AshCycle presenteert eerste resultaten
Circulaire straatstenen van verbrandingsassen en metaalslakken In een circulaire maatschappij wordt afval primaire grondstoffen omgezet. Dit gedachtegoed concretiseren, is echter niet altijd voor de hand liggend. Niettemin zien heel wat bedrijven en kennisinstellingen deze uitdaging als een motivator om innovatief uit de hoek te komen. Een mooi voorbeeld is het Europese onderzoeksproject ‘AshCycle’ dat assen uit het verbrandingsproces van afval wil transformeren naar bouwmineralen. Begin oktober stelde het consortium bij partner Veolia al een eerste bruikbare toepassing voor: twee types straatstenen die met dergelijke assen in combinatie van metaalslakken worden gemaakt.
Het is algemeen geweten dat de ecologische voetafdruk van de bouw erg hoog ligt. “Nog steeds wordt 30 à 40 % van de primaire grondstoffen door deze sector gebruikt”, vertelt Prof. dr. ir. Stijn Matthys van Universiteit Gent - DuraBUILDmaterials. “Binnen onze vakgroep en de kenniscluster doen we al vele jaren onderzoek naar de vergroening van bouwproducten. Hierbij leggen we de focus op beton omdat dit wereldwijd een van de populairste bouwmaterialen is. Elke duurzame stap vooruit impliceert dus meteen een significant ecologisch verschil. De materie vergt echter een bundeling van krachten tussen kenniscentra, universiteiten en bedrijven, en dit over de landsgrenzen heen. Ook is het noodzakelijk om pistes te onderzoeken waar niemand aan denkt of die iedereen als ‘onmogelijk’ beschouwt. Vanuit dit perspectief is enkele jaren geleden het idee van het Europese onderzoeksproject AshCycle ontstaan.”
Assen valoriseren = win/win
De initiatiefnemers onderzochten inderdaad meerdere zogenaamde onmogelijke pistes en kwamen tot de conclusie dat de verbrandingsassen van afvalverbrandingsovens wel eens een interessante grondstof voor de bouw zouden kunnen zijn. “Hoewel we in België koplopers zijn op het vlak van sorteren en recycleren, wordt jaarlijks toch nog zo’n 3,5 miljoen ton afval (bron statbel 2023 – nvdr) verbrand,” vertelt Karen De Boeck, value chain manager bij Veolia. “Weliswaar wordt dit proces intussen gevaloriseerd om energie te produceren. Toch blijft er een belangrijke reststroom over: honderd kilogram afval verbranden, resulteert in ongeveer 20 kg verbrandingsassen. Deze worden weliswaar al gedeeltelijk grondstof voor de fundering van wegenwerken gebruikt. Niettemin moet nog een aanzienlijke hoeveelheid naar een stortplaats worden afgevoerd. Ecologisch is dit niet meteen de beste oplossing, waardoor ook het prijskaartje alsmaar toeneemt. Vandaar dat we geen moment hebben geaarzeld om in ‘AshCycle’ te stappen. Als dit project zou slagen, konden we onze verbrandingsassen immers opwaarderen naar een primaire grondstof, wat een win/win voor ons, de bouwsector én de maatschappij in het algemeen zou betekenen.”
Regionaal werken als uitgangspunt
De bedoeling van ‘AshCycle’ was tweeledig: de verbrandingsresten opwaarderen tot een primaire grondstof én de CO2-voetafdruk van de bouwsector verlagen door een deel van het portlandcement (dat vanwege de veelvuldige toepassing een hoge CO2-voetafdruk heeft) door een andere grondstof te vervangen. “Als we dit op grote schaal in heel Europa kunnen realiseren, zal de jaarlijkse CO2-uitstoot tot 20 miljoen ton per jaar afnemen,” verduidelijkt Stijn Matthys. “En het ziet ernaar uit dat we deze ambitie zullen waarmaken. Na drie jaar onderzoek kunnen we immers met trots verschillende toepassingen demonstreren. Dit gebeurt op lokaal vlak, gewoonweg omdat de samenstelling van de assen per regio aanzienlijk kan variëren. Alles is namelijk afhankelijk van het soort afval dat wordt verbrand. Ook dit is circulariteit: lokale reststromen opwaarderen naar grondstoffen voor producten waarnaar in dat gebied vraag is. Zo hebben we onder meer in Finland al betonnen stapelblokken voor keerwanden gedemonstreerd, in Kroatië is er een plein aangelegd met een straatsteen op basis van portlandcomposietcement waarin assen zijn vermengd, en in Denemarken vond een proefproductie plaats van tienduizend snelbouw bakstenen waarbij assen aan klei werden toegevoegd. In België werken we op drie pistes: SCM, alkali-geactiveerd beton en CO2-uithardend beton. In de demonstratoren komen enkel de twee laatste toepassingen aan bod. Enerzijds vertalen we dit in straatstenen en anderzijds ook in gevelpanelen met een soort van alkali-geactiveerd beton – weliswaar met een ander mengsel dat de alkali-geactiveerde straatstenen die we bij Veolia hebben voorgesteld. Bij deze beogen we vooral het gebruik van assen als cementvervanger (CSM) van een deel van het portlandcement of mikken we op alternatieve betontechnologieën die cementvrij zijn.”
Van as tot straatsteen
Het project met de panelen wordt binnenkort afgerond, dat met de straatstenen is intussen klaar voor demonstratie. “Deze producten zijn het resultaat van een samenwerking tussen UGent, ResourceFull, Orbix, Veolia en SECO,” vertelt Karen De Boeck. “Alles begint met de assen die we op onze site in Grimbergen breken, reinigen en zeven. Meer dan 90% is een minerale restfractie. De grootste ‘verontreiniging’ bestaat uit metalen die we eruit sorteren en ook als recyclaat aanbieden. De assen zelf worden in grove, middelgrote en kleine fracties gescheiden. Deze worden vervolgens door de onderzoekers van UGent beoordeeld op kwaliteit en reactiviteit, en dit zowel op materiaal- als bouwproductniveau.” Stijn Matthys vervolgt: “In onze laboratoria analyseren we betonmengelingen met assen op sterkte, duurzaamheid en milieuveiligheid. Bedoeling is vooral na te gaan of ze voor eindtoepassingen – zoals straatstenen – zijn geschikt. Ook SECO wordt in dit proces betrokken. Alle goedgekeurde en vermalen assen worden dan door ResourceFull en Orbix met metaalslakken gemengd. Kortom: de straatstenen worden uitsluitend gemaakt van reststromen. Er is ook een zandfractie nodig, maar ook op dat vlak komen reststromen in aanmerking.”
Bijna identieke processen
Orbix ontwikkelde samen met UGent een straatsteen die met CO2 wordt uitgehard. “Deze methode is relatief vernieuwend en biedt het voordeel dat het product niet alleen circulair is, maar ook CO2-neutraal,” verduidelijkt Stijn Matthys. “Het bindermengsel bestaat in massapercentage uit ongeveer 20% assen en 80% metaalslakken afkomstig uit de productie van roestvaststaal, gecombineerd met zand en wat water. De metaalslakken zijn nodig om de gewenste sterkte te bekomen. Orbix heeft het proces gepatenteerd en gecommercialiseerd. Intussen zijn er al twee Belgische fabrikanten die het toepassen, weliswaar met 100% metaalslakken. Een tweede steen werd samen met ResourceFull ontwikkeld. Deze onderneming gebruikt als tweede grondstof slakken uit de hoogovens. Hierbij wordt het bindermengsel met 20% assen en 80% hoogovenslakken met een chemische activator in water uitgehard. Beide stenen lijken erg sterk op elkaar: zelfs een professional zal met moeite het onderscheid kunnen maken. Enkel de kleur is een beetje anders. Soms wordt er ook geopteerd om de toplaag nog in een hoogwaardig traditioneel beton toe te passen. Belangrijk is dat het mengselontwerp quasi geen aanpassing aan het productiesysteem vereist – beide stenen worden geperst. Als UGent willen we de bedrijven bijstaan met advies over de toepasbaarheid van de assen en de mengverhoudingen. Daarnaast beproeven we de behaalde eigenschappen.”
Technisch en ecologisch conform de regelgeving
De grootste uitdaging van ‘AshCycle’ was een grondstof en producten te ontwikkelen die zowel aan de milieuwetgeving (die in België regionaal is georganiseerd – met onderlinge verschillen) als aan de nieuwe bouwrichtlijn voldoen. “Niettemin is er nog steeds een vacuüm qua certificering, waardoor de producten nog niet in alle projecten kunnen worden toegepast,” aldus Stijn Matthys. “Daarom hebben we SECO uitgenodigd om aan het onderzoeksproject te participeren. Deze organisatie hielp actief mee met kennisdeling over de benodigde technische en ecologische vereisten. Daarnaast wil ze de nieuw opgebouwde kennis aanwenden bij de ontwikkeling van toekomstige certificatie waarbij ze wordt betrokken. Wel moet ik toegeven dat onze straatstenen op kwaliteitsvlak niet altijd in de premier league spelen. Gezien het toepassingsspectrum vinden we dat ook niet nodig: vandaag is er op dat vlak soms nog te veel bovenmatige kwaliteit voor de beoogde toepassing. In een circulaire economie kiezen we ervoor om materiaalkringlopen te sluiten en de voetafdruk te verlagen zonder op de echt benodigde kwaliteit in te boeten.”
Voor elke uitdaging een oplossing
Om de assen als binder in beton te gebruiken, worden ze best gezuiverd en vermalen. “Dit sluit aan op de behandelingsprocessen die we al bij Veolia toepassen,” vertelt Karen De Boeck. “Met magneten en een proces van wervelstromen slagen we erin om de assen van organische en metalen restfracties te zuiveren. Zo wordt ook zowat alle aluminium uit de assen herwonnen. Met al deze behandelingsprocessen mikken we vandaag op het recupereren van waardevolle metalen uit de assen en de aanwending van de assen als grondstof voor funderingswerken van wegen. Mocht er echter een grote interesse voor de assen als grondstof voor straatstenen zijn, zullen we wellicht ook nog in een maalinstallatie investeren. Op die manier kunnen we immers het materiaal als gebruiksklare grondstof aan de fabrieken leveren.” Stijn Matthys vervolgt: “Een tweede struikelblok in het onderzoek was de aanwezigheid van een kleine rest ‘atomair aluminium’ (onder meer afkomstig van het verbranden van aluminiumfolie – nvdr) in de assen na het maalproces. Dit kan in een alkalische omgeving zoals beton tot de vorming van waterstof leiden. Hierdoor ontstaan er belletjes in het beton, wat in sommige mengselontwerpen tot expansie en scheurtjes kan leiden. Gelukkig hebben we hiervoor een oplossing gevonden: de gemalen assen worden bij de start van het vervaardigen van beton in natriumoxide geweekt. Voor de productie van de straatstenen is deze extra stap echter niet nodig.”
Concurrentieel met traditionele straatstenen
UGent fungeerde trouwens zelf als ‘demonstrator’: op de campus Technologiepark in Zwijnaarde legde het honderd vierkante meter voetpad met deze twee experimentele types straatsteen aan. Stijn Matthys: “Op deze manier kunnen we architecten en bouwheren tonen hoe het resultaat oogt. Daarnaast laat het ons toe om het effect van weersomstandigheden, belasting, gebruik… verder te onderzoeken.” Momenteel worden de stenen nog niet in een commerciële setting aangeboden, waardoor er onduidelijkheid over de kostprijs heerst. Volgens de gesprekspartners zal die wellicht niet hoger liggen dan de traditionele producten. “Mocht dat wel het geval zijn, zal het niet lang duren vooraleer ze wel concurrentieel zijn,” aldus Stijn Matthys. “De prijs van cement blijft immers stijgen en het gebruik van bouwmaterialen met een lagere CO2-impact wordt aangemoedigd.” Karen De Boeck: “Met ‘AshCycle’ bewijzen we dat zelfs afval dat velen als ‘uitgerecycleerd’ beschouwen toch nog kan worden gevaloriseerd. We vinden het bijzonder knap dat onderzoekers en bedrijven de inspanning doen om deze reststromen te bestuderen. Precies deze mindset is nodig om naar een echt circulaire economie te evolueren…”
Veolia biedt in België en Luxemburg geïntegreerde en innovatieve oplossingen voor het water-, afval- en energiebeheer van ondernemingen en gemeenschappen. De groep is mondiaal actief en telt bijna 215.000 medewerkers. Veolia produceerde vorig jaar wereldwijd 42 terawattuur energie en recycleerde 65 miljoen ton afval.
De vakgroep Bouwkundige Constructies en Bouwmaterialen van de Universiteit Gent heeft een sterke focus op fundamenteel en toegepast onderzoek naar een duurzamere en veiligere samenleving en gebouwde omgeving. DuraBUILDmaterials is een cluster binnen de UGent die zich met kennis- en technologieoverdracht naar de bouwsector bezighoudt.
Orbix is een dienstverlener voor de staalindustrie die actief is in het koelen van staalslakken, het terugwinnen van metalen uit de slakken en het omzetten van de resterende minerale fractie naar duurzame toepassingen. Het bedrijf verwerkt sinds 1994 de roestvrijstalen slakken van Aperam in België en heeft een verwerkingscapaciteit van ongeveer 400.000 ton voor de productie van vulstoffen, fijne en grove aggregaten voor de betonindustrie en wegenbouw, evenals CO2-bindmiddelen die nodig zijn voor de Carbstone-technologie.
ResourceFull werd in 2015 opgericht met de doelstelling de bouwsector te hervormen door middel van duurzame innovatie. Het ontwikkelt milieuvriendelijk cement, bindmiddelen, mortels en betonmengsels. Door industriële reststoffen zoals slakken, as en mineraalrijke bijproducten op te waarderen, transformeert de onderneming afvalstromen in hoogwaardige grondstoffen voor de bouwindustrie.
SECO is een organisatie die zich sinds 1934 bezighoudt met risicostandaardisatie en kwaliteitscontrole van bouwmaterialen en -systemen, alsook de controle uitvoert van alle soorten constructies en gebouwen.
“Als we verbrandingsassen op grote schaal in heel Europa als bouwgrondstof gebruiken, zal de jaarlijkse CO2-uitstoot tot 20 miljoen ton per jaar afnemen"
“Als UGent willen we de bedrijven bijstaan met advies over de toepasbaarheid van de assen en de mengverhoudingen. Daarnaast beproeven we de behaalde eigenschappen.”
“Mocht er een grote interesse voor de assen als grondstof voor straatstenen zijn, zullen we wellicht ook nog in een maalinstallatie investeren.”
“Met ‘AshCycle’ bewijzen we dat zelfs afval dat velen als ‘uitgerecycleerd’ beschouwen toch nog kan worden gevaloriseerd.”