blik op de toekomst

Op zoek naar het beste recept voor circulair beton

9 december 2021 • 5 min leestijd

De productie van beton is verantwoordelijk voor 5 tot 8 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Samen met de bouwwereld is TNO naarstig op zoek naar oplossingen voor dit probleem. Er gebeurt momenteel zoveel dat we twee artikelen aan dit onderwerp zullen wijden. In deel 1: de zoektocht naar het beste recept voor circulair beton.

Bezoek ons op het Beton Event op 14 juni

Daar zullen wij een nieuwe aanpak presenteren in de transitie naar duurzamer beton

Inschrijven

Beton als bouwmateriaal

Iets te bouwen? Grote kans dat er beton aan te pas komt. Beton bestaat al een paar duizend jaar. Zo waren de Romeinen al in staat om met een mix van kalk, vulkaanzand en water een verrassend sterke en duurzame betonsoort te maken. Zij gebruikten dat beton vervolgens voor kademuren, bruggen en aquaducten.

Nu, anno 2021, is een wereld zonder beton bijna ondenkbaar. En dat komt ook door de uitvinding van gewapend beton, halverwege de negentiende eeuw, waardoor betonconstructies veel zwaardere lasten kunnen dragen. Momenteel is beton wereldwijd het meest gebruikte bouwmateriaal. Daarbij is het ook nog eens een relatief goedkoop materiaal. Je hebt er immers alleen zand, grind, cement en water voor nodig.

“Cement is verantwoordelijk voor maar liefst 90% van de totale CO₂-uitstoot van beton”

Veel CO₂-uitstoot

Zoals gezegd is de productie van beton verantwoordelijk voor 5 tot 8 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Dat is veel meer dan wat het vliegverkeer uitstoot. De grootste uitdaging voor de verduurzaming van beton vormt het cement. Voor de productie van cement zijn er namelijk zeer hoge temperaturen nodig, tot wel 1450 graden, waarbij er bij de omzetting van kalksteen veel CO₂ vrijkomt. Cement is dan ook verantwoordelijk voor maar liefst 90 procent van de totale CO₂-uitstoot van beton.

Betonschaamte

Voor beton gelden er strenge eisen. En binnen de betonbranche was de veranderbereidheid lange tijd niet bepaald hoog. Maar inmiddels is ook in die wereld het besef doorgedrongen dat het echt anders moet. Zo zorgde Dorien Staal in 2019 voor de nodige opschudding toen ze tijdens de Betondag de term ‘betonschaamte’ introduceerde.

Daarbij sprak ze niet alleen als algemeen directeur van Voorbij Prefab – een prefab-betonfabriek in Amsterdam – maar ook als nieuwe voorzitter van de Betonvereniging. Zij riep de Nederlandse betonsector op om samen op zoek te gaan naar manieren om de CO2-uitstoot van beton zo snel mogelijk te verlagen.

Tot 44 procent CO2-reductie

Het bleef niet alleen bij woorden. Een jaar later maakte Staal bekend dat haar bedrijf samen met ingenieursbureau ABT tot een nieuw betonmengsel was gekomen waarin een combinatie wordt toegepast van traditioneel cement en geopolymeer-activatie. Door die nieuwe aanpak kan er bij de productie van betonnen prefab-elementen voor woningen al een CO2-reductie tot 44 procent worden behaald.

Open source

“Naast cement gebruiken we in ons nieuwe betonmengsel ook hoogovenslakken als ingrediënt voor het bindmiddel. Dat doen we natuurlijk al veel langer in Nederland, maar wij passen zeer veel hoogovenslakken toe en een minimaal benodigde hoeveelheid cement. De hoogovenslakken krijgen we aan de gang door alkalische activatie. Punt is alleen dat er in de (nabije) toekomst onvoldoende hoogovenslakken zullen zijn om deze verduurzaming op zeer grote schaal door te voeren”, weet Staal.

"Om onze nieuwe betonproductiemethode op te kunnen schalen, moeten we op zoek naar alternatieve materialen."

“En als Tata Steel straks overgaat op een productiemethode op basis van waterstof heeft dat ook meteen gevolgen voor de beschikbaarheid van hoogovenslakken. Om onze nieuwe betonproductiemethode op te kunnen schalen, moeten we dus op zoek naar alternatieve materialen. Daar hebben we inmiddels ook een consortium voor opgericht, waarin we nauw samenwerken met TNO, BTE, VBI en 2 ‘R’ Recycling. Daarbij geldt dat de deelnemers bereid moeten zijn om hun kennis op het vlak van betontechnologie te delen. Dat doen wij ook. Alles wat we op het vlak van duurzaam beton doen, is open source. En dat moet ook. Want als we als betonsector op dit vlak niet op een open manier met elkaar samenwerken, wordt het wel heel lastig om de klimaatdoelstellingen te halen.”

Mogelijke kandidaten om de hoogovenslakken in het duurzamere beton te vervangen? Dat zou gecalcineerde klei kunnen zijn, waar verschillende kleisoorten voor gebruikt kunnen worden. Daarnaast komt ook vulkanisch materiaal in aanmerking: een grondstof die de Romeinen dus ook al gebruikten voor hun beton. Maar in deze 21e eeuw zou dat materiaal dan ingezet worden voor een grotendeels geautomatiseerde productie van duurzaam beton dat aan alle eisen van onze tijd voldoet.

Laboratoriumexperimenten

Kijken we wat verder vooruit, dan doemt het volgende probleem op: zolang cement het enige bindmiddel is in beton, is het voor de betonwereld onmogelijk om in 2050 tot de gewenste neutrale CO2-uitstoot te komen. Dat betekent dat er toch echt nog een cementarme of cementloze betonsoort moet worden ontwikkeld. Momenteel zijn al veel partijen op zoek naar het juiste recept.

Zo ook TNO. Naast het uitvoeren van laboratoriumexperimenten met cementvrij beton, probeert TNO zo nauwkeurig mogelijk in kaart te brengen wat de duurzaamheidsimpact van die nieuwe betonsoorten zijn. “Dat is vaak best lastig”, weet Elisabeth Keijzer, onderzoeker duurzaam bouwen & infrastructuur.

“Want om de CO₂-uitstoot goed in beeld te kunnen brengen, moet je niet alleen de productiemethodes en gebruikte materialen in de berekeningen meenemen, maar ook de verwachte levensduur en de recyclingmogelijkheden. En dat terwijl je alleen maar kunt gissen hoe mensen over 50 of 100 jaar het beton zullen hergebruiken. We proberen te voorkomen dat we ons rijk rekenen op basis van aannames over iets wat pas ver in de toekomst zal plaatsvinden.”

Beton van afvalmateriaal

Veelbelovend is het onderzoek naar cementvrij beton op basis van alternatieve bindmiddelen, zoals geopolymeren. Die geopolymeren kun je uit minerale afvalstromen halen. En bij de productie van deze nieuwe bindmiddelsoort voor beton zijn minder hoge temperaturen nodig. 

“Een zeer positieve ontwikkeling”, bevestigt Agnieszka Bigaj-van Vliet. Zij is binnen TNO de expert op het vlak van circulaire betonconstructies. Ze juicht het toe dat er na jarenlang onderzoek naar nieuwe bindmiddelen nu toch eindelijk een nieuwe generatie betonsoorten zit aan te komen.

“Maar we willen niet per betonsoort nieuwe ontwerpregels opstellen. Dan maak je het onnodig ingewikkeld. Vandaar dat we nu flexibele ontwerpmodellen voor betonconstructies ontwikkelen, waarbij er ook meteen duidelijkheid is over de draagkracht en de levensduur van de met verschillende nieuwe betonsoorten uitgevoerde constructies. Daarbij hanteren we bij de ontwerpmethodiek voor circulaire betonconstructies dezelfde veiligheidsfilosofie als bij de huidige ontwerpregels voor constructies met traditionele betonsoorten.”

“Een betonconstructie die je vandaag plaatst, kan tot wel honderd jaar meegaan. Ondertussen speelt het CO₂-probleem in het hier en nu”

De grote uitdaging nu

“Maar ho!”, zegt Siska Valcke, die zich als TNO-onderzoeker al meer dan tien jaar bezighoudt met de technische ontwikkelingen op het vlak van circulair beton. “Dat er duurzamere betonsoorten worden ontwikkeld is natuurlijk mooi, maar daarmee ben je vooral bezig met de toekomst. Een betonconstructie die je vandaag de dag plaatst, kan namelijk tot wel honderd jaar meegaan. Ondertussen speelt het CO₂-probleem in het hier en nu"

"Vandaar ook dat we de bouwwereld adviseren om de huidige betonconstructies pas te slopen als ze echt aan het eind van hun levensduur zijn. Voldoet een gebouw, brug of ander infrastructureel kunstwerk niet meer aan de eisen van de tijd, maar is de betonconstructie nog prima? Dan raden we aan om die constructie, of onderdelen daarvan, als basis voor een nieuw bouwwerk te gebruiken.”

Op het vlak van hergebruik is er momenteel al veel mogelijk. Zoveel dat we daar een extra artikel aan zullen wijden. Wordt vervolgd dus!

Meer weten over circulair en duurzamer beton?

Wil je na het lezen van dit artikel meer weten over circulair en duurzamer beton? Bezoek ons dan op het Beton Event op 14 juni. Daar zullen wij een nieuwe aanpak presenteren in de transitie naar duurzamer beton.

Bezoek ons op het Beton Event op 14 juni.

Daar zullen wij een nieuwe aanpak presenteren in de transitie naar duurzamer beton

Beton Event 2022
blik op de toekomst

Een tweede leven voor bestaand beton

16 dec '21 - 2 min
De productie van beton is verantwoordelijk voor 5 tot 8 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Samen met de bouwwereld is TNO op zoek naar oplossingen voor dit... Lees meer