Composiet uit windmolenwieken krijgt tweede leven dankzij baanbrekend onderzoek
Composiet uit windmolenwieken krijgt tweede leven dankzij baanbrekend onderzoek
Windmolens vormen een kenmerkend alledaags beeld in Nederland. Energie opwekken door de kracht van wind is duurzaam en efficiënt. Maar na zo’n twintig tot vijfentwintig jaar zijn windmolenwieken toe aan vervanging. Ze zijn gemaakt van sterk materiaal en helaas niet biologisch afbreekbaar. In Nederland mogen ze niet worden gestort of begraven, dus moeten ze op een andere manier worden verwerkt. Vaak komen ze daarom in verbrandingsovens terecht.
Dat moest anders, vonden onderzoekers van het lectoraat Kunststoftechnologie van Hogeschool Windesheim. Ze doen al tien jaar onderzoek naar hergebruik van het materiaal waar windmolens van zijn gemaakt en vonden een baanbrekende manier om het te recyclen tot nieuwe producten. Associate lector dr. ir. Albert ten Busschen vertelt erover in dit artikel.
Wat je leest in dit artikel
Windmolenwieken zijn gemaakt van oersterk materiaal: composiet. Aan het einde van hun levensduur worden ze meestal afgeschreven en daardoor ontstaat een steeds groter afvalprobleem. Het lectoraat Kunststoftechnologie van Hogeschool Windesheim doet onderzoek naar het recyclen van composiet uit windmolenwieken. Ze ontwikkelden een baanbrekende methode en maken er nu allerlei nieuwe producten van. Met hun onderzoek wonnen ze in 2021 zowel de RAAK-award als de Deltapremie.
Industrieel hergebruik van End-of-Life thermoharde composieten.
In het RAAK-MKB-project ‘Industrieel hergebruik van EoL thermoharde composieten’ is in het onderdeel van de ontwikkeling van ontwerpregels geadviseerd dat het hergebruikte gedeelte in een constructie niet moet worden meegenomen voor kruipbelasting (langeduur-belasting). Dit komt voort uit een conservatieve (veilige) aanname en gebrek aan lange-duur meetgegevens. Voor het verkrijgen van meetgegevens om de ontwerpregels voor kruip te verbeteren zijn ingebouwde sensoren nodig die tijdens het RAAK-project niet voorhanden waren. Het onderzoek in de TOP-UP betreft het ontwikkelen en testen van ingebouwde sensoren in composieten die zijn opgebouwd met End-of-Life thermoharde composieten. Met de sensoren kan op gedefinieerde plaatsen in het product de vervorming (rek) en temperatuur gemeten worden en draadloos worden gecommuniceerd naar buiten het product. Op deze manier kan het product gemonitord worden voor een periode van ten minste 15 jaar teneinde het kruipgedrag in kaart te kunnen brengen. Vanuit het minor-programma Embedded wireless sensors van de opleiding Elektrotechniek gaan twee studenten starten met het opstellen van een programma van eisen voor de sensoren en de communicatie voor de signalen. Leveranciers van systemen worden hierbij betrokken. Vervolgens gaan de studenten onder leiding van hun begeleidende docent en onderzoekers van het lectoraat Kunststoftechnologie de sensoren inbouwen in een proefopstelling in het composietenlab. Hiermee wordt het systeem getest en worden optimalisatie-mogelijkheden opgesteld. In een definitieve opstelling worden sensoren ingebouwd in een composietbalk die is opgebouwd uit hergebruikt EoL composiet en wordt het systeem getest. De nauwkeurigheid en stabiliteit van de metingen wordt getest en de draadloze communicatie van de meetsignalen van binnen in de balk naar een ontvangend systeem buiten. De meetgegevens worden geanalyseerd en er worden aanbevelingen gedaan voor verder gebruik en implementatie. Ontwikkeling, tests, analyse en aanbevelingen worden gerapporteerd en gepresenteerd aan het lectoraat, de betrokken opleidingen en de betrokken leveranciers.
Over het onderzoek
Hergebruik van End-of-Life Composieten is onderdeel van het onderzoeksportfolio van het lectoraat Kunststoftechnologie van Hogeschool Windesheim. Sinds 2015 doen ze onderzoek naar het ontwikkelen van nieuw constructiemateriaal gebaseerd op End-of-Life thermoharde composieten (zoals windmolenwieken).
Hybride Hergebruik Kunststoffen
Het Lectoraat Kunststoftechnologie (LKT) van Windesheim heeft in samenwerking met midden- en kleinbedrijven (mkb) onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van een nieuwe hergebruik-methode voor End-of-Life producten van thermoharde vezelversterkte kunststof (composiet). De eerste industrialisatie hiervan begint zich nu te ontwikkelen. Bij pultrusie als verwerkingstechniek blijkt een goede business-case mogelijk te zijn. Een knelpunt bij andere productiemethodes, zoals lamineren en injectietechnieken blijkt de hoeveelheid benodigde nieuwe hars te zijn die hierbij nodig is. De nieuwe hars heeft een negatieve invloed op zowel circulariteit als op kosten. Vanuit de betrokken bedrijven komt daarom de volgende praktijkvraag naar voren: Hoe kunnen we de circulariteit van het hergebruikte composiet product verhogen en de kostprijs verlagen door het terugbrengen van het percentage nieuwe hars dat gebruikt wordt bij lamineren en injectietechnieken? Uit vooronderzoeken van LKT lijkt het mogelijk om het volume van het nieuwe product deels te vervangen door een opvulling. Deze opvulling kan uit gerecycled materiaal bestaan, zoals mix-plastics, versneden autobanden, of bedrijfsafval. Hiermee wordt de hoeveelheid benodigde nieuwe hars verminderd en wordt de circulariteit verhoogd omdat deze gerecyclede materialen momenteel vaak nog worden verbrand. Verder kan deze opvulling een functionele bijdrage geven aan het energie-absorberend vermogen en thermische isolatie van het product. Zo ontstaat een hybride hergebruik van EoL kunststoffen. In dit project zal een consortium onder leiding van LKT zich richten op de volgende onderzoeksvraag: Kunnen EoL kunststoffen in combinatie met hergebruikte thermoharde EoL composieten ingezet worden om middels lamineer- of injectietechnieken concurrerende circulaire producten te maken voor bouw en infra toepassingen? Met behulp van de volgende demonstrators wordt het onderzoek doorgevoerd door verschillende samenwerkende projectgroepen van (docent)onderzoekers, consortium-deelnemers en ondersteund door studenten: a) Balk met energie absorberend vermogen. b) Balk met hoge buigstijfheid. c) Warmte-isolerend vlakvullend bouwelement. d) Vormvast vlakvullend bouwelement.
Even voorstellen
Albert ten Busschen is associate lector Kunststoftechnologie aan Hogeschool Windesheim. Hij is gespecialiseerd in onderzoek op het gebied van ontwerp, constructie en vervaardiging van vezel versterkte kunststoffen (composieten).
Ten Busschen: “Ik studeerde Werktuigbouwkunde aan de Technische Universiteit Delft en promoveerde daar met een onderzoek naar composietmechanica. Daarna werkte ik dertig jaar in de composietindustrie voor ik associate lector werd bij Hogeschool Windesheim. Daar werk ik nu elf jaar en doe ik onder andere onderzoek naar End-of-Life composieten en hoe we die kunnen hergebruiken.”
End-of-Life Composieten
Windmolenwieken zijn gemaakt van composiet: een oersterk materiaal dat gemaakt is om jarenlang mee te gaan. Na vijfentwintig jaar verloopt de voorgeschreven gebruikstermijn en moeten ze vervangen worden. Maar het materiaal van zo'n wiek is dan nog in prima conditie. Het is echter zeer moeilijk te recyclen. Daardoor ontstaat een steeds groter afvalprobleem. In Wyoming in de Verenigde Staten liggen zelfs duizenden afgedankte windmolenwieken begraven in de woestijn. De noodzaak voor een andere oplossing is dus hoog, maar ook uitdagend.
Ten Busschen: “Het recyclen van composiet is lastig. Het is een uitgehard materiaal, dus het is heel moeilijk om dat weer uit elkaar te halen. Maar de vraag naar recycling van composiet wordt steeds belangrijker. We begonnen met een mechanische oplossing: we maakten het rotorblad kleiner om er vervolgens andere producten van te maken. Maar daaruit kwamen weer allerlei nieuwe vragen, zoals hoe sterk is dat op de lange termijn? En komen er geen schadelijke stoffen uit? En ook: hoe verklein je het op de beste manier? Door kleine deelonderzoeken kreeg onze methode steeds meer vorm.”
Composietconfetti
Andere onderzoekers in de wereld testten andere methodes, bijvoorbeeld thermische afbranding. Maar daardoor verlies je de kunststofcomponent en wordt de sterkte van het overblijvende vezelmateriaal ook aangetast. Er zijn ook chemische recyclingmethoden ontwikkeld, maar die zijn tot op heden niet industrieel opgeschaald. Hogeschool Windesheim heeft ingezet op het mechanisch verkleinen tot vlokken, die weer als versterking voor nieuwe composietproducten worden gebruikt.
Ten Busschen: “Composiet is een samengesteld materiaal; het bestaat uit meerdere componenten, zoals glasvezel en kunsthars. Je kunt er makkelijk allerlei vormen mee maken, bijvoorbeeld een windmolenwiek, een polyesterboot of een silo. Als het uitgehard is, is het heel stevig, maar daardoor krijg je het ook niet makkelijk uit elkaar. Daar zit het probleem van de recycling. We hebben het materiaal toen verkleind tot vlokken. Die vlokken zijn eigenlijk een nieuwe versterkingsgrondstof waar je weer een nieuw composietproduct van kunt maken.”
Van methode naar de industrie
Het bedrijf Circulair Recycling Company (CRC) in Rotterdam pakte de methode op en zorgde voor een industriële shredderinstallatie. Zo worden nu vlokken als grondstof voor bedrijven gemaakt.
Ten Busschen: “Niet elke shreddermethode voldeed. De eigenschappen van de vlokken waren cruciaal om ze te kunnen hergebruiken. Sommige bedrijven stuurden samples waarin bijvoorbeeld te veel pluis en stof zaten of nat waren. Dat konden we niet gebruiken. We hebben ook uitgezocht waaraan de vlokken moeten voldoen: ze moeten namelijk lang en dun genoeg zijn om versterkend te kunnen werken.
Als er dan wel goede vlokken worden gemaakt, zijn de mogelijkheden eindeloos. Zo maken we onder andere damwandplanken, planken voor op een brug, panelen voor de onderkant van bussen, een dwarsligger voor de NS en oeverbeschoeiing. Kortom: het wordt toegepast in allerlei nieuwe infrastructuurprojecten.”
Het onderzoek naar het hergebruik van End-of- Life composieten won in 2021 de RAAK-award én de Deltapremie.
Bekijk het interview met lector Margie Topp na de inontvangstneming van de Deltapremie.
Doorwerking onderwijs
De kennis uit dit onderzoek werkt door in het curriculum van opleidingen bij Hogeschool Windesheim. De deelonderzoeken worden samengedaan met studenten en docent-onderzoekers. En de uitkomsten van het onderzoek worden gebruikt in de lesprogramma’s van de Minor Composieten, de Minor Production Engineering en de Master Polymer Engineering van de Hogeschool Windesheim.
Ten Busschen: “We betrekken studenten actief in onze onderzoeken. Ze doen testen en bouwen dingen. Bijvoorbeeld het testen van het langeduurgedrag van hergebruikte composieten. Ook was er een groep studenten van die een expositieplatform bouwde van composiet. Daarvan worden nu hergebruikte composietsamples in buitenomstandigheden onderzocht. Momenteel zijn er studenten bezig met onderzoek naar nieuwe recyclebare harssoorten. Dat doen ze in samenwerking met studenten van Hogeschool Saxion.”
Vervolgonderzoek en toekomstvisie
Er zijn al veel doorbraken geweest tijdens dit onderzoek. We vroegen Ten Busschen wat hij nog hoopt te bereiken.
Hij besluit: “Ik denk dat we nog meer producttoepassingen kunnen ontwikkelen met onze methode. Ook internationaal timmeren we veel aan de weg. Ik hoop dat onze methode straks internationaal op grote schaal opgepakt wordt. Zo dragen we bij aan een duurzamere wereld en een verminderde afvalstroom.”
Thema's
Publicatiedatum
Volg ons op
