën- en ontwerpprijsvraag. De prijsvraag wordt georganiseerd door een consortium van Europese brancheorganisaties van Cement en Beton. In Nederland wordt de prijsvraag door Betonhuis|Cement vanuit Tektoniek University georganiseerd. Studenten die studeren in één van de participerende landen kunnen deelnemen aan deze prijsvraag.

Chainlink

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Terrasvloer van Gjenge Makers tegels Kenya (Foto: Gjenge Makers Ltd.)

Betaalbaar bouwen met ‘stenen’ van plastic afval Plastic afval kan op verschillende manieren worden hergebruikt, ook door het om te vormen tot een totaal ander materiaal. Eerder dit jaar besteedde CeramicTech Today aandacht aan de Keniaanse startup Gjenge Makers Ltd., een bedrijf dat afvalplastic en zand gebruikt om bouwstenen te maken. Hergebruik van plastic afval als bouwstenen is met name interessant in derdewereldlanden. In zulke gebieden is meestal behoefte aan goedkope bouwmateria­ len, terwijl deze landen tegelijkertijd kampen met een groeiend probleem van (plastic) afval.

Enkele voorbeelden van opmerkelijk gebruik van afvalplastic-producten in de bouw in de derde wereld.

Verschillende opkomende en ontwik­ kelingslanden hebben de afgelopen jaren lokale ondernemingen opgericht om bakstenen op basis van plastic te produceren, niet alleen ten behoeve van het milieu, maar ook om betaalbare alternatieve bouwmaterialen te bieden en werkgelegenheid te creëren. Een

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

goed voorbeeld is Gjenge Makers Ltd. in Kenia. Enkele jaren geleden startte de startup met het experimenteren met de productie van plastic stenen. Begin 2019 begon het bedrijf met het bouwen van de machinelijn en dit jaar lanceerden ze de eerste producten op de markt.

Het proces dat Gjenge Makers heeft

ontwikkeld begint met het inzamelen en sorteren van plastic afval. Daarna wordt het vermalen en gemengd met zand. Desgewenst wordt een pigment toegevoegd en wordt er een homogeen mengsel van gemaakt. In een extruder wordt het materiaal bij hoge tempe­ ratuur gemengd tot een licht visceuze

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020 massa die ten slotte wordt samenge­ perst in een hydraulische pers waarbij de stenen hun uiteindelijke vorm krijgen.

Ten slotte wordt elke steen gekoeld in een waterbad. De huidige productielijn van Gjenge Makers produceert tussen de 500 en 1000 stenen per dag, desgewenst in verschillende kleuren en vormen.

Video (YouTube)

Gjenge Makers Ltd: extruder

Gjenge Makers Ltd: hydraulische pers

Silica Plastic Block

Afgelopen zomer berichtte designboom.com over het in India gevestigde bedrijf Rhino Machines.

Het bedrijf lanceerde het zogenaamde ‘Silica Plastic Block’ (SPB) - een duurza­ me bouwsteen gemaakt door recycling van gieterijstof/zandafval (80 procent) en gemengd plastic afval (20 procent).

Het proces lijkt sterk op dat van Gjenge Makers. Door kunststof als bindmiddel te gebruiken, wordt de behoefte aan water tijdens het mengen en daarna uitharden volledig geëlimineerd. Na afkoeling kun­ nen de blokken direct worden gebruikt.

De SPB’s bleken overigens naar verluidt 2,5 keer zo sterk te zijn als normale rode kleibakstenen. Het project werd gereali­

Silica Plastic Blocks: Rhino Machines

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020 seerd in samenwerking met r+d labs; de onderzoeksvleugel van het architecten­ bureau r+d studio.

Conceptos Plásticos

In tegenstelling tot Gjenge Makers an Rhino Machines, maakt de Colombiaan­ se Conceptos Plásticos zijn stenen van 100 procent afvalplastic.

Het plastic afval dat Conceptos Plásti­ cos verwerkt, wordt gesmolten en in een mal gegoten tot plastic blokken.

Die blokken worden op de bouwplaats verwerkt tot Lego-stukjes, waardoor er makkelijk huizen van kunnen wor­ den gebouwd. De bouw van een huis voor één gezin (vloeroppervlak van 40 m2, verdeeld in twee slaapkamers, een badkamer, woonkamer, eetkamer en keuken), kost vier mensen, zonder bouwervaring, niet meer dan vijf dagen.

Bovendien zijn de kosten volgens het Colombiaanse bedrijf laag. Conceptos Plásticos beweert dat haar bouwconcept 30 procent goedkoper is dan de traditio­ nele systemen. De materialen bevatten additieven, waardoor ze brandwerend zijn. Het materiaal is volgens de beden­ kers bovendien uitstekend bestand tegen aardbevingen.

Boven en onder: Conceptos Plásticos

Het bedrijf ziet belangrijke mogelijkhe­ den voor de bouw van huizen en andere onderkomens als oplossing voor over­ bevolking, maar ook in gebieden die te maken hebben met daklozen- en vluch­ telingenproblematiek. Andere voordelen zitten in de milieu-impact: het voorko­ men dat plastic naar stortplaatsen gaat, het verminderen van water- en energie­ verbruik, maar vooral ook vermindering van de CO2-uitstoot door het gebruik van gerecycleerde materialen.

(Zie ook Innovatieve Materialen 4 2016.)

De beste civieltechnische vacatures? Ga naar www.civieletechniek.net 24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

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

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

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

Kijk op www.biobasedbouwen.nl voor meer informatie>

advertentie.indd 1

1-2-2016 15:58:48 25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Op 29 november tijdens de Grand Prix van Bahrein crashte de Formule 1-bolide van Romain Grosjean en veranderde in een vuurzee. Enkele seconden na bovenstaande opname stapte de Fransman ongedeerd uit de auto. (Bron: YouTube)

Halo: titanium redt levens Op 29 november tijdens de Grand Prix van Bahrein crashte de Formule 1-bolide van Romain Grosjean met 221 km/u in de vangrail, waarbij de auto in tweeën spleet en in een vuurbal veranderde. De Fransman kon net op tijd uit het brandende wrak klimmen. Volgens eigen zeggen had coureur zijn leven te danken aan de halo: een crashbeveiligingssysteem voor coureurs dat sinds enkele jaren (verplicht) wordt gebruikt in de racerij. Het bestaat uit een gebogen, titanium balk die als bescherming rond het hoofd van een coureur is geplaatst.

Enkele jaren geleden startte de FIA (Fé­ dération Internationale de l’Automobile) onderzoek naar het veiliger maken van race-auto’s. Dat leidde uiteindelijk tot de ontwikkeling van de zogenaamde halo, een veiligheidsconstructie voor race­ auto’s. Tijdens de studie werd ontdekt dat de halo grote objecten kan afbuigen en een betere bescherming biedt tegen kleinere brokstukken. De eerste tests van de halo werden uitgevoerd in 2016 en in juli 2017. Sinds het seizoen 2018 heeft de FIA het systeem verplicht gesteld op elk voertuig in de Formule 1, Formule 2, Formule 3, Formule E en ook Formule 4 (vanaf 2021 ) als nieuwe veiligheids­ maatregel.

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Halo, vooraanzicht (Mercedes-AMG Petronas Formula One Team)

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Halo (Beeld: CP Tech)

In een simulatie uitgevoerd door de FIA, waarbij gebruik werd gemaakt van de gegevens van 40 echte incidenten, wees op een vergroting van de overlevings­ kans van de bestuurder met zeventien procent.

De halo is een driepoots, gebogen balk die voor de cockpit van een bestuur­ der wordt geplaatst. Het is gemaakt van hoogwaardig titanium (grade 5) en weegt ongeveer 9 kg. De primaire functie is om het hoofd van de coureurs te beschermen.

Het systeem is niet ontwikkeld door de teams, maar wordt geproduceerd door drie door de FIA goedgekeurde externe fabrikanten. De FIA-specificaties zijn voor alle voertuigen hetzelfde. Eén van de drie fabrikanten die door de FIA zijn halo-leverancier is CP Tech in het Duitse Büren.

Het bedrijf ontvangt de gesmede blok­ ken die volgens zijn CP-specificatie zijn voorbehandeld. Vervolgens moet het titanium een warmtebehandeling onder­ gaan om het materiaal te optimaliseren, waarna de buizen met een kanonboor

worden uitgeboord. De halo zelf is opgebouwd uit verschillende onderde­ len. Aan de bovenkant bevindt zich een halve ring, waarvan de twee eindstukken aan de achterkant van de auto worden bevestigd. Aan de voorzijde zit een mid­ denstijl voor de bestuurder.

Het lasproces wordt uitgevoerd in een gesloten kamer om verontreinigingen te voorkomen. Zijn alle delen aan elkaar gelast, dan ondergaat de halo een verdere warmtebehandeling voor extra versterking. Ten slotte wordt het getest.

Elke halo is gemaakt volgens identieke procesparameters, goedgekeurd door het Global Institute for Motor Sport Safety, de veiligheidsonderzoekspart­ ner van de FIA. Alleen het zogenaamde referentie-exemplaar wordt op falen beproefd. Iedere andere halo wordt ge­ controleerd op geometrie en gewicht en ondergaat aan aantal niet-destructieve testen, waaronder röntgen- en scheu­ ronderzoek.

Eenmaal voltooid, wordt de halo handmatig gestraald om het oppervlak enigszins ruw te maken. Dat laatste is nodig om aerodynamische onderdelen, voor zover toegestaan door de FIA, aan de halo te bevestigen.

De halo moet 125 kN kracht (overeen­ komstig met twaalf ton aan gewicht) van bovenaf gedurende vijf seconden kun­ nen weerstaan zonder dat er ook maar een enkel deel van de cockpitbescher­ ming of de bevestigingen defect raakt.

FIA: how to make an halo>

Uitleg: Video Mercedes-AMG Petronas F1 Team

Het halo systeem op de Ferrari SF71H van Kimi Räikkönen tijdens een testrit in 2018 (Foto: Artes Max)

Video: Halotest (FIA)

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

(Foto: The James Dyson Foundation)

AuREUS: Zonnepanelen gemaakt van voedselafval Ingenieursstudent Carvey Ehren Maigue is een van de winnaars van de James Dyson Awards 2020. Hij is met zijn AuREUS-systeem bovendien de allereerste winnaar wereldwijd in de categorie ‘duurzaamheid’. AuREUS zijn zonnepanelen, gemaakt van voedselafval die UV-licht omzetten in elektriciteit. De James Dyson Award is een internationale designprijs, bedoeld om de volgende generatie ontwerpers aan te moedigen. De wedstrijd is open voor alle (alumni) ontwerptechnische studenten.

In tegenstelling tot traditionele zonne­ panelen, die alleen onder zonverlichte omstandigheden werken, haalt het doorschijnende AuREUS-materiaal energie uit onzichtbare UV-straling. Het resultaat is dat het materiaal van Maigue bijna 50 procent van de tijd energie kan

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

opwekken; veel meer in vergelijking met de 15 tot 22 procent van standaard zonnepanelen.

Noorderlicht

De inspiratie voor AuREUS kwam van het poollicht: de aurora borealis. Dat

ontstaat doordat luminescerende deel­ tjes in de atmosfeer hoog energetische straling (gamma, UV) afbreken tot een lage energietoestand en de energie weer uitzenden als zichtbaar licht. De techno­ logie die Maigue toepaste, is gebaseerd op dit concept en hij gebruikte

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020 uiterst geschikt voor wolkenkrabbers in stedelijke omgevingen. Nu al worden glazen gebouwen met speciale folies bel­ kleed om er juist voor te zorgen dat de schadelijke UV-straling niet binnendringt.

In plaats daarvan absorbeert AuREUS direct en indirect UV-licht, beschermt daarmee mensen zowel binnen als bui­ ten tegen straling en levert bovendien nog schone energie op.

En last but not least: AuREUS recycleert fruit- en groenteafval en geeft een nieu­ we kans aan materialen die anders als nutteloos zouden worden beschouwd.

Daarmee is de kous nog niet af. In de toekomst zal aanvullend onderzoek worden gedaan naar verbetering van het extractieproces. Nu bestaat tachtig pro­ cent van het materiaal uit geëxtraheerde kleurstoffen uit fruit en groenten (de rest is nog chemisch), maar de bedoeling is dat dat 100 procent wordt. Bovendien is van de vijf gebruikte kleuren (rood, oranje, geel, groen en blauw) er nog geen stabiel alternatief voor de blauwe kleurstof. Ook dat staat op het program­ ma.

Verder is Maigue van plan om het AuREUS-substraat ook in de vorm van vezels te maken, waarmee bijvoorbeeld textiel of gebogen platen kunnen wor­ den gemaakt. De laatste zouden kunnen worden toegepast in voertuigen en vliegtuigen.

(Foto: The James Dyson Foundation)

vergelijkbare functionerende deeltjes, die hij isoleerde uit bepaalde soorten fruit en groenten. Die stofjes werden gesuspendeerd in een harssubstraat en gebruikt als de kerntechnologie voor het AuREUS materiaal.

Als de panelen met UV-licht worden belicht, absorberen de deeltjes zichtbaar licht dat door interne reflectie van het materiaal naar de randen wordt ge­ stuurd. Daar bevinden zich PV-cellen die het opgevangen zichtbare licht vervol­ gens omzetten in gelijkstroom. Een spe­ ciaal systeem reguleert het verwerken de uitgangsspanning om het opladen, opslaan of direct gebruik van elektriciteit mogelijk te maken.

Groenten- en fruitafval

Het systeem van Maigue maakt gebruik van lichtgevende deeltjes afkomstig

van landbouwafvalgewassen. Om de bioluminescente deeltjes uit landbouw­ gewassen te winnen, gebruikt Maigue een proces waarbij het groente en fruit tot sap wordt geperst, waarna de functi­ onele stoffen worden geëxtraheerd. Dat wordt vervolgens gefilterd, gedestilleerd of anderszins gezuiverd. De deeltjes wor­ den ten slotte in hars gesuspendeerd.

Het resulterende substraat kan worden gebruikt als wandbekleding of tussen de twee vensterruiten worden geklemd.

De Sustainability Award is een nieuwe toevoeging aan de jaarlijkse James Dyson Awards, gelijk aan de hoofdprijs van de competitie. De internationale winnaar van dit jaar was de Spaanse ingenieur Judit Giró Benet en haar testkit - The Blue Box - voor borstkanker thuis.

Zowel zij als Maigue nemen £ 30.000 mee naar huis om de verdere ontwikke­ ling van hun projecten te financieren.

Meer bij de James Dyson Award>

Bescherming tegen UV

AuREUS werkt ook als het niet direct naar de zon gericht is en zelfs met ver­ strooid UV-licht door wolken en UV-licht via muren, trottoirs en andere gebou­ wen wordt weerkaatst. Hierdoor kan zelfs met een klein perceeloppervlak een Vertical Solar Farm worden gebouwd;

Video

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK

Het volledig houten Aikalava paviljoen was gebouwd ter ere van Finland’s 100-jarig bestaan (Foto: Aalo/Vesa Loikas)

Houten steden in strijd tegen koolstofemissies Gebouwen veroorzaken maar liefst een derde van de wereldwijde uitstoot van broeikasgas­ sen - dat is ongeveer tien keer meer dan het luchtverkeer wereldwijd. Alleen al in Europa wordt elk jaar ongeveer 190 miljoen vierkante meter aan woonruimte gebouwd, voorname­ lijk in de steden, en het aantal groeit snel met bijna een procent per jaar. Door het gebruik van hout in de Europese bouw langzaam te verhogen, zou de koolstofopslag van gebouwen de komende 20 jaar met 420 miljoen ton CO2 kunnen toenemen. Dat blijkt uit onderzoek van de Aalto University, Helsinki.

Een recente studie door onderzoekers van de Aalto University en het Finnish Environment Institute toont aan dat overschakeling op hout als bouwmate­ riaal de milieu-impact van de bouwcon­

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

structie aanzienlijk zou verminderen.

Als 80 procent van de nieuwe woningen in Europa van hout zou zijn gemaakt en hout bovendien zou worden gebruikt in de constructies, wanden en wandbe­

kleding en meubels van huizen, zouden die gebouwen samen 55 miljoen ton kooldioxide per jaar kunnen opslaan.

Dat komt volgens de Finse onderzoekers overeen met ongeveer 47 procent van

ONDERZOEK

Het Luukku House van de Aalto Universiteit is ontworpen voor een carbon footprint van vrijwel nul (Foto: Aalto/Anne Kinnunen)

de jaarlijkse uitstoot van de Europese cementindustrie.

Volgens de Aalto-onderzoekers is dit de eerste keer dat het koolstofopslagpo­ tentieel van houten bouwconstructies op Europees niveau is geëvalueerd, in verschillende scenario’s.

Het onderzoek is gebaseerd op een uitgebreide literatuurstudie. Aan de hand van 50 casestudies verdeelden de onderzoekers gebouwen in drie groepen op basis van hoeveel hout erin was toe­ gepast - en, als gevolg daarvan, hoeveel kooldioxide ze opslaan.

De groep met de minste hoeveelheid hout sloeg 100 kg kooldioxide per vier­ kante meter op (CO2 kg/m2), de middel­ ste groep 200 kg en de groep met de meeste hout legde 300 kg per vierkante meter vast. De potentiële koolstofop­ slagcapaciteit was over het algemeen niet gerelateerd aan het type gebouw of houtsoort, en zelfs niet aan de omvang; maar blijkt eerder te zijn gebaseerd op de hoeveelheid en het volume van het hout dat als bouwcomponenten wordt gebruikt: van balken en kolommen tot muren en afwerkingen.

gebouwen zou zijn gemaakt van hout dat elk 100 kg CO2 per m2 opsloeg, dan zou het aandeel van met hout gebouwde gebouwen gestaag moeten groeien tot 80 procent in 2040. Tegelijkertijd vereist zo’n scenario een verschuiving naar houten gebouwen die nog meer kooldi­ oxide opslaan, waarbij meer gebouwen in de 200 CO2 kg/m2-opslaggroep vallen, en uiteindelijk de 300 CO2 kg/m2-opslag­ groep.

onderzoekers een langduriger opslag voor koolstof dan pulp of papier. Volgens de bevindingen van het onderzoek heeft een houten gebouw van 100 m2 de po­ tentie om 10 tot 30 ton kooldioxide op te slaan. De best presterende woning komt wat CO2-opslag betreft overeen met de gemiddelde kooldioxide-uitstoot van een automobilist gedurende tien jaar.

Bouwen van houten woningen is boven­ dien een duurzaam gebruik van hout. In vergelijking met andere houtproducten biedt een houten gebouw volgens de

Het artikel ‘Cities as carbon sinks-classification of wooden buildings’ is online>

Aalto University>

De onderzoekers hebben ook gekeken naar manieren waarop Europa de enor­ me opslag van 55 miljoen ton kooldi­ oxide in houten woningen per 2040 zou kunnen bewerkstelligen. Stel dat in 2020, 10 procent van de nieuwe woon­

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK

Berkeley-onderzoekers gebruikten een 3D-printer om een polymeer wapeningsrooster voor betonconstructies te maken. Speciale camera-apparatuur laat zien dat bij beproeving onder buiging de balken behoorlijk flexibel zijn en de meeste scheuren worden afgeremd door de aanwezigheid van het rooster

3D-geprinte wapening maakt beton ‘groener’ Onderzoekers van UC Berkeley, Californië hebben een nieuwe manier bedacht om beton te versterken met een polymeerrooster die de taaiheid van het beton kan verbeteren, terwijl de CO2-footprint van het materiaal wordt verminderd.

Het Berkeley-team gebruikte een 3D-printer om octetroosters van polymeermateriaal te maken en vulde ze vervolgens met ultrahogesterkte beton (UHPC), met een vier keer hoge­ re druksterkte dan conventioneel beton. De resultaten van het onderzoek werden gepubli­ ceerd in het novembernummer van het tijdschrift Materials and Design.

Beton is een veelgebruikt constructiemateriaal. Het is goed­ koop, makkelijk verkrijgbaar, goed bestand tegen drukspanning en kan enorme belastingen weerstaan. Het is echter broos en gaat barsten wanneer het uit elkaar wordt getrokken. Zonder wapening kan een betonconstructie zo maar breken.

Sinds het midden van de 19e eeuw hebben ingenieurs daarom

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

beton versterkt met stalen wapening. Maar dat gebruik van staal heeft ook nadelen: het is zwaar, relatief duur om te ma­ ken, arbeidsintensief om te installeren en gaat na verloop van tijd stuk door corrosie. Om die reden wordt er tegenwoordig steeds meer onderzoek gedaan naar het versterken van beton met polymeren. Voordeel van dat materiaal is dat het licht van

ONDERZOEK De ingenieurs experimenteerden ook met de hoeveelheid tra­ liewapening die in het beton werd gebruikt. Eén monster was dunner, waarbij het polymeer 19,2 procent van het volume van een monster uitmaakte. De ander bevatte 33,7 procent polymeren. Terwijl het verhogen van de hoeveelheid polymeer in de monsters de druksterkte enigszins verminderde, ver­ hoogde het juist de weerstand tegen piekbelastingen. Belang­ rijk is dat de hoeveelheid polymeer de algehele mechanische eigenschappen van de structuur niet significant beïnvloedde.

De monsters met minder polymeer waren net zo sterk als die met meer.

Er zijn daarentegen gevallen waarin de aanwezigheid van meer polymeer aanzienlijke voordelen kan hebben. De productie van cement, het belangrijkste ingrediënt in beton, is verantwoor­ delijk voor acht procent van de wereldwijde uitstoot van kool­ dioxide. Wapeningsmateriaal maakt minder dan vijf procent uit van de meeste betonconstructies. Volgens Berkely zou het verhogen van de hoeveelheid polymeer - en het verminderen van de hoeveelheid beton - de totale koolstofemissie van een constructie dus kunnen verminderen.

Onderzoekers 3D printten een set octetroosters bij het Jacobs Institute for Design Innovation

https://engineering.berkeley.edu> Het artikel ‘Polymer lattice-reinforcement for enhancing ductility of concrete’ is online>

gewicht is, niet corrodeert en goedkoop is om te produceren.

Sinds de jaren zestig hebben ingenieurs beton met polymeer­ vezels gewapend. Het concept was niet nieuw. Vezels werden al sinds de oudheid gebruikt om mortel te versterken, bijvoor­ beeld door stro toe te voegen aan leemsteen. Maar vezels zijn niet per se een perfecte oplossing voor beton. Ze worden in het beton gemengd voordat het wordt gestort en zijn zelden homogeen verdeeld. Dat brengt met zich mee dat een deel van het materiaal een hoge concentratie vezels kan hebben, terwijl een ander deel er nauwelijks vezels bevat, waardoor een deel bevattelijk blijft voor scheuren. Dat nadeel hebben wapenings­ roosters niet.

Eerdere experimenten met versterkingen van polymeerroos­ ters waren geïnspireerd op de natuur. Zoals op de structuur van zeeoor-schelpen en de honingraatvorm van bijenkorven.

Maar die wapeningen waren tweedimensionaal, wat hun vermogen om complexe betonconstructies te versterken, beperkte.

Om een 3D-ontwerp te maken dat zware belastingen uit alle richtingen zou kunnen dragen, gebruikten de Berkeley-onder­ zoekers een octogonaal rooster. Deze vorm is in de jaren 1950 populair gemaakt door de architect Buckminster Fuller, en staat bekend als sterk en tegelijk ongelooflijk licht.

Het team testte twee verschillende polymeren: polymelkzuur (PLA), dat goed met een 3D-printer kan worden verwerkt, maar brosser is dan andere polymeren, en het sterkere acry­ lonitril-butadieenstyreen (ABS). Uit drukproeven bleek dat er weinig verschil bleek te zijn tussen PLA en ABS en alle beton­ monsters met traliewapening scoorden hoog op het gebied van spanningsdichtheid, wat betekent dat ze veel energie konden absorberen.

Om composietbalken te maken, gebruikten de onderzoekers ultrahogesterktebeton en een 3D-geprinte wapening

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK

Carbon black poeder verandert in grafeen in een uitbarsting van licht en warmte door middel van een techniek die is ontwikkeld aan de Rice University.

Flash-grafeen verandert elke koolstofbron in het waardevolle 2D-materiaal in 10 milliseconden (Foto door Jeff Fitlow)

Zuiver grafeen uit afvalplastic Plastic afval krijgt een nieuw leven als zuiver grafeen. Wetenschappers van Rice University van het laboratorium van chemicus James Tour hebben hun eerder ontwikkelde ‘flash’ pro­ ces aangepast om efficiënt hoogwaardig grafeen te maken uit afvalplastic.

De studie van het laboratorium verscheen eind oktober in het American Chemical Socie­ ty-tijdschrift ACS Nano.

Flash-grafeen is een relatief nieuw proces dat eerder dit jaar werd geïn­ troduceerd door het Rice University-la­ boratorium van chemicus James Tour.

Het kan grote hoeveelheden van vrijwel elke koolstofbron omzetten in waar­ devolle grafeenvlokken. Het proces is snel en goedkoop. Volgens Tour kan de

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

‘flash-grafeen’-techniek een ton steen­ kool, voedselafval of plastic omzetten in grafeen voor een fractie van de kosten die worden gebruikt door andere metho­ den voor de productie van bulkgrafeen.

In plaats van de temperatuur van een koolstofbron met gelijkstroom te verho­ gen, zoals in het oorspronkelijke proces,

stelt het laboratorium plastic afval nu eerst bloot aan ongeveer acht seconden wisselstroom (AC) met hoge intensiteit, gevolgd door een gelijkstroomschok (zie video’s).

Het resultaat is uiteindelijk hoogwaardig, turbostratisch (meerlagig) grafeen, een waardevolle en oplosbare stof die kan

ONDERZOEK

Video 1: proces

worden gebruikt om elektronica, com­ posieten, beton en andere materialen te verbeteren, en allerlei koolstof-oligo­ meren te maken, die voor een heel scala aan andere toepassingen kunnen wor­ den gebruikt. De wetenschappers schat­ ten dat het ACDC-proces op industriële schaal grafeen zou kunnen produceren voor ongeveer $ 125 aan elektriciteits­ kosten per ton plastic afval.

In het originele artikel in Nature lie­ ten de onderzoekers al zien dat plastic kon worden omgezet in grafeen, maar

de kwaliteit van het grafeen was niet zo goed als de onderzoekers eigenlijk wilden. Door een andere reeks elektri­ sche pulsen te gebruiken, kon een groot verschil worden gemaakt.

Grafeen is een tweedimensionaal ma­ teriaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt op een rooster met een hexagonale (honingraat) structuur. Grafeen is meer dan 200 keer sterker dan staal, een uitstekende ther­ mische en elektrische geleider, flexibel,

Video 2: uitleg

zeer dun en transparant. Dit maakt het potentieel geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

De meest genoemde potentiële toepas­ sing van grafeen is in de elektronica. Zo

In een flits verandert carbon black in grafeen met een techniek die is ontwikkeld door wetenschappers van Rice University. Met het schaalbare proces kan koolstof uit elke bron worden omgezet in bulkgrafeen. Van links naar rechts: bachelor-stagiair Christina Crassas, chemicus James Tour en afgestudeerde studenten Paul Advincula en Duy Luong (Foto: Jeff Fitlow)

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK beton te mengen met slechts een kleine hoeveelheid grafeen, zou volgens onderzoeker James Tour het beton veel sterker worden waardoor er ook veel minder van het materiaal nodig is.

Volgens de betrokken onderzoekers is het flash-proces veel kosteneffectiever dan het conventioneel recyclen van plas­ tic, inclusief sorteren en reinigen waarvoor energie en water nodig zijn. ‘In plaats van plastic te recyclen tot pellets die voor $ 2.000 per ton worden verkocht, kun je het afval opwaarde­ ren tot grafeen, dat een veel hogere waarde heeft’, zei James Tour op de Rice-website. ‘Er is zowel een economische als een ecologische voordeel te behalen.’

Meer bij Rice University>

Flash grafeen

Een transmissie-elektronenmicroscoop-opname toont ACDC-flitsgrafeen geproduceerd door de Rice University. Het proces maakt het mogelijk hoogwaardig turbostratisch grafeen te produceren uit plastic afval dat vervolgens kan worden gebruikt om elektronica, composieten, beton en andere materialen te verbeteren (Foto: Tour Group)

zou het mogelijkerwijs silicium kunnen vervangen in tran­ sistors. Door de combinatie van transparantie en geleidbaar­ heid zou het ook een geschikt materiaal zijn voor het maken van touchscreens.

Grafeen kan worden gebruikt in luchtfilters - mogelijk zelfs in coronafilters (Innovatieve Materialen nummer 4 2020) - en ook in de waterzuivering liggen kansen. Door grafeen zo te manipu­ leren dat er gaten in ontstaan ter grootte van watermoleculen, zou het mogelijk zijn om zout uit water te filteren. Dit zou een veel zuinigere methode zijn dan de huidige ontziltingstechnie­ ken, die veel energie verbruiken.

Andere potentiële toepassingen zijn onder meer intelligent of ultrasterk textiel, medicijnen, en zelfs in constructies. Door

Zoals in januari 2020 gerapporteerd in Nature, wordt flash-grafeen gemaakt in 10 milliseconden door kool­ stofhoudende materialen te verhitten tot 3.000 graden Kelvin. Het bronmateriaal kan bijna alles zijn, zo lang het maar is gebaseerd op koolstof. Voedselafval, plastic afval, petroleumcokes, steenkool, houtsnippers en bio­ char zijn de belangrijkste kandidaten. ‘Met de huidige commerciële prijs van grafeen van $ 67.000 tot $ 200.000 per ton, zien de vooruitzichten voor dit proces er fantastisch uit,’ zegt projectleider James Tour op de Rice-website. Hij denkt dat het toevoegen van slechts 0,1 procent flitsgrafeen aan het cement dat in beton wordt gebruikt, de milieubelasting van datzelfde beton met een derde kan verlagen. Bij de productie van cement wordt naar verluidt elk jaar maar liefst 8 procent van door mensen gemaakte CO2 uitgestoten.

Het artikel in Nature ‘Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis ‘ is online>

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

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK

Microbootje uit de 3D-printer Wetenschappers van de Universiteit Leiden zijn erin geslaagd een synthe­ tisch, minuscuul bootje te 3D-printen: van boeg tot achtersteven meet dit bootje 30 micrometer, ongeveer een derde van de dikte van een haar. Het is 3D-geprint door Leidse natuurkundigen Rachel Doherty, Daniela Kraft en colle­ ga’s. Het resultaat van hun onderzoek werd gepubliceerd in het vakblad Soft Matter onder de titel ‘Catalytically pro­ pelled 3D printed colloidal microswim­ mers.’

3DBenchy

Het geprinte bootje heeft overigens zelf geen schroef. 3DBenchy is een standaard 3D-ontwerp, bedoeld voor het op de proef stellen van 3D-printers.

Daarmee is de nieuwe Nanoscribe Pho­ tonic Professional printer van de groep glansrijk geslaagd. Tegelijkertijd vestigen de Leidenaren een wereldrecord met het allerkleinste 3D-geprinte schip, dat boven­­dien ook echt kan varen.­

Rachel P. Doherty, Thijs Varkevisser, Margot Teunisse, Jonas Hoecht, Stefania Ketzetzi, Samia Ouhajjia, Daniela J. Kraft, ‘Catalytically propelled 3D printed colloidal microswimmers’, Soft Matter, 2020. Het artikel is online> Universiteit Leiden>

Krafts groep experimenteert met zo­ genaamde microzwemmers: kleine deeltjes, die in het water bewegen en die met een microscoop te volgen zijn.

Een van de doelen is het gedrag van biologische microzwemmers, zoals bac­ teriën, beter te begrijpen.

Wokkels

Meestal wordt zulk onderzoek gedaan met bolvormige deeltjes, maar 3D-prin­ ten biedt nieuwe mogelijkheden, laten de onderzoekers in hun artikel zien. Zo printten ze ook microscopische spiraal­ vormige wokkels, die als een schroef meedraaien terwijl ze voortgestuwd worden.

SEM-plaatje van verschillende 3D-geprinte vormen: (a) A spiky sphere, (b) a starship, (c) a spiral, (d) a helix, (e) a trimer and (f) 3D-benchy boat (Afbeelding uit het artikel)

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

ONDERZOEK

(Foto: Stephen Mayfield, UC San Diego)

Slippers van algenschuim Wetenschappers van de University of California San Diego (UCSD) zijn er in geslaagd poly­ urethaanschuimen te ontwikkelen op basis van algenolie. Het materiaal voldoet volgens UCSD aan commerciële eisen voor gebruik als schoenenzool en/of voetbed van teenslip­ pers. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Bioresource Technology Reports en beschrijven de ontwikkeling van deze duurzame, consumentklare en biologisch afbreek­ bare materialen.

Wetenschappers van de University of California San Diego (UCSD) zijn erin geslaagd polyurethaanschuimen te ontwikkelen op basis van algenolie. Het materiaal voldoet volgens UCSD aan commerciële eisen voor gebruik als schoenenzool en/of voetbed van teen­ slippers. De resultaten van hun onder­ zoek zijn gepubliceerd in Bioresource Technology Reports en beschrijven de ontwikkeling van deze duurzame, con­ sumentklare en biologisch afbreekbare materialen.

UCSD ontwikkelde de polyurethaan­ schuimen op basis van algenolie speciaal met het doel te kunnen voldoen aan de eisen die nodig zijn om er commercië­

38 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

le schoenzolen van te maken. Dat lijkt gelukt. Volgens de onderzoekers heeft het onderzoek geleid tot een duurzaam, afbreekbaar materiaal, geschikt voor een consumentenproduct.

De afbreekbaarheid van de schuimen werd getest door ze te bedekken met een laag compost en grond. Uit die experimenten bleek dat het algenmateri­ aal al na zestien weken was afgebroken.

Om eventuele toxiciteit te bepalen, zijn tijdens de tijdens de afbraak voort­ durend de vrijkomende producten gemeten. Tegelijk is gekeken naar de organismen die verantwoordelijk waren voor de afbraak. Daarbij bleek dat het de enzymen van de organismen zijn die het algen-polyurethaanschuim uiteindelijk

depolymeriseren.

Het team onderzocht vervolgens de tussenstappen van het afbraakproces en wisten de gedepolymeriseerde produc­ ten weer te isoleren en te gebruiken om nieuwe polyurethaanmonomeren te synthetiseren. Daarmee was de ‘bioloop’ rond.

De bilologisch afbreekbare materialen bestaan nu nog voor 52 procent uit bio-componenten, maar de wetenschap­ pers mikken uiteindelijk op 100 procent.

De teenslippers zijn naar verluidt vanaf januari 2021 verkrijgbaar.

Het onderzoek was een samenwerking tussen UC San Diego en startup Algenesis Materials - een bedrijf dat is gespe­

ONDERZOEK cialiseerd in materiaalkunde en tech­ nologie. Het project werd mede geleid door onderzoekster Natasha Gunawan (Division of Physical Sciences), Stephen Mayfield, (Division of Biological Scien­ ces) en door Marissa Tessman van het bedrijf Algenesis. De laatste is een ma­ teriaaltechnologie-bedrijf dat is gespeci­ aliseerd in de door haar gepatenteerde Soleic-technologie. Daarmee kan volgens Algenesis ’s werelds eerste herbruikba­ re, volledig biologisch afbreekbare high performance plastic op basis van algen worden geproduceerd.

Het artikel ‘Rapid biodegradation of renewable polyurethane foams with identification of associated microorganisms and decomposition products’, is online> Meer bij UC San Diego>

(Foto: Stephen Mayfield, UC San Diego)

39 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

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

Databank

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

Events georganiseerd. Al deze diensten zijn kosteloos.

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

• Request: het bedrijf zoekt een

Video: Hoe werkt Enterprise Europe Network

product

• Technology Offer: het bedrijf biedt een technologie aan

• Technology Request: het bedrijf zoekt een technologie

• Research & Development Request:

de organisatie zoekt samenwerking voor onderzoek

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

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

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

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

40 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

AGENDA De corona-crisis maakt het onzeker of evenementen op de werkelijk op de geplande datum zullen plaatsvinden. Veel evenementen worden uitgesteld. Onderstaande agenda geeft de stand van zaken weer per december 2020.

Voor de actuele stand van zaken: www.innovatievematerialen.nl BAU 2021 13 - 15 januari 2021, München

Lijmen België 6 april 2021, KU Leuven Campus Brugge

2nd International Conference on Cellulose Fibres 2 - 3 februari 2021, Keulen

Hannover Messe 12 - 16 april 2021, Hannover

NGA glass conference 2021, 9 februari 2021, online

Steinexpo 2021, 14 - 17 april 2021, Homberg

Ulmer Betontage 2021 23 - 25 februari 2021, Ulm

Nordbygg 2021 20 - 23 april 2021, Stockholm

Maintenance Dortmund 2021 24 - 25 februari 2021

Nederlandse Metaaldagen 21 - 23 april 2021, Den Bosch

JEC World 2021 9 - 11 maart 2021, Parijs

ICC8 2021 25 - 30 april 2021, Busan

EuroBLECH 2021, 9 - 12 maart 2021, Hannover

Partec 2021 26 - 28 april 2021, Nürnburg

Additive Manufacturing Forum 2021 11 - 12 maart 2021, Berlijn

23th Wear Of Materials confe­ rence 26 - 28 april 2021, Online

Solids 2021 17 - 18 maart 2021, Dortmund

Ceramic Expo 2020 USA 3 - 5 mei 2021, Cleveland

9th Conference on CO2-based Fuels and Chemicals 23 - 24 maart 2021, Keulen

Rapid.Tech + FabCon 3.D, 4 - 6 mei 2021, Erfurt

Metav reloaded 2021 23 - 26 maart 2021, Düsseldorf

VETECO 2021 4 - 7 mei 2021, Feria de Madrid

41 | INNOVATIEVE MATERIALEN 6 2020

Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Inno­ vatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is an in­ teractive, digital magazine about new and/or innovatively applied materials.

Innovative Materials provides information on material innovations, or innovative use of materials. The idea is that the ever increasing demands lead to a constant search for better and safer products as well as material and energy savings. Enabling these innovations is crucial, not only to be competitive but also to meet the challenges of enhancing and protecting the environment, like durability, C2C and carbon footprint.

By opting for smart, sustainable and innovative materials constructors, engi­ neers and designers obtain more opportunities to distinguish themselves.

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

Innovative Materials is distributed among its own subscribers/network, but also through the networks of the partners. In 2019 this includes organisati­ ons like M2i, MaterialDesign, 4TU (a cooperation between the four Technical Universities in the Netherlands), the Bond voor Materialenkennis (material sciences), SIM Flanders, FLAM3D, RVO and Material District.