Beter beton

Van de VS en Europa tot en met China en India, verspreid over de hele wereld, wordt er massaal met beton gebouwd. Jaarlijks wordt er maar liefst twintig miljard ton beton geproduceerd. Wat ook niet zo verwonderlijk is, vindt Ernst Worrell, hoogleraar Energie, Materialen & Technologische veranderingen aan de Universiteit Utrecht. “Kalksteen, de steensoort waar beton van wordt gemaakt, is zo’n beetje op alle plekken op aarde te vinden. Daarnaast heeft beton een lange levensduur, is het goedkoop en sterk. Bovendien kun je het in alle mogelijke vormen gieten. Wat heel handig kan zijn, voor de bouw van bruggen bijvoorbeeld.”

Helaas heeft beton ook een aantal minder prettige eigenschappen. Zo is beton verantwoordelijk voor minstens 5 procent van de CO₂-emissie wereldwijd. Dat komt vooral door het cement, dat 20 procent van beton uitmaakt en als bindmiddel wordt toegevoegd om de overige bestanddelen grind, zand en water aan elkaar te ‘lijmen’.

Worrell: “Je kunt zeggen dat een ton cement zo’n beetje gelijk staat aan een ton CO₂-emissie. Dat betekent 4,5 miljard ton aan CO₂-uitstoot per jaar. Dat heeft te maken met het chemische proces dat nodig is voor het ontleden van kalksteen om het halffabricaat klinker 1 te verkrijgen. Daarvoor moet een oven verhit worden tot 1.600 graden en dat kost veel energie, die vooralsnog afkomstig is van fossiele brandstoffen. Om het in energietermen uit te drukken: voor het maken van een ton cement heb je drie gigajoule aan brandstof nodig, oftewel een kleine 1.000 kWh elektriciteit. Als je dan uitrekent dat er per persoon ongeveer een kubieke meter beton per jaar gemaakt wordt dan betekent dat we in Nederland, met 17 miljoen inwoners zo’n 124 miljoen gigajoule op jaarbasis aan beton verstoken. Dat staat zo’n beetje gelijk aan een derde van het totale gasverbruik voor huishoudens. En daar komt transport nog bovenop.”

Toch zijn er volgens Worrell wel degelijk manieren denkbaar om de CO₂-footprint en het energieverbruik van beton te reduceren. “Zo staat één van de cementfabrieken in Nederland naast Tata Steel, voorheen Koninklijke Hoogovens, in IJmuiden. Hier wordt de energie-intensieve klinker vervangen door hoogovenslakken, een afvalproduct uit de ijzerproductie in de hoogovens. Op die manier hergebruik je niet alleen een afvalproduct, maar kun je daarnaast flink op transport besparen. Maar het belangrijkste is natuurlijk het terugdringen van  de energie en de emissies die gepaard gaan met het maken van klinker. Tenslotte kun je de benodigde elektriciteit voor het malen van cement ook uit duurzame bronnen halen, zoals wind. Wat bijvoorbeeld in Californië al gebeurt.”

Daarnaast zijn er ook allerlei innovatieve technologieën in ontwikkeling, al denkt Worrell dat een toepassing op grote schaal van CO₂-vriendelijke opties voor de betonproductie nog wel even op zich zal laten wachten.

“Zo kan toevoeging van geopolymeren, als vervanger van cement helpen om het energieverbruik binnen de perken te houden. Het is een alternatief waarbij, in tegenstelling tot cement, geen CO₂ vrijkomt. Maar het is ook nog relatief duur.”

Maar dit zogenaamd ‘CO₂-arm beton’ vraagt om aanpassingen in de bouwketen. “Het nadeel van  hoogovencement, waarin in plaats van klinker dus gemalen hoogovenslak in cement wordt bijgemengd, is dat het langzamer harder wordt. Daar moet het hele bouwproces aan worden aangepast.”

Dit laatste geldt ook voor ‘slow concrete’, wat in Worrels ogen in wezen niets anders is dan beton dat langzaam wordt uitgehard, waardoor je op CO₂ bespaart. “In tegenstelling tot het portlandcement, dat snel uithardt. Wat een hoop tijd en kosten voor de bouw scheelt, maar voor het milieu weer een stuk minder prettig is.”

Het 3D-printen van beton, waarbij een digitaal ontwerp in beton wordt geprint, biedt de ontwerper weliswaar veel vrijheid, maar is volgens Worrel niet per se veel beter voor het milieu. “Betonafval in de bouw kan ook nu al hergebruikt worden. In milieutechnisch opzicht wordt 3D-printen van beton pas interessant in combinatie met de toepassing van prefab elementen. Die kun je optimaal ontwerpen, waardoor je op beton kunt besparen. Grootschalige toepassing laat echter nog op zich wachten.”

Een interessante nieuwe ontwikkeling noemt Worrel de vervanging van water door CO₂ bij het maken van beton. “Hierbij wordt een deel van de CO₂ die vrijkomt bij de productie weer opgenomen in het beton, waardoor het in feite weer kalksteen wordt, maar nu in de juiste vorm gegoten. Dit proces wordt momenteel ontwikkeld door een Amerikaanse start-up in samenwerking met één van de grootste cementfabrikanten ter wereld. Maar het is dus nog even afwachten of het alle beloftes kan waarmaken.”

Sloopbeton werd in Nederland aanvankelijk voornamelijk gebruikt als opvulmateriaal voor de wegenbouw. Doodzonde, vond Michel Baars, eigenaar van New Horizon Urban Mining. Opgeleid in zowel milieutechniek als -beleid, gevolgd door een studie bedrijfskunde, werkte Michel Baars achttien jaar bij een groot ingenieursbureau. Na het lezen van een boek over het cradle-to-cradle-principe (een ontwerpfilosofie waarbij alle grondstoffen en materialen volledig hergebruikt moeten kunnen worden zonder dat ze hun waarde verliezen, red) dacht hij: dat is waar wij naartoe moeten.

Alle in sloopafval aanwezige materialen moesten een tweede leven kunnen krijgen. Wel moest Baars voor zijn ideeën ook de bouwwereld, die als aartsconservatief te boek staat, in beweging zien te krijgen. Baars: “Maar ik ben er niet op uit om mensen te overtuigen. Ik wil ze met circulair beton gewoon een alternatief bieden dat net zo goedkoop is als gewoon beton, en waarbij ze geen onnodig tijdverlies lijden door het beton langer te laten uitharden. Als ik ze die garantie kan bieden, waarom zouden ze dan geen ‘ja’ zeggen?”

“Ik geloof in voortschrijdende inzichten. Door allerlei innovatieve dingen te bedenken en die vervolgens te toetsen aan de praktijk, word je weer op nieuwe ideeën gebracht.” Zo heeft New Horizon naast circulair cement oftewel freement inmiddels ook circulaire bitumen 2 dakbanen oftewel citumen in haar assortiment, die onlangs op de Dutch Design Week werden gepresenteerd. Daar bovenop heeft Baars nog een veertigtal innovatieve ideeën op stapel staan, zoals hergebruik van stroomkabels.

Voor het maken van circulair beton vond Baars een partner in crime in het beton- en wegenbouwbedrijf Rutte Groep en in de persoon van Koos Schenk, bedenker van een bijzondere, gepatenteerde techniek waarmee cement uit oud beton kan worden ‘bevrijd’. Hoe? Baars: “Je moet het zien als de kaken van een herkauwende koe, waarbij langs elkaar heen draaiende assen over elkaar wrijven, zodat uiteindelijk de fijnste korrels cement  naar boven worden geblazen, waarna ze worden afgezogen.”

Dankzij deze smart liberator wordt door Baars’ bedrijf momenteel 150.000 ton per jaar aan betonafval verwerkt . Het komende jaar komen er zes nieuwe installaties bij. Het idee is om daarna, met de samenwerkende bedrijven, ook de internationale markt te gaan veroveren. Want hoewel hij naar eigen zeggen geen missiedrang heeft, denkt Baars wel groot: “Ik denk dat wij met behulp van duurzame alternatieven de productie van cement, het meest problematische, vervuilende bestanddeel van beton, uiteindelijk grotendeels overbodig kunnen maken. Door het gebruik van standaard prefab-elementen, die je als een soort legosteentjes uit elkaar haalt om ze ergens anders weer in elkaar te zetten, gaat beton bovendien nog langer mee voordat het verwerkt moet worden.”