Vlaanderen
OVAM Toon navigatie menu

SUPERMEX: naar duurzaam cement en beton

vrijdag 15 maart 2019

Met het Frontrunnersproject brengen we boeiende verhalen van innovatieprojecten op het kruispunt van circulaire economie, energie en industrie 4.0 in beeld. We selecteerden ze uit de projecten van de vijf 'speerpuntclusters' in Vlaanderen. Na het afvalscheidingsproject PROFIT, neemt onze journaliste je vandaag mee naar Supermex, ondersteund door SIM.

SIM

Isabelle Vanhoutte

Isabelle trekt op pad

Op het avondnieuws kijk ik naar het verslag over de Oosterweelverbinding. Op 8 februari 2018, ging de eerste spade in de grond voor de aanleg van het nieuwe wegencomplex rond Antwerpen. Op het nieuws worden simulatiebeelden getoond, in grijs en groen. Ik zet het beeld stil en bestudeer de plannen.

Dat groene zones goed zijn voor onze gezondheid, is bekend. Planten zuiveren de lucht en nemen CO2 op, en in de natuur zijn maakt ons gelukkig. Maar die sierlijke grijze bochten, die ongeveer evenveel plaats innemen op de grondplannen, welk effect hebben die eigenlijk op onze gezondheid? En op het milieu?

Waar wordt beton eigenlijk van gemaakt? Waar komt het vandaan? En bestaat er iets als ‘milieuvriendelijk’ beton?

Lukas Arnout“Beton is ‘s werelds meest gebruikte materiaal, na water. En klassiek beton belast het milieu ontzettend,” legt Lukas Arnout uit, doctoraatsstudent Duurzaam Materialenbeheer aan de KU Leuven. “Vandaag bestaat beton - in alle uithoeken van de wereld - uit een gelijkaardige mix van grind, zand, water en cement dat portland­cement­klinker bevat. Maar portland­cement­klinker is een belangrijke bron van CO2-uitstoot.”

“Wij wilden onderzoeken of we een duurzaam alternatief konden maken voor dat portland­cement, opdat de productie van beton niet zo’n impact zou hebben op het milieu. Daarom startten we twee jaar geleden het SUPERMEX-project op.”

De naam staat voor SUPERMEtal EXtractor. “Metaalslakken - de harde afvalresten die overblijven na het smelten van metaal - zijn onze grondstof. Ze zijn chemisch verwant aan portland­cement én door de centrale rol van metaalverwerking in de Belgische economie is het materiaal aanwezig in België.. De metaalslakken die we in het project gebruiken, komen van de zinkproductie bij Nyrstar en van recyclage van onder andere elektronisch schroot bij Umicore.”

Naast Umicore, Nyrstar en de KU Leuven hielpen twee partners het praktische luik van SUPERMEX mee opzetten: betonproducent CRH Structural Concrete Belgium en Resourcefull, een startup die samenwerkingen opzet voor de verwerking van afvalstromen bij industriële productie. Ik ontmoet Lukas Arnout van KU Leuven, Wouter Crijns van Resourcefull en Hans Mostmans, innovatiemanager bij CRH, op de site van betonproducent Ergon in Lier - onderdeel van CRH.

Klopt het dat het beton waar we elke dag in werken, op wandelen en doorheen rijden, een belangrijke impact heeft op het milieu?

“Dat klopt. Van portland­cement - de basis van de meeste betonsoorten - is geweten dat bij de productie per ton cement zo’n ton CO2 uitgestoten wordt,” licht Arnout toe. “De cementproductiesector is dan ook de tweede grootste CO2-vervuiler ter wereld. Vooral het productieproces, een energie-intensief ovenproces, is erg vervuilend. Ongeveer de helft van de CO2-uitstoot komt vrij bij een chemische reactie in de oven, en iets minder dan de helft komt vrij door het verbruik van grote hoeveelheden brandstoffen.”

“Wij waren ervan overtuigd dat het anders kon, duurzamer. De opzet van het SUPERMEX-project was om die portland­cement­klinker te vervangen door een milieuvriendelijk bestanddeel. Maar we zijn verder dan dat gegaan. Uiteindelijk werd ons doel drieledig,” stelt Crijns. “We wilden de milieu-impact van betonconstructies verkleinen, we wilden met lokale grondstoffen werken en we mikten op een lange levensduur.”

“We wilden de milieu-impact van betonconstructies verkleinen, we wilden met lokale grondstoffen werken en we mikten op een lange levensduur.”

“Die drie doelen hebben we bereikt,” zegt Arnout. “We vonden lokale grondstoffen - metaalslakken - en ontwikkelden een product met een aanzienlijk lagere CO2-uitstoot. En ons beton gaat vermoedelijk erg lang mee - tests wijzen toch die richting uit. Bij complexe bouwwerken of agressieve omgevingen zoals rioleringen of kades in de haven, levert een langere levensduur een belangrijke milieu- én economische winst op.”

Jullie schuiven metaalslakken naar voren als oplossing.

“We berekenden dat je, met de hoeveelheid van de geproduceerde metaalslakken in België, één tiende van de huidige cementproductie kan vervangen. Als je weet dat cementproductie verantwoordelijk is voor zo’n tien procent van de Belgische CO2-uitstoot, zou je op die manier de uitstoot met bijna één procent naar beneden kunnen halen - ook de additieven voor cement hebben natuurlijk een voetafdruk die meetelt. Maar de potentiële meerwaarde is enorm,” stelt Crijns.

Recent installeerden jullie een zwarte, betonnen trap op de terreinen hier bij Ergon.

“De trap is het resultaat van een intensieve samenwerking tussen betontechnologen bij CRH, specialisten bij Ergon en metallurgen van de KU Leuven. Dat we werkten met een multidisciplinair team, was denk ik één van de sterktes van het project, waardoor de trap er nu ook écht staat,” zegt Mostmans.

“Die duurzame, ultrahogesterktebetontrap met lage CO2-footprint, is ons pronkstuk,” lacht Arnout. “Hoewel het een eerste test is en de trap technisch niet perfect is - er zitten hier en daar onvolmaaktheden in zoals luchtbellen, en tijdens het uitharden is er meer vocht ontsnapt dan we beoogden - werd het al snel een enorme hit,” vertelt hij. “Gewoon omdat niemand het ons voordeed.”

“Het is immers één ding om in labo’s en op papier te bewijzen dat cement maken met minder CO2 mogelijk is,” zegt Crijns. “Maar die trap als blikvanger bouwen, had bijna een fysiek effect. De reacties die binnenkwamen op de foto’s waren dan ook overweldigend. Heel wat architecten en ontwerpers meldden zich om met het materiaal aan de slag te gaan.”

Dat klinkt als een heldere businesscase. Of liggen er toch addertjes onder het gras?

“We bewezen alvast dat we beton kunnen maken met een beduidend lagere CO2-afdruk. Het is vooral bij de volgende stap, de productie, dat zich enkele grotere problemen stellen,” stelt Crijns.

“In een productieketen heb je een stabiele aanvoer nodig van metaalslakken met dezelfde eigenschappen - samenstelling, reactievermogen, sterkte. Maar de kwaliteit van de metaalslakken die we in dit project gebruikten, zou nog constanter moeten worden om er een productielijn mee uit te bouwen,” zegt Arnout. “Dat brengt natuurlijk fikse investeringen met zich mee, zoals aangepaste hoogovens, of het bijsturen van de huidige productieprocessen zodat metaalproducenten zowel hoogwaardige metalen als goede slakken produceren. Reverse engineering, ontwerpen vanuit de volgende stap, is dan ook cruciaal bij deze aanpassingen.”

“Een andere uitdaging is het afstemmen van additieven op de nieuwe betonsoorten. Additieven zijn hulpstoffen die beton extra kwaliteiten geven - zoals kleurstoffen, luchtbelvormers of vloeiverbeteraars. Vandaag is dat een enorme markt. Maar omdat de bestaande additieven vaak niet compatibel zijn met onze mengsels, is er ook daar nog werk voor de boeg. Zodat het ook mogelijk wordt om ons beton naar wens van aangepaste kwaliteiten te voorzien.”

Vergelijking van historische emissietrends in Vlaanderen met nodige trend om in 2050 een emissiereductie van 80% te bereiken t.o.v. 1990

Conclusie: hoewel de piloottests positief zijn, is de drempel om op te schalen nog best hoog. Waar ligt volgens jullie de sleutel voor een échte koerswijziging?

“Het zou goed zijn als de milieuwinst van duurzame industriële producten ook economisch vertaald zou worden. Misschien kunnen we op dat vlak wel iets leren van Nederland?” werpt Crijns op. “Daar worden sinds kort de ‘schaduwkosten’ bij bouwaanvragen mee in rekening gebracht, de kosten die op termijn gemaakt zullen worden om de impact van de materialen op het milieu ongedaan te maken. Effect is dat je met dat model, ook met duurzame, duurdere materialen competitief kan zijn bij overheidsopdrachten. En dat goedkope materialen met een hogere milieu-impact minder voordelig blijken.”

“Met zo’n impulsen vanuit het beleid, zou het best kunnen dat de markt zich al snel aanpast, want dan wordt het echt economisch interessant om met duurzamer beton te gaan bouwen. Volgens diezelfde redenering geloven we ook dat een breed gedragen, doorgedreven CO2-taks, liefst op Europees niveau, een goede zaak zou zijn. Zodat het kostenplaatje van milieuvriendelijke bouwmaterialen geen drempel meer vormt voor aannemers, architecten of klussers.”

Tot slot: de metaalslakken zijn ‘grondstoffen’ uit onze lokale industrie. Maar kunnen regio’s zonder metaalindustrie ook baat hebben bij het SUPERMEX-project? Het lijkt onzinnig om metaalslakken te exporteren naar verre landen.

“Vandaag is portland­cement alomtegenwoordig. Maar als je de chemische opbouw van cement begrijpt, zijn er heel wat andere alkalische grondstoffen geschikt om cement mee te maken. Zo maakte een student van de KU Leuven recent in Tanzania een cementtype dat bestond uit kaolienklei, vermalen kippenmest en verbrande maïs,” legt Arnout uit. “Wij hebben in onze labo’s al testen gedaan met assen van eik en bankirai. Er is ontzettend veel mogelijk.”

Wetenschap, industrie en overheid werken samen

KU Leuven en VITO, betonproducenten Marlux en Prefaco (beide CRH) en metaalproducenten Nyrstar en Umicore zijn de motor van het SUPERMEX-project. Ze worden ondersteund door SIM, de Vlaamse speerpuntcluster Materialen.

“In onze ideale wereld heeft elke regio, afhankelijk van de beschikbare grondstoffen, een eigen cementvorm. Om de juiste mix van grondstoffen te vinden, ga je in de eerste plaats op zoek naar een lokale win-winsituatie,” legt Crijns uit.

“Het multidisciplinaire denken dat we bij de trap toepasten, geldt misschien wel voor het hele productieproces. Om bestaande nevenstromen succesvol met elkaar te matchen, hebben we ondernemende wetenschappers nodig, mensen die kansen zien buiten de hokjes,” voegt Mostmans toe.

“Dan komt er misschien wat meer ingenieurswerk en creativiteit aan te pas, maar het is dé manier om duurzame huizen, wegen en bruggen te bouwen met lokale grondstoffen,” stelt Arnout. “Zeg nu zelf, dat is toch een mooie uitdaging.”

De slakken uit onze metaalindustrie, die vandaag vooral terechtkomen in asfalt of als grind, dragen de belofte in zich van een nieuw, circulair hoofdstuk in de cementproductie. Door metaalslakken slim te gebruiken, kunnen we de voetafdruk van onze bouwwerven, metrokokers, riolen en bruggen beduidend verkleinen. En omdat beton het tweede meest gebruikte materiaal ter wereld is, is de impact ervan bijna niet te bevatten. 

De nieuwe Oosterweeltunnel die eraan komt, die gaan we toch in donker beton bouwen?

Karel Van AckerExpertencommentaar

Karel Van Acker

Hoogleraar Faculteit Ingenieurswetenschappen,
coördinator van het Materials Research Centre, KU Leuven

“Over de jaren heen heeft Vlaanderen een enorme voorraad metaalslakken opgebouwd, afval uit de metaalindustrie. Dat proberen we nu zo goed mogelijk te valoriseren door een puzzel te leggen - ook op Europees niveau - van alle routes waarmee we waarde kunnen halen uit de metaalslakken, om er een volwaardige grondstof van te maken. Metaalslakken kan je immers via thermische behandelingen hergebruiken, maar ook via chemische, of zelfs biologische routes. Vandaag moeten er nog heel wat stukken van de puzzel in kaart worden gebracht en verder worden ontwikkeld. Dat doen we best door op grote schaal samen te werken en te investeren in onderzoek en ontwikkeling. 
Wat de zaken wel wat bemoeilijkt is de stortpermissie die veel metallurgische bedrijven op dit moment op zak hebben, en die pas binnen enkele jaren afloopt. Daardoor ontbreekt de nodige incentive om het roer om te gooien en met de nevenstromen aan de slag te gaan. Anderzijds weten we dat heel wat bedrijven zich voorbereiden op het moment dat de huidige stortplaatsen vol zijn.

Het is zo dat in de sector het besef groeide dat materialen een impact hebben. En dat je, om de uitstoot van bouwmaterialen in kaart te brengen, rekening moet houden met de hele levenscyclus van het materiaal, inclusief productiefase en afvalfase. Het gebouw met de kleinste voetafdruk blijft natuurlijk het gebouw dat nooit gebouwd wordt. Een deel van de verduurzaming van de bouwsector is dan ook preventie: anders gaan bouwen, anders gaan renoveren.
Dat er een mentaliteitsverandering is, is op zich al een ontzettend positieve evolutie. Maar voor die zich in cijfers laat vertalen, moet er nog heel wat gebeuren. Goede, eenentwintigste-eeuwse normen voor bouwmaterialen. Daarnaast moet het vertrouwen nog groeien dat de nieuwe, duurzame(re) materialen ook veilig zijn. Want de bouwwerven liggen niet stil en vandaag worden vervuilende materialen nog steeds massaal gebruikt.

Om tot een doorbraak te komen, zou de overheid voor mij gerust het voortouw mogen nemen en een voorbeeldrol spelen. Want wanneer de overheid voluit gaat voor duurzame materialen, dan krijg je de bevolking mee, daar ben ik van overtuigd.”

Frontrunners

Download de publicatie

Met het Frontrunnersproject brengen we boeiende verhalen van innovatieprojecten op het kruispunt van circulaire economie, energie en industrie 4.0 in beeld. We selecteerden ze uit de projecten van de vijf 'speerpuntclusters' in Vlaanderen.

DOWNLOADEN >

BESTEL GEDRUKTE EXEMPLAREN >

Share article

CATEGORIEEN

Frontrunners