Beton is de koning van de bouwmaterialen. De helft van alle gebouwen ter wereld is gemaakt van het bekende grijskleurige materiaal, en ook uit de hedendaagse infrastructuur is het niet meer weg te denken. Maar er is ook een keerzijde: bij de productie komt een forse hoeveelheid CO2 vrij. Inmiddels wordt naarstig gezocht naar manieren om die uitstoot omlaag te krijgen.
Beeld: Geopolymeerbeton zou ten opzichte van traditioneel cementbeton voor een CO2-reductie kunnen zorgen van wel vijftig procent.
Naar schatting produceert men wereldwijd zo’n dertig miljard ton beton per jaar. Die populariteit is eenvoudig te verklaren: beton is sterk, vuurbestendig, flexibel toepasbaar en bovenal erg goedkoop. Nu de deadlines uit het klimaatakkoord van Parijs met rasse schreden naderen, wordt vanzelfsprekend nauwlettend gekeken naar sectoren die relatief het meest uitstoten. De bouwsector is daar een van: zo’n veertig procent van de mondiale CO2-uitstoot is toe te schrijven aan de bebouwde omgeving. Dat baart zorgen, al helemaal omdat het nijpende woningtekort in zowel België als Nederland betekent dat we nog een flinke bouwopgave uit te voeren hebben. Het is dus van groot belang om de uitstoot van bouwmaterialen als beton drastisch te verlagen.
In België zijn recentelijk de handen ineen geslagen om die verlaging tot stand te brengen. ‘Eind 2022 werd het Betonakkoord Vlaanderen ondertekend’, vertelt Bart Craeye van de Universiteit Antwerpen, die veel onderzoek doet naar duurzame vormen van beton. ‘Als sector weten we dat we een belangrijke maatschappelijke rol te vervullen hebben. We moeten een bijdrage leveren aan het milieu. Het Betonakkoord legt de normeringen vast waaraan bedrijven, die bijvoorbeeld beton willen recycleren, moeten voldoen.’
In Nederland is een gelijksoortig akkoord van kracht. Daarmee wordt de samenwerking tussen alle betrokkenen in de keten versterkt. ‘Je merkt dat bedrijven in de betonsector op een kantelpunt staan’, vertelt professor Max Hendriks van de Technische Universiteit Delft.
‘Bij een stoeptegel kun je veel sneller duurzame methoden toepassen’
Hendriks is als hoofd van de sectie betonconstructies veel bezig met het integreren van nieuwe materiaalsoorten in bestaande toepassingen. ‘De groene betontechnologie is in opkomst, maar vergt zulke grote investeringen dat de overheid zal moeten helpen om over dat kantelpunt heen te komen.’
Richting CO2-arm beton
Maar wat zijn die groene betontechnologieën precies? Om die vraag te kunnen beantwoorden, is het van belang te weten hoe beton wordt geproduceerd en wat het materiaal zo vervuilend maakt. In de basis bestaat beton uit drie componenten: cement, een toeslagmiddel zoals grind of zand, en water. De componenten worden gemengd in betonmolens tot er een papperige substantie ontstaat. Die kan vervolgens in elke gewenste vorm worden gegoten.
Van de betonmix is vooral cement, ook wel bekend als portlandcement, de boosdoener voor het klimaat. Cement is namelijk verantwoordelijk voor acht procent van de wereldwijde CO2-uitstoot, hoger dan de gehele luchtvaartindustrie. Volgens het World Economic Forum is de cementindustrie een van de zogeheten hard-to-abate-sectoren, wat wil zeggen dat het zeer complex wordt geacht om de uitstoot ervan te verminderen. Dat is te wijten aan de manier waarop clinker, het hoofdbestanddeel van cement, wordt geproduceerd. ‘Je hebt daarvoor kalksteen en kleihoudende grondstoffen nodig’, legt Bart Craeye uit. ‘Die grondstoffen bevatten CO2. Ze worden verwarmd in een grote oven, een buis van honderd tot tweehonderd meter lang en vijf meter in diameter. Bij vijfhonderd graden Celsius komt de CO2 uit de grondstoffen vrij. Vervolgens worden ze nog verder verwarmd naar 1.400 graden Celsius.’ Dat kost veel energie en bij de verbranding die nodig is om zulke temperaturen te halen, komt ook nog eens veel CO2 vrij.
Om over te gaan op een schonere betonproductie, is het dus nodig om iets te doen aan het vervuilende cement. Daarvoor zijn grofweg twee richtingen te onderscheiden: cement vervangen voor een ander bindmiddel, of afgedankt betonpuin hergebruiken. Ten eerste wordt er in toenemende mate onderzoek gedaan naar bindmiddelen die het cement in de betonmix gedeeltelijk of zelfs geheel kunnen vervangen. ‘Er wordt bijvoorbeeld geëxperimenteerd met het gebruik van restproducten van andere industrieën, zoals staalslakken en vliegassen’, zegt Craeye. Staalslakken en vliegassen zijn afvalproducten die ontstaan bij de productie van (respectievelijk) staal en steenkool, en blijven normaliter grotendeels ongebruikt. Nu blijkt dat de mineralogische samenstelling van bijvoorbeeld een staalslak overeenkomsten heeft met die van cement, ontstaat de mogelijkheid om ze voor elkaar te gaan vervangen. Dat betekent: minder cement en dus minder CO2. Daarnaast heeft men zelfs ondervonden dat het toevoegen van zulk soort restproducten de kwaliteit van het beton ten goede kan komen. Craeye: ‘Het blijkt dat staalslakken en vliegassen ervoor zorgen dat betonrot minder snel zou kunnen optreden dan bij klassiek beton.’
Een bekende toepassing is geopolymeerbeton, waarbij cement niet gedeeltelijk, maar volledig uit de betonmix is gehaald. Het cement is dan vervangen door geopolymeer, een mengsel van de bovengenoemde restproducten en een activator, die een verhardingsreactie veroorzaakt. Ten opzichte van traditioneel cementbeton zou het geopolymeerbeton voor een CO2-reductie kunnen zorgen van wel vijftig procent.
Ondanks het feit dat geopolymeerbeton nog beperkt wordt toegepast in de bouwsector, wordt er wel flink met de technologie geëxperimenteerd. ‘Er gebeurt momenteel veel in laboratoria’, zegt Max Hendriks. ‘Het is de volgende stap om met pilots aan de slag te gaan.’ En die pilots beginnen steeds meer op te poppen, vertelt hij.
Duurzaam oversteken
Een voorbeeld daarvan is de Kowebrêge, een kleinschalige verkeersbrug in de Nederlandse provincie Friesland. De brug, die al bestaat sinds 1951, is verouderd en moet worden gerenoveerd. Samen met het bedrijf Haitsma Beton en de TU Delft probeert de provincie om die renovatie te bewerkstelligen met gebruik van geopolymeerbeton. ‘De Kowebrêge bestaat uit drie overspanningen’, vertelt Arend Scharringa, constructeur bij de Provincie Fryslân. ‘Een daarvan is nodig aan vervanging toe. Het initiële plan was om alleen die ene overspanning te vervangen met behulp van geopolymeerbeton. Maar gedurende het onderzoek zeiden we: waarom zouden we ze niet alle drie vervangen? Dat is wat we nu aan het doen zijn.’
De brug is ondanks haar kleine formaat een verkeersader in de regio waar dagelijks auto’s overheen rijden. Veiligheid is daarom een zwaarwegende factor, het beton is namelijk ‘constructief’ – het draagt direct bij aan de stevigheid van het bouwwerk. Een uitvoerige testfase is dus veel belangrijker dan in het geval van niet-constructief beton. ‘Als je het hebt over bijvoorbeeld een stoeptegel, dan kun je veel sneller duurzame methoden toepassen’, legt Hendriks uit. ‘Die trajecten gaan makkelijker omdat je niet met dezelfde veiligheidsnormen te maken hebt.’
De testfase van het project is inmiddels afgerond en de resultaten zijn positief. Scharringa: ‘De TU Delft heeft voor ons enkele testen uitgevoerd, zoals de buigtest en de vermoeiingstest. Het beton heeft die allemaal doorstaan.’ De volgende stap is om de overspanningen daadwerkelijk te herbouwen met het geopolymeerbeton en de brug in gebruik te nemen. ‘Ik hoop dat dat binnen een tot twee jaar gelukt is’, zegt Scharringa.
Daarmee hoopt Friesland de eerste verkeersbrug te hebben gerealiseerd die tot stand is gekomen met duurzaam beton.
Van oud naar nieuw beton
De tweede manier om cement te vergroenen, is om bestaand beton te recycleren. Ondanks de lange levensduur van betonnen constructies, worden er elk jaar toch veel gebouwen afgebroken, hetgeen resulteert in gigantische hopen betonpuin. ‘In Nederland en België spreken we van miljoenen tonnen beton per jaar’, vertelt professor Hubert Rahier. Rahier is verbonden aan de Vrije Universiteit Brussel en is betrokken bij een innovatief project om betonpuin te hergebruiken. ‘Er zijn veel partijen bezig met het ontwikkelen van alternatieve binders. Daardoor krijgen we een duurzamer materiaal dan het traditionele cement. Maar wat je binder ook is, recyclen blijft altijd belangrijk. We moeten ervoor zorgen dat het beton dat we maken herbruikbaar is.’
Tot op zekere hoogte gebeurt dat wereldwijd al. Grove brokstukken worden verzameld en vermorzeld tot bruikbaar puin. Dat puin wordt vervolgens toegevoegd aan nieuwe betonmix in plaats van een toeslagmiddel zoals grind. Maar dat betekent wel dat het cement in de gerecyclede brokstukken verloren gaat en er nieuw cement nodig is om weer tot volwaardig beton te komen.
Daarom is Rahier betrokken bij een innovatieve techniek die het cement uit gebruikte brokken beton kan filteren om vervolgens opnieuw te gebruiken. Rahier: ‘Het bedrijf SmartCrusher bv had een idee om het betonpuin op een andere manier te gaan vermalen. De Smart Crusher vermaalt en zeeft alles tot er zeer kleine fracties overblijven. De grootste fractie is het zand. Een fractie kleiner bevat al een beetje cement, maar is nog vooral afgewreven zand dat weinig waarde heeft als binder. De fijnste fractie bevat het meeste cement. Dat cement dehydrateren we, we voegen er een activator aan toe, en dan kan het gebruikt worden als cement in nieuw beton.’
‘We zullen in de toekomst nog steeds beton gebruiken, maar misschien niet meer met de klassieke samenstellingen van nu’
De innovatieve technologie wordt al in de praktijk toegepast, zegt Rahier. ‘Het Nederlandse bedrijf Rutte gebruikt het al. Ze hebben twee Smart Crushers. Daarmee recyclen ze twee ton beton per dag.’ Hij verwacht dat het niet lang zal duren voordat de slimme vermalers breed verkrijgbaar zijn. ‘We zijn in onderhandeling met de machinebouwer, die kan ze dan op grote schaal ontwikkelen. We schatten dat de eerste machines tegen het einde van dit jaar van de band zullen rollen.’
Veiligheid voorop
De technologie om beton te verduurzamen, is dus ruim voorhanden. Toch zal het nog even duren voor groen beton een vaste plek heeft gekregen in betonconstructies. ‘Er worden veel nieuwe materialen ontwikkeld’, vertelt Hendriks. ‘Maar nog niet al die materialen mogen officieel beton worden genoemd.’ Dat komt omdat er officiële normen bestaan die dicteren waaraan beton moet voldoen, de zogeheten Eurocodes. Een zo’n norm is bijvoorbeeld dat beton in beginsel pas zo mag worden genoemd als de mix cement bevat.
Hendriks: ‘Dat heeft een duidelijke reden. Achter die Eurocodes zitten decennialange discussies en compromissen wat betreft veiligheid. Er zit veel historie in en de hoeveelheid ervaringen met beton is enorm. Het probleem met nieuwe materialen is dat we die meetgegevens nog niet hebben. Als wetenschappers is het onze taak om te kijken of we veilige constructies kunnen maken met die nieuwe materialen, maar dat is nog niet zo evident. De betonconstructeur van de toekomst moet nadenken over hoe hij of zij robuuste constructies kan ontwerpen, rekening houdend met die onzekerheid.’
Een ander breekpunt is de beschikbaarheid van materialen om beton van te maken, zowel in conventionele als in duurzame vorm. ‘De klassieke grondstoffen raken langzaam uitgeput’, legt Craeye uit. ‘We kunnen niet oneindig kalksteen blijven gebruiken om cement van te maken. Daarom is het goed dat de omslag gemaakt is naar het werken met gerecycled betongranulaat.’ Maar ook staalslakken en vliegassen zullen niet grenzeloos voorradig zijn.
Craeye: ‘Dat zijn restproducten van industrieën waar we vanaf willen. Vliegassen ontstaan bij de productie van steenkool, maar we willen onze steenkoolproductie juist verminderen. Dat is dus een uitdaging. Wel krijgen we de vraag vanuit andere industrieën: wij hebben een restproduct, kunnen jullie dat niet gebruiken als vervanger van cement? Het is interessant om dat te gaan testen.’
Een toekomst zonder beton?
Ondanks alle inspanningen om de betonproductie te vergroenen, vragen sommige mensen zich af of beton wel past in een CO2-arme wereld en of we het materiaal niet geheel zouden moeten afschrijven. Er wordt namelijk ook veel onderzoek gedaan naar bouwmethoden gebaseerd op natuurlijke materialen, het zogeheten biobased bouwen. Is het denkbaar dat het grijze goedje uit onze wereld zal verdwijnen?
Max Hendriks en Bart Craeye achten dat onwaarschijnlijk. ‘Als we beton in de meest brede zin van het woord beschouwen, kan ik me niet voorstellen dat betonconstructies zullen verdwijnen’, aldus Hendriks. ‘Het is relatief goedkoop, zelfs nadat je iets aan het CO2-probleem hebt gedaan, en het heeft een zeer lange levensduur. Wel denk ik dat de bouwmateriaalmix opnieuw bekeken zal worden. Beton is dan slechts een van de mogelijkheden.’
‘We zullen in de toekomst nog steeds beton gebruiken’, zegt ook Craeye verzekerd. ‘Maar misschien niet meer met de klassieke samenstellingen van nu. Er zullen alternatieven worden bedacht die helemaal niets meer te maken hebben met hoe wij beton nu zien. Maar beton zal altijd blijven bestaan.’
