Hout – is dat niet allang passé aan een technische universiteit? Welnee, het is juist hartstikke innovatief, stellen sommige wetenschappers.
“Architecten kunnen er nog van leren!”
Hout is hip. Tenminste, als we Studium Generale moeten geloven, dat haar jaarlijkse materialenreeks in het teken stelt van het natuurproduct. Er is een heuse houtrevival gaande, stelt ze. Techniek en bomen en planten hebben nog heel wat van elkaar te leren.
Dat klinkt drs. Bob Ursem, wetenschappelijk directeur van de botanische tuin, houtanatoom en gespecialiseerd in afwijkende groeipatronen van hout, als muziek in de oren. “Een gezonde hoge boom waait tijdens een zware storm niet om. De architectuur kan daarvan leren en die kennis gebruiken in de bouwkunst”, vindt hij.
Aan de muur van zijn kamer aan het Poortlandplein hangt een doorsnede van een liaan, achter hem staat een grote ficus met vijgen. “Hoe we zonnecollectoren op daken moeten plaatsen%”, vult hij aan. Ook zoiets wat we van bomen kunnen leren. “Bladeren en bloemen zijn zo handig in het opvangen van zonlicht. De stand ten opzichte van de zon is optimaal om maximaal zonlicht op te vangen.”
Een ander voorbeeld: het onkruid heermoes in de tuin. Dat heeft extreem lange rhizomen, een soort wortels, van zo’n anderhalve kilometer, vertelt Ursem. Het transsportsysteem van deze plant, zonder een pomp en met een hoge efficiency en hoog rendement, is uniek en veelbelovend. “Gaan we het onderzoeken, dan zouden we die kennis kunnen gebruiken voor efficiënt transport van olie door kilometerslange buizen”, meent de houtanatoom.
Volgens Prahbu Kandachar, universitair hoofddocent bij de sectie reliability en durability (industrieel ontwerpen) kunnen we van bomen leren hoe we met de natuur moeten omgaan. Leg een stuk hout onder de microscoop en zie hoe de celstructuur is aangepast aan jarenlange belasting. “Hout heeft miljoenen jaren de tijd gehad om aan extreme weersomstandigheden te wennen. Wij gaan naar binnen en achter de kachel zitten zodra het winter is of onweert. Zo beschermen wij onszelf. Een boom doet dat ook, ook al blijft die buiten. Daardoor heeft hout zich geoptimaliseerd aan allerlei belasting en het weer.”
Voor de IO’er, expert op het gebied van ontwerpen vanuit het materiaal, is hout desondanks niet echt interessant. “Het is niet goedkoop en je kunt er geen honderdduizend koffiekopjes van maken of een ander massaproduct. Alleen voor exclusieve designmeubels is het geschikt.” Kandachar ziet meer in intelligente materialen. “Zoals een zonnebril van fotochromisch glas. Die vangt uv-licht op waarna de glazen meekleuren. Op deze manier bepaalt het materiaal wat het product wordt. Ik verwacht van nanotechnologie dan ook veel, omdat je daarmee veel functies in materialen aanbrengt, waardoor intelligente producten ontstaan. Daardoor komen er kunststoffen met leer- en communicatievermogen.”
Vrachtwagenspoiler
Rik Brouwer van de leerstoel productietechnologie (Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) is iets standvastiger in zijn geloof in hout en toont vier plankjes. Ze zijn allemaal even zwaar, maar dat is dan ook het enige. Het eerste is van staal, een millimeter dik en enorm buigzaam. Het tweede is drie millimeter dik en van aluminium. Het volgende is van composiet (een aramidevezel vermengd met het kunststof epoxy), zes millimeter dik en nauwelijks buigzaam. In het vierde plankje, van hout en twaalf millimeter dik, is absoluut geen beweging te krijgen. “De dikte van een materiaal is enorm belangrijk voor de buigstijfheid”, zegt Brouwer. “Die vier plankjes zijn alle vier even zwaar. Het houten plankje heeft vanwege de dikte (bij hetzelfde gewicht) de grootste buigstijfheid. Die eigenschap is erg handig bij bijvoorbeeld de productie van grote, schaalvormige producten als een bootromp, een motorkap, een vrachtwagenspoiler of een kofferdeksel.”
Brouwer is tevens verbonden aan het Centrum voor Lichtgewicht Constructies, een samenwerking tussen de TU en TNO, en zoekt bij elk productontwerp naar het beste compromis tussen materiaaleigenschappen, productietechniek en constructieve eisen. Hij kijkt daarvoor onder andere naar natuurvezels, zoals vlas, sisal en jute. Die vezels bestaan uit cellulose, een sterk materiaal dat in hout en eenjarige planten zit. Van deze vezels worden bij L&R composieten gemaakt, een combinatiemateriaal van vezels en een stof die de vezels verbindt zoals plastic, kunsthars of natuurlijke hars.
Eigenlijk werkte zijn onderzoeksgroep met synthetisch vezels als koolstof, aramide (twaron of kevlar) en glasvezel. Maar sinds een jaar of acht onderzoekt de groep natuurvezels als ecologische verantwoorde vervanger van synthetische vezels. Vergeleken met synthetische vezels zijn natuurvezels goedkoop en hebben ze een laag soortelijk gewicht. Daarnaast kost de productie van de vezels minder energie; het ‘kost’ koolstofdioxide en levert zuurstof op. Verder hebben biocomposieten goede warmte- en geluidsisolerende eigenschappen.
Toch is er volgens Brouwer een kleine kans dat biocomposieten in een dragende constructie van een airbus terecht komen. “Eén jaar slecht weer en de jute een andere kwaliteit dan het jaar daarvoor. Voordat een nieuw materiaal in de luchtvaart wordt geïntroduceerd gaat het een certificeringprocedure door. Een materiaal dat telkens van eigenschappen wisselt, komt daar niet doorheen.”
Volgens Brouwer hebben biocomposieten een slecht imago. Ze zouden makkelijk kunnen rotten. “Maar de FlaxCat, een catamaranbootje van vlas en epoxy waaraan wij gewerkt hebben, vaart alweer zo’n tien jaar. Dus dat hebben we hiermee weerlegd. Biocomposieten rotten niet, mits je ze maar goed inpakt. Het is hetzelfde als met de eeuwenoude houten palen waarop Amsterdam staat. Zo lang ze maar onder water blijven en er geen lucht bij kan, is er niets aan de hand. Zodra ze aan lucht worden bloot gesteld gaat het mis.”
Gesneden koek voor de auto-industrie, overigens. Daar zijn biocomposieten al verantwoorde opvolgers van composieten. Niet voor gebruik aan de buitenkant van de auto’s, want de ‘klasse-A-oppervlaktekwaliteit’ die sommige glasvezelcomposieten kunnen hebben, bereiken biocomposieten nooit. “Biocomposieten zwellenaltijd een beetje, waardoor een glimmend oppervlak er niet in zit”, weet Brouwer. Maar automerken als BMW en Mercedes hebben veel van hun interieurs van biocomposieten gemaakt. Brouwer: “Het duurt nog enkele jaren voordat ook andere bedrijven overtuigd zijn van biocomposieten, en producten in serie zullen produceren. Daarvoor zijn biocomposieten nodig die een constante prijs en kwaliteit hebben en een stabiel productieproces.”
De onderzoeker geeft aan dat composieten in veel verschillende markten toegepast kunnen worden, niet alleen vanwege hun lichtgewichtkarakter, maar ook vanwege hun vormvrijheid en de mogelijkheid om onderdelen te integreren in één product. Dit is handig bij grote complexe producten, zoals een bootromp. Ook producten waar duurzaamheid belangrijk is, zoals de verkeersbrug die Brouwers groep onlangs ontwierp voor Rijkswaterstaat, kunnen profiteren van composieten. “Op zulke producten bespaar je de jaarlijkse schilderbeurt. Composieten zijn onderhoudsvrij, ze roesten niet. Overigens zit in dit brugontwerp glasvezel, en geen natuurvezel.”
Hennep
Een biocomposiet is voor Ursem niet ‘groen’ genoeg. Hij wil een stap verder en is op zoek naar een honderd procent natuurlijke composiet. Deze bevat zowel een biologische vezel als biologische polymeer. “Zo’n composiet is mijn ultieme wens. De planten kunnen speciaal daarvoor worden gekweekt en de producten volledig hergebruikt, zowel de polymeer als de vezel.”
Het meubilair langs de weg ziet Ursem graag als eerste door zijn honderd procent biologische composieten vervangen worden. Nu zijn de paaltjes en vangrails van glasvezel en epoxy gemaakt. Na een ongeluk worden die verbrand, maar dat hoeft bij gebruik van biocomposieten niet meer. Andere toepassingen ziet hij het liefst in automeubilair als bekleding en het dashbord, fietsframes, binnenbekleding van vliegtuigen of bumpers.
Samen met onder anderen Brouwer schrijft Ursem een voorstel voor ‘de weg naar nieuwe biologische composietmaterialen’. Het eerste voorstel is al naar technologiefondsverstrekker STW gestuurd, die reageerde positief. Twee Nederlandse bedrijven, Hemflax en Flexaterm, hebben geld toegezegd zodra het onderzoek begint. Alleen: er is nog geen hoogleraar die het onderzoek kan leiden. Zodra die er is gaat het onderzoek van start.
Op dit moment zoekt Ursem naar vezels die kunnen binden met plantaardige polymeren, zoals vlas, hennep of sisal, dat vanwege zijn kiezelstructuur weinig vocht opneemt. Vooral Nieuw-Zeelands vlas geeft hij een goede kans, omdat de vezels een hoog silicagehalte bevatten, evenals een goede natuurlijke stijfheid en sterkte. “We zoeken naar korte, stugge en sterke vezels die geen vocht opnemen en goed hechten met polymeren”, zegt Ursem. Voor de plantaardige polymeren gelden vergelijkbare eisen: sterk, geen vocht insluiten, goed hechten en binden met de vezel. “Ik heb nog geen kraakhelder beeld van welke plant we kunnen gebruiken voor de biopolymeer. Die moet ik nog zoeken”. Dat doet hij niet door in de botanische tuin te wandelen. “Ik zoek in mijn hoofd.”
Wichelroede
Met een wichelroedeloper die tussen de aula en de bibliotheek op zoek gaat naar water en energievelden, begint maandag 8 maart om 12.30 uur de vijfde editie van de materialenreeks van Studium Generale. Programmasamensteller Marion Vredeling is niet bang dat kritische wetenschappers het zullen wegwuiven als kwakzalverij. “Ik hoop dat mensen nieuwsgierig worden en dat de wichelroede vragen oproept.”
Dat laatste is vast een ding dat zeker is: technische aardwetenschappen zoekt – overigens los van Studium Generale – studenten die als afstudeeropdracht willen meedoen aan proefjes die kunnen leiden tot inzicht in het ontstaan van de energievelden die de wichelroede voelt.
Materialenreeks Studium Generale, van maandag 8 maart tot en met 25 april.
Lezing ‘Het ontwerpen vanuit het materiaal’ door dr. Prahbu Kandachar, op dinsdag 9 maart in de grote zaal van de faculteit IO. Aanvang: 12.30 uur.
Lezing ‘Biocomposieten’ door Bob Ursem en Rik Brouwer, op donderdag 11 maart in het Kluyverlaboratorium (zaal BPT/5A). Aanvang: 20.15 uur. Daarvoor is er een rondleiding door de botanische tuin. Aanvang: 19.30 uur.
www.materialenreeks.tudelft.nl . .
www.cc.tudelft.nl . .
Hout – is dat niet allang passé aan een technische universiteit? Welnee, het is juist hartstikke innovatief, stellen sommige wetenschappers. “Architecten kunnen er nog van leren!”
Hout is hip. Tenminste, als we Studium Generale moeten geloven, dat haar jaarlijkse materialenreeks in het teken stelt van het natuurproduct. Er is een heuse houtrevival gaande, stelt ze. Techniek en bomen en planten hebben nog heel wat van elkaar te leren.
Dat klinkt drs. Bob Ursem, wetenschappelijk directeur van de botanische tuin, houtanatoom en gespecialiseerd in afwijkende groeipatronen van hout, als muziek in de oren. “Een gezonde hoge boom waait tijdens een zware storm niet om. De architectuur kan daarvan leren en die kennis gebruiken in de bouwkunst”, vindt hij.
Aan de muur van zijn kamer aan het Poortlandplein hangt een doorsnede van een liaan, achter hem staat een grote ficus met vijgen. “Hoe we zonnecollectoren op daken moeten plaatsen%”, vult hij aan. Ook zoiets wat we van bomen kunnen leren. “Bladeren en bloemen zijn zo handig in het opvangen van zonlicht. De stand ten opzichte van de zon is optimaal om maximaal zonlicht op te vangen.”
Een ander voorbeeld: het onkruid heermoes in de tuin. Dat heeft extreem lange rhizomen, een soort wortels, van zo’n anderhalve kilometer, vertelt Ursem. Het transsportsysteem van deze plant, zonder een pomp en met een hoge efficiency en hoog rendement, is uniek en veelbelovend. “Gaan we het onderzoeken, dan zouden we die kennis kunnen gebruiken voor efficiënt transport van olie door kilometerslange buizen”, meent de houtanatoom.
Volgens Prahbu Kandachar, universitair hoofddocent bij de sectie reliability en durability (industrieel ontwerpen) kunnen we van bomen leren hoe we met de natuur moeten omgaan. Leg een stuk hout onder de microscoop en zie hoe de celstructuur is aangepast aan jarenlange belasting. “Hout heeft miljoenen jaren de tijd gehad om aan extreme weersomstandigheden te wennen. Wij gaan naar binnen en achter de kachel zitten zodra het winter is of onweert. Zo beschermen wij onszelf. Een boom doet dat ook, ook al blijft die buiten. Daardoor heeft hout zich geoptimaliseerd aan allerlei belasting en het weer.”
Voor de IO’er, expert op het gebied van ontwerpen vanuit het materiaal, is hout desondanks niet echt interessant. “Het is niet goedkoop en je kunt er geen honderdduizend koffiekopjes van maken of een ander massaproduct. Alleen voor exclusieve designmeubels is het geschikt.” Kandachar ziet meer in intelligente materialen. “Zoals een zonnebril van fotochromisch glas. Die vangt uv-licht op waarna de glazen meekleuren. Op deze manier bepaalt het materiaal wat het product wordt. Ik verwacht van nanotechnologie dan ook veel, omdat je daarmee veel functies in materialen aanbrengt, waardoor intelligente producten ontstaan. Daardoor komen er kunststoffen met leer- en communicatievermogen.”
Vrachtwagenspoiler
Rik Brouwer van de leerstoel productietechnologie (Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) is iets standvastiger in zijn geloof in hout en toont vier plankjes. Ze zijn allemaal even zwaar, maar dat is dan ook het enige. Het eerste is van staal, een millimeter dik en enorm buigzaam. Het tweede is drie millimeter dik en van aluminium. Het volgende is van composiet (een aramidevezel vermengd met het kunststof epoxy), zes millimeter dik en nauwelijks buigzaam. In het vierde plankje, van hout en twaalf millimeter dik, is absoluut geen beweging te krijgen. “De dikte van een materiaal is enorm belangrijk voor de buigstijfheid”, zegt Brouwer. “Die vier plankjes zijn alle vier even zwaar. Het houten plankje heeft vanwege de dikte (bij hetzelfde gewicht) de grootste buigstijfheid. Die eigenschap is erg handig bij bijvoorbeeld de productie van grote, schaalvormige producten als een bootromp, een motorkap, een vrachtwagenspoiler of een kofferdeksel.”
Brouwer is tevens verbonden aan het Centrum voor Lichtgewicht Constructies, een samenwerking tussen de TU en TNO, en zoekt bij elk productontwerp naar het beste compromis tussen materiaaleigenschappen, productietechniek en constructieve eisen. Hij kijkt daarvoor onder andere naar natuurvezels, zoals vlas, sisal en jute. Die vezels bestaan uit cellulose, een sterk materiaal dat in hout en eenjarige planten zit. Van deze vezels worden bij L&R composieten gemaakt, een combinatiemateriaal van vezels en een stof die de vezels verbindt zoals plastic, kunsthars of natuurlijke hars.
Eigenlijk werkte zijn onderzoeksgroep met synthetisch vezels als koolstof, aramide (twaron of kevlar) en glasvezel. Maar sinds een jaar of acht onderzoekt de groep natuurvezels als ecologische verantwoorde vervanger van synthetische vezels. Vergeleken met synthetische vezels zijn natuurvezels goedkoop en hebben ze een laag soortelijk gewicht. Daarnaast kost de productie van de vezels minder energie; het ‘kost’ koolstofdioxide en levert zuurstof op. Verder hebben biocomposieten goede warmte- en geluidsisolerende eigenschappen.
Toch is er volgens Brouwer een kleine kans dat biocomposieten in een dragende constructie van een airbus terecht komen. “Eén jaar slecht weer en de jute een andere kwaliteit dan het jaar daarvoor. Voordat een nieuw materiaal in de luchtvaart wordt geïntroduceerd gaat het een certificeringprocedure door. Een materiaal dat telkens van eigenschappen wisselt, komt daar niet doorheen.”
Volgens Brouwer hebben biocomposieten een slecht imago. Ze zouden makkelijk kunnen rotten. “Maar de FlaxCat, een catamaranbootje van vlas en epoxy waaraan wij gewerkt hebben, vaart alweer zo’n tien jaar. Dus dat hebben we hiermee weerlegd. Biocomposieten rotten niet, mits je ze maar goed inpakt. Het is hetzelfde als met de eeuwenoude houten palen waarop Amsterdam staat. Zo lang ze maar onder water blijven en er geen lucht bij kan, is er niets aan de hand. Zodra ze aan lucht worden bloot gesteld gaat het mis.”
Gesneden koek voor de auto-industrie, overigens. Daar zijn biocomposieten al verantwoorde opvolgers van composieten. Niet voor gebruik aan de buitenkant van de auto’s, want de ‘klasse-A-oppervlaktekwaliteit’ die sommige glasvezelcomposieten kunnen hebben, bereiken biocomposieten nooit. “Biocomposieten zwellenaltijd een beetje, waardoor een glimmend oppervlak er niet in zit”, weet Brouwer. Maar automerken als BMW en Mercedes hebben veel van hun interieurs van biocomposieten gemaakt. Brouwer: “Het duurt nog enkele jaren voordat ook andere bedrijven overtuigd zijn van biocomposieten, en producten in serie zullen produceren. Daarvoor zijn biocomposieten nodig die een constante prijs en kwaliteit hebben en een stabiel productieproces.”
De onderzoeker geeft aan dat composieten in veel verschillende markten toegepast kunnen worden, niet alleen vanwege hun lichtgewichtkarakter, maar ook vanwege hun vormvrijheid en de mogelijkheid om onderdelen te integreren in één product. Dit is handig bij grote complexe producten, zoals een bootromp. Ook producten waar duurzaamheid belangrijk is, zoals de verkeersbrug die Brouwers groep onlangs ontwierp voor Rijkswaterstaat, kunnen profiteren van composieten. “Op zulke producten bespaar je de jaarlijkse schilderbeurt. Composieten zijn onderhoudsvrij, ze roesten niet. Overigens zit in dit brugontwerp glasvezel, en geen natuurvezel.”
Hennep
Een biocomposiet is voor Ursem niet ‘groen’ genoeg. Hij wil een stap verder en is op zoek naar een honderd procent natuurlijke composiet. Deze bevat zowel een biologische vezel als biologische polymeer. “Zo’n composiet is mijn ultieme wens. De planten kunnen speciaal daarvoor worden gekweekt en de producten volledig hergebruikt, zowel de polymeer als de vezel.”
Het meubilair langs de weg ziet Ursem graag als eerste door zijn honderd procent biologische composieten vervangen worden. Nu zijn de paaltjes en vangrails van glasvezel en epoxy gemaakt. Na een ongeluk worden die verbrand, maar dat hoeft bij gebruik van biocomposieten niet meer. Andere toepassingen ziet hij het liefst in automeubilair als bekleding en het dashbord, fietsframes, binnenbekleding van vliegtuigen of bumpers.
Samen met onder anderen Brouwer schrijft Ursem een voorstel voor ‘de weg naar nieuwe biologische composietmaterialen’. Het eerste voorstel is al naar technologiefondsverstrekker STW gestuurd, die reageerde positief. Twee Nederlandse bedrijven, Hemflax en Flexaterm, hebben geld toegezegd zodra het onderzoek begint. Alleen: er is nog geen hoogleraar die het onderzoek kan leiden. Zodra die er is gaat het onderzoek van start.
Op dit moment zoekt Ursem naar vezels die kunnen binden met plantaardige polymeren, zoals vlas, hennep of sisal, dat vanwege zijn kiezelstructuur weinig vocht opneemt. Vooral Nieuw-Zeelands vlas geeft hij een goede kans, omdat de vezels een hoog silicagehalte bevatten, evenals een goede natuurlijke stijfheid en sterkte. “We zoeken naar korte, stugge en sterke vezels die geen vocht opnemen en goed hechten met polymeren”, zegt Ursem. Voor de plantaardige polymeren gelden vergelijkbare eisen: sterk, geen vocht insluiten, goed hechten en binden met de vezel. “Ik heb nog geen kraakhelder beeld van welke plant we kunnen gebruiken voor de biopolymeer. Die moet ik nog zoeken”. Dat doet hij niet door in de botanische tuin te wandelen. “Ik zoek in mijn hoofd.”
Wichelroede
Met een wichelroedeloper die tussen de aula en de bibliotheek op zoek gaat naar water en energievelden, begint maandag 8 maart om 12.30 uur de vijfde editie van de materialenreeks van Studium Generale. Programmasamensteller Marion Vredeling is niet bang dat kritische wetenschappers het zullen wegwuiven als kwakzalverij. “Ik hoop dat mensen nieuwsgierig worden en dat de wichelroede vragen oproept.”
Dat laatste is vast een ding dat zeker is: technische aardwetenschappen zoekt – overigens los van Studium Generale – studenten die als afstudeeropdracht willen meedoen aan proefjes die kunnen leiden tot inzicht in het ontstaan van de energievelden die de wichelroede voelt.
Materialenreeks Studium Generale, van maandag 8 maart tot en met 25 april.
Lezing ‘Het ontwerpen vanuit het materiaal’ door dr. Prahbu Kandachar, op dinsdag 9 maart in de grote zaal van de faculteit IO. Aanvang: 12.30 uur.
Lezing ‘Biocomposieten’ door Bob Ursem en Rik Brouwer, op donderdag 11 maart in het Kluyverlaboratorium (zaal BPT/5A). Aanvang: 20.15 uur. Daarvoor is er een rondleiding door de botanische tuin. Aanvang: 19.30 uur.
www.materialenreeks.tudelft.nl . .
www.cc.tudelft.nl . .
Comments are closed.