Op dit moment is duurzaamheid een veelbesproken onderwerp, zowel in het algemeen als in relatie tot composietmaterialen. Het beoordelen van de milieubelasting van constructies is een relatief nieuw en complex vakgebied. Een essentiële boodschap hierbij is dat bij de beoordeling van constructies, zelfs op het gebied van milieu-impact, de volledige levensduur van de constructie in overweging moet worden genomen.
Life Cycle Analysis
Opdrachtgevers en fabrikanten vinden het waardevol om producten te kunnen vergelijken op basis van hun milieu-impact. Life Cycle Analysis, afgekort als LCA, is de overkoepelende term voor methoden die worden gebruikt om de milieu-impact van constructies te evalueren. Deze methoden identificeren en analyseren de milieu-effecten gedurende drie belangrijke levensfasen:
- Productie
- Gebruik
- Levensduur
Deze methode analyseert een constructie door deze in afzonderlijke delen te ontleden en voor elk deel te bepalen hoeveel materiaal, energie en water er wordt gebruikt, en of er schadelijke stoffen worden uitgestoten. Dit proces gaat behoorlijk gedetailleerd. Neem bijvoorbeeld een metalen onderdeel: dit vereist de winning en het transport van ijzererts, het gebruik van machines en personeel, en al deze stappen worden meegenomen in de analyse.
Gedurende de levensduur van een constructie, zoals inspectie en onderhoud, wordt ook energie verbruikt en kunnen schadelijke stoffen worden uitgestoten. Uiteindelijk heeft elke constructie een bepaalde levensduur, en wanneer deze eindigt, moet er een plan zijn voor de verwijdering of herbestemming van de constructie.
Het centrale element van LCA is de Life Cycle Inventory (LCI), een database waarin informatie is opgenomen over de milieu-impact van verschillende constructiematerialen. Hoewel LCI’s zorgvuldig worden samengesteld, zijn ze soms gebaseerd op aannames. Terwijl de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij het verbranden van bepaald materiaal nauwkeurig kan worden gemeten, kunnen bijvoorbeeld aspecten zoals het woon-werkverkeer van mijnwerkers of onderhoudspersoneel per situatie verschillen en moeten daarom geschat worden.
De resultaten van een LCA kunnen op verschillende manieren worden weergegeven, met diverse impact-indicatoren, zoals tonnen CO2-uitstoot, energieverbruik, of gecombineerde scores zoals Eco- of MKI-score.
De aannames die worden gemaakt bij een Life Cycle Assessment (LCA) zijn vaak onderwerp van discussie. Voor nieuwe en diverse materialen zoals composieten is de kennis over hun milieu-impact in veel gevallen beperkt. Vooral in de productie- en het einde van de levensduur van composieten zijn er veel discussies over hun milieuvriendelijkheid.
Over het algemeen hebben composietconstructies tijdens hun gebruik voordelen op het gebied van milieu-impact, omdat er verschillende mogelijkheden zijn om ze energiezuinig te ontwerpen. Deze mogelijkheden zullen hieronder worden besproken.
Een composietmateriaal bestaat doorgaans uit vezels en een polymeer. De productie van glasvezels en koolstofvezels vereist aanzienlijke hoeveelheden energie, en de meeste polymeren worden vervaardigd uit aardolie.
Het is ook mogelijk om composieten te maken van natuurlijke materialen. Veel harsen kunnen worden gecombineerd met natuurlijke vezels zoals vlas, hennep, hout en bamboe. Hoewel de mechanische eigenschappen van natuurlijke vezels meestal minder zijn dan die van synthetische vezels, kunnen composieten gemaakt van natuurvezels toch een goede specifieke sterkte en stijfheid hebben vanwege hun lage dichtheid. Een ander voordeel van natuurvezels is dat ze vaak transparant zijn voor bijvoorbeeld radarstraling.
Er zijn ook matrixmaterialen beschikbaar die gebaseerd zijn op natuurlijke bronnen, waarbij plantaardige oliën in plaats van aardolie kunnen worden gebruikt voor het maken van polymeren. Een belangrijke uitdaging bij het gebruik van natuurlijke hulpbronnen voor constructiematerialen is de mogelijke concurrentie met voedselgewassen, vergelijkbaar met de problemen die biobrandstoffen ondervinden.
Daarnaast hebben verschillende productiemethoden van composietmaterialen verschillende milieu-impact. Productie met een open mal kan bijvoorbeeld leiden tot meer uitstoot van VOC’s (Volatile Organic Compounds) dan bij een gesloten mal. In een gesloten mal worden echter vaak veel hulpmiddelen gebruikt (zoals vacuümfolie) die na het verwijderen van het product afval genereren.
Composietconstructies hebben over het algemeen minder onderhoud nodig dan stalen en houten constructies. In de civiele techniek zijn er voorbeelden waarbij de levensduur van betonnen constructies is verlengd door externe versterking met composietmaterialen.
Het repareren van een composietconstructie houdt meestal in dat beschadigde delen worden verwijderd en vervangen door nieuwe lagen composietmateriaal, wat doorgaans ter plaatse kan worden uitgevoerd. Het uitharden van een reparatie kan bijvoorbeeld met behulp van een elektrisch verwarmde deken worden gedaan. Voor oppervlakkige of cosmetische reparaties, met de juiste expertise, kunnen uitstekende resultaten worden behaald. Voor zwaar belaste constructies leidt reparatie echter niet altijd tot dezelfde oorspronkelijke sterkte.
Een trend die architecten aanspreekt, is het gebruik van composiet gevelpanelen. Deze panelen bieden veel ontwerpvrijheid en maken gedurfde ontwerpen mogelijk met een laag gewicht. Bij renovatieprojecten betekent dit dat de bestaande ondersteuningsconstructie niet of slechts minimaal versterkt hoeft te worden. Bij nieuwbouw kunnen lichte ondersteuningsconstructies worden ontworpen. Bovendien dragen de goede thermische isolatie-eigenschappen van glasvezel en kunststof, evenals de mogelijkheid om gevelpanelen als sandwichconstructie te gebruiken, bij aan energiezuinige gebouwen.
Composieten worden vaak gebruikt in bewegende constructies omwille van hun lichtgewicht ontwerp, wat leidt tot energie-efficiëntie. Een voorbeeld hiervan is te vinden in de transportsector, waar schepen, treinen, vliegtuigen en vrachtwagentrailers worden gebruikt om lading te vervoeren. De energiebehoefte in al deze vormen van transport is sterk afhankelijk van het gewicht. Het verminderen van het gewicht resulteert in verminderde rol- en waterweerstand, wat de energie-efficiëntie verbetert. In automotive toepassingen is het lichte ontwerp ook gunstig omdat voertuigen vaak versnellen en vertragen tijdens het rijden, en lichtgewicht ontwerpen leiden tot brandstofbesparing en meer winstgevende lading.
Stel dat een vrachtwagentrailercombinatie 5% lichter wordt en dit leidt tot een veronderstelde brandstofbesparing van 5% per rit. Over 10 ritten zou dit resulteren in een totale besparing van 5%. Echter, als het gewichtsverlies betekent dat er 10% meer betalende lading per rit kan worden vervoerd, zou één rit op 11 ritten kunnen worden bespaard, wat bijna 10% besparing oplevert.
Bovendien kunnen composietvliegwielen worden gebruikt om remenergie op te slaan, wat efficiënt is vanwege hun hoge specifieke sterkte. In industriële toepassingen zoals pick-and-place machines en robots kan het verhogen van de productiesnelheid worden bereikt door lichtere en stijvere constructies te gebruiken. Afhankelijk van het product kan de investering in lichtgewicht ontwerpen zich terugbetalen door een hogere productie-output.
De ontwerpvrijheid die composieten bieden, kan indirect ook energiebesparing opleveren, bijvoorbeeld door het creëren van aerodynamische vormen, zoals lichtgewicht fairings op vrachtwagencabines. Over het algemeen kan energiebesparing, met name in transporttoepassingen, worden bereikt door lichtgewicht constructie, vaak met behulp van composietmaterialen.
Als een composietconstructie het einde van zijn levensduur bereikt, zijn er diverse opties beschikbaar, maar in het algemeen zijn de mogelijkheden voor het recyclen of verwijderen van composietconstructies nog beperkter dan voor oudere bouwmaterialen. Afhankelijk van het gebruikte type hars en versterking is recycling soms een mogelijkheid. Verbranding in cementovens is een methode die door de Europese Unie wordt erkend als een manier om composietafval te verwerken. Composietafval wordt beschouwd als inert en wordt daarom niet als schadelijker beschouwd dan gewoon huishoudelijk afval.
Recent Comments