MILON Pand Schijndel

Van primair naar secundair en van lineair naar circulair: Geopolymeren

Een van de grootste uitdagingen waar de mensheid de laatste decennia mee is geconfronteerd, is het vinden van een duurzame manier om met onze omgeving om te gaan.

De wereldbevolking is de afgelopen eeuw 34 keer meer materialen gaan gebruiken, 12 keer meer fossiele brandstoffen en 3,6 keer meer biomassa.  De vraag naar grondstoffen zal blijven toenemen als gevolg van de mondiale bevolkingsgroei, de snelgroeiende middenklasse in opkomende economieën en de toepassing van specifieke grondstoffen in nieuwe technologieën. Het gebruik van grondstoffen is een grote uitdaging van de 21ste eeuw. De groei is NIET tegen te houden en gaat gepaard met aantasting en uitputting van natuurlijk kapitaal, verlies aan biodiversiteit, dreigende grond stoffenuitputting en klimaatverandering. Nederland en Europa zijn in hoge mate grondstofafhankelijk van derde landen. Europa importeert circa 90 procent van de 54 kritieke materialen, en Nederland circa 64 procent. De circulaire economie is de oplossing om veel efficiënter om te gaan met grondstoffen en substitutie naar duurzaam geproduceerde, hernieuwbare en algemeen beschikbare grondstoffen (Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, 2016).

De cement- en betonindustrie zijn enkele van deze gebieden waar onderzoek wordt verricht. Niet onterecht, wetende dat de cementindustrie grof voor 5-10% verantwoordelijk is van de wereldwijd door menselijke activiteiten uitgestoten hoeveelheid CO2. Met de productie van 1 ton cement gaat een uitstoot van bijna 1 ton CO2 gepaard. De uitstoot kan worden gereduceerd door het te vervangen met minder milieubelastende materialen (Mcleod, 2005).

Eén alternatief bindmiddel is de groep geopolymeren. Geopolymeren zijn aluminosilicaat netwerkstructuren die gevormd worden door een reactie tussen een precursor en een geactiveerde alkalische oplossing (activator). Afvalstoffen zoals vliegas, slakken en gecalcineerde kleien (metakaolien) worden gebruikt als de primaire precursors, die bevatten silica en alumina in amorf vorm. De activator oplossing bevat alkali, silica en water (Davidovits, A la découverte du carbunculus, 1994). Enkele eigenschappen van geopolymeren zijn;

  • Reductie van CO2-uitstoot met 80%.
  • Resistent tegen chemische aanvallen.
  • Thermisch zeer stabiel (1000 °C).
  • Verhard snel zonder de sterkteontwikkeling te beïnvloeden.
  • Leveren veel sterkere eindproducten op in vergelijking met cement.
  • De sterkte kan tot maximaal 100 MPa verschillen in vergelijking met cement.

Het verhardingsproces tussen de basiscomponenten zijn niet vergelijkbaar met de hydratatiereactie van (Portland)cement met water. In plaats van hydratatie is er sprake van polymerisatie waarbij een aluminiumsilicaatnetwerk wordt gevormd. In deze reactie is water alleen nodig voor de verwerkbaarheid en als medium waarin de reactie kan plaatsvinden. De eindproducten vertonen enkele eigenschappen van natuursteen, zoals hardheid, chemische stabiliteit en weerstand tegen erosie. (Subaer, 2004).

Fig. 1: Geopolymerisatie proces . (Subaer, 2004)

 

Fig. 2: Geopolymerenroosters identiek aan natuurstenen (Geopolymer Institute, 2006).

In Nederland is het alternatief bindmiddel op groot schaal toepast bij wegverharding in de gemeente Zeewolde in samenwerking met Cementbouw en SQAPE Technologie. Eerder paste SQAPE Technologie cement in betonnen bermverharding vervangen met geopolymeren. Bij de nieuwbouw van sensorenfabrikant Sensata Technologies in Hengelo is ook gebruikgemaakt van geopolymeren. Het kantoorpand heeft kanaalplaatvloeren gemaakt van geopolymeren. Mede dankzij het gebruik van dit CO2-arme beton behoort het kantoor van Sensata Technologies tot de top drie duurzaamste gebouwen van Nederland. Geopolymeerbeton zou op termijn voor bepaalde toepassingen een alternatief kunnen bieden voor regulier beton met een gunstiger milieuprofiel. Mogelijk zijn er ook toepassingen voor geopolymeerbeton waar regulier beton nu nog niet wordt toegepast (Jelyta, 2016).

De grondstoffen voor de productie van geopolymeren vinden hun oorsprong in de afvalindustrie (vliegas/slakken). Dit vergroot de circulariteit in de betonketen. De afdeling Bouwstoffenmanagement binnen MILON, heeft ook binnen dit werkgebied kunde en is ongetwijfeld in staat bedrijven te consulteren om over te gaan tot het gebruiken of maken van cementloze producten. MILON gelooft dat milieuprestaties verbeterd kunnen worden door klanten goed te adviseren en instrueren. In ieder geval streeft MILON op het gebied van afval (door afval te kunnen recyclen of nuttig toe te passen) verbeteringen na.

Bibliografie

Davidovits, J. (1994). A la découverte du carbunculus. Ediciones Universitad de Salamanca, vol.5, 33-46.

Geopolymer Institute. (2006, 4 5). About geopolymerization. Opgeroepen op 1 17, 2017, van Geopolymer Institute: https://www.geopolymer.org/science/about-geopolymerization/

Jelyta, F. (2016, 10 12). Zeewolde heeft primeur met fietspad van duurzaam beton. Opgehaald van DuurzaamBedrijfsleven : https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/infra/18265/zeewolde-heeft-primeur-met-fietspad-van-duurzaam-beton

Mcleod, R. S. (2005). Ordinary Portland Cement with extraordinary high C02 emissions. What can be done to reduce them? Opgeroepen op 11 23, 2016, van UAE CEMENT: http://www.uaecement.com/articles/ordinary_portland_cement.pdf

Morrow III, W., Hasanbeigi, A., Sathaye, J., & Xu, T. (2013). Assessment of Energy Efficiency Improvement and CO2 Emission Reduction Potentials in India’s Iron and Steel IndustryTORY. Berkeley, CA USA: ERNEST ORLANDO LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY.

Subaer. (2004). Influence of aggregate on the microstructure of geopolymer. Ph. D. thesis, . Dept. of Applied Physics, Curtin University of Technology.

van Jaarsveld, J., van Deventer, J., & Lorenzen, L. (1997). 1997. The potential use of geopolymeric materials to immobilise toxic metals. Part I. Theory and Applications, 10, 659-669.