De brug als ideaal testobject voor biocomposiet materialen

Als we de essentie van duurzaamheid ontleden dan ligt haar kern bij het realiseren van cyclische processen. Of het nu gaat om herwinbare energie, om herbruikbare materialen of het benutten van afval voor nieuwe toepassingen, het sluiten van kringlopen staat steeds centraal. Voor de mensheid zijn gesloten kringlopen niet nieuw. Tot eind achttiende eeuw waren alle samenlevingen altijd georganiseerd volgens circulaire processen.  Met de industriële revolutie verdween deze vanzelfsprekendheid, naar wij nu weten, met vaak fatale consequenties. De mensheid moet de lineaire  standaards uit het industriële tijdperk weer omzetten naar circulaire processen. Eenvoudig is dit niet, maar wel noodzakelijk willen wij de aarde niet leegplunderen.

Voor het herontdekken van cyclische materiaaltoepassingen kunnen wij verrassend veel leren van het pre-industriële tijdperk. Door eeuwenlange tradities is er een verfijnde kennis ontwikkeld om materialen als hout, riet en gras(vezels) zo effectief mogelijk toe te passen. Deze traditionele principes zijn deels in onmin geraakt maar vormen nog steeds de grondslag voor de huidige bewerkingstechnieken van deze materialen. Maar om onze huidige materiaalgebruik honderd procent herwinbaar te maken kunnen wij niet alleen terugvallen op de traditionele oplossingen, er moeten nieuwe methoden  gevonden worden om al onze gebouwen te realiseren met biobased materialen.  

De brug als ultieme proeve van bekwaamheid

In Nederland wordt op veel plaatsen onderzoek gedaan naar nieuwe toepassingen van biologische materialen. De meeste onderzoeken richten zich op het ontwikkelen van biocomposieten, samengetelde biologische materialen met uitstekende eigenschappen voor onder meer sterkte, klimaatresistentie, isolatie en brandwerendheid. De brug blijkt daarbij het ultieme project te zijn om de mogelijkheden van de biocomposieten te tonen. Op diverse plaatsen in Nederland wordt geëxperimenteerd met volledig uit biocomposiet gebouwde bruggen.

Joris Smits en Rafail Gkaidatzis van de TU Delft hebben in 2014 een interessante brug ontworpen voor Schiphol.  Zij onderkenden met dit project dat een nieuw materiaal ook een nieuwe vormgeving met zich meebrengt. De geschiedenis leert dat bij de  introductie van een nieuw materiaal eerst wordt voortgeborduurd op het karakter van een bestaand materiaal. Smits en Gkaidatzis slaan deze imitatiestap over en zoeken direct een passende vormgeving. De brug bestaat uit een vloeiend oppervlak waar brugdek en leuning naadloos in elkaar overgaan.  De leuningen vormen hier de overspanningsbogen. De gekozen oplossing benadert de ideale krachtenlijnen waardoor het materiaalgebruik geoptimaliseerd kan worden.

Deze brug is nooit gerealiseerd maar na deze brug hebben Smits en Gkaidatzis meegewerkt aan een tweede biocomposiet brug voor Schiphol[1].  Deze brug wordt na verwachting in het voorjaar van 2017 geplaatst, maar zij heeft niets van de slimme vormgeving van de eerste brug. De vijftien meter lange brug bestaat uit een licht gekromd dek met aan weerzijden traditionele metalen balustraden[2]. Net als bij de eerste brug bestaat de kern uit balsahout, met daar omheen een met vezels versterkte hars. De vezels zijn van basalt en de  bio-polyesterhars is voor circa 25% van biologische oorsprong. ‘Beter is nog niet mogelijk voor een brug met een levensduur van honderd jaar’ zegt Martijn Veltkamp van Fibercore. ‘Echte biobased vezels zijn nog niet geschikt voor constructies met een dergelijke levensduur.’

De eerste gerealiseerde biocomposiet bruggen

Tegelijkertijd met de ontwikkelingen in Delft en Schiphol wordt er ook in Eindhoven gewerkt aan een biocomposiet brug.  Met enige trots presenteerde het team[3] op 27 oktober 2016 de eerste gerealiseerde bio-composiet brug in de wereld[4]. De overspanning van deze brug over de Dommel bedraagt 14 meter. De dwarsdoorsnede toont een driehoekig brugsegment met aan beide zijden een getande brugbaluster. In aanzicht verbeeld de baluster een rij grashalmen, waardoor de brug op een natuurlijke wijze in het parkachtige landschap past.

De kern van het brugdeel bestaat uit biologisch PLA schuim (PolyLacticAcid ofwel polymelkzuur) en kurk, twee biobased materialen. Rondom dit schuim worden  lokaal geteelde hennep- en vlasvezels gedrapeerd die vacuüm worden volgezogen met een biobased epoxyhars. Het hars is het lastigste onderdeel om volledige biocomposiet materialen te realiseren. ‘Misschien is het onder laboratorium omstandigheden mogelijk een 100% biologische hars te maken, maar voor een brug die aan alle eisen moet voldoen is het nog niet haalbaar. Ik schat dat de hars die wij gebruiken 65% biologisch is.’ zegt projectleider Rijk Blok van TU/e.

De brug ligt er voor één jaar en wordt gedurende die tijd intensief getest. 28 sensoren moeten alle gegevens over sterkte, vervorming, kruip en materiaaldegradatie bijhouden. ‘Daarna gaan we voor een permanente biocomposiet brug’ zegt Blok overtuigd. ‘De gemeente Eindhoven heeft al een plek waar deze kan komen.’ 

Een samenleving met biocomposieten

Nu onze samenleving met een grote urgentie naar cyclische materialen zoekt, kan een innovatieve biobased industrie een geweldige stimulans zijn voor de Nederlandse economie. Ook de Nederlandse landbouw profiteert er van. De grondstoffen voor de biocomposieten komen immers voor een groot deel uit de landbouw. Het zou een optimale combinatie zijn als het plantenafval van de gewassen benut kan worden voor de productie van biomaterialen. Dubbele opbrengst voor de boeren en er bestaat geen gevaar van verdringing van de voedselvoorziening door materiaalproductie.  Dat de brug door zoveel onderzoeksgroepen als testobject wordt gebruikt geeft een Hollandse signatuur aan al deze zoektocht.

 Noten:

1. Bij de ontwikkeling van deze brug waren Fibercore, TUDelft en Royal HaskoningDHV  betrokken.  De realisatie werd gesponsord door Airex, en Mafic.

2. Voor de vormgeving is een standaard brug van Fibercore als basis gebruikt. Smits en Gkaidatzis van de TU Delft hebben bij deze brug alleen geadviseerd bij de materiaalsamenstelling.

3. Het team bestaat uit: TU/e (projectleider), TU Delft, composietbedrijf NPSP en het Center of Expertise Biobased Economy, een samenwerkingsverband tussen Avans Hogeschool en HZ University of Applied Sciences en een tiental bedrijven.

4. Al eerder is in Emmen op het Wildlandpark een bio-composiet brug  gerealiseerd. Dit project is een samenwerking tussen de Hogescholen Stenden en Windesheim, aangevuld met enkele bedrijven. Omdat deze brug beweegbaar moet zijn, zijn niet alle componenten biobased. Bovendien is het toegepaste schuim niet volledig biobased.