Daarmee steekt de Provincie Fryslân zijn nek uit, volgens projectleider Andries Bouwman van NHL Stenden, een van de betrokken onderzoekspartners die het bouwteam voor de ontwikkeling van deze brug ondersteunt. Want een beweegbare biocomposiet brug met zo’n grote overspanning is nooit eerder gebouwd in het openbare wegennet. Zeker niet met 80% biobased composiet.
Biocomposiet is interessant als bouwmateriaal voor infra-constructies, omdat het per eenheid van gewicht sterker is dan staal. Het is vergelijkbaar met glasvezelcomposiet maar dan wel volledig bio-based. Voor een beweegbare brug is dat letterlijk een gewichtige factor, want hoe zwaarder de brug, hoe zwaarder de benodigde aandrijving en hoe meer energie wordt verbruikt. Energie speelt een grote rol in de Life Cycle Analyse (LCA) en is dus mede bepalend voor het duurzaamheidsniveau. De verwachting is straks dat de brug een gewicht zal hebben dat vergelijkbaar is met dat van eenzelfde brug in glasvezelcomposiet maar dan wel bio-based.
Biohars in ontwikkeling
Een team van NHL Stenden en Hogeschool Windesheim, vanuit het initiatief Green PAC, Hochschule Osnabrück en TU Delft onderzoekt momenteel de beste manier om de nieuwe biocomposiet brug uit te voeren. Bij eerdere projecten, zoals de voetgangersbrug in Wildlands Adventure Zoo Emmen, werd natuurvezel nog gecombineerd met traditioneel composiet, maar dat wordt hier anders.
Daan van Rooijen, lector Biocomposieten bij NHL Stenden Emmen vanuit Green PAC, legt uit: ‘De biohars die we in Emmen gebruikten, was oorspronkelijk ontwikkeld voor het gebruik met traditionele glasvezel. Met vlasvezels bleek deze niet goed uit te harden, vanwege het vocht dat daar van nature in zit, zelfs na droging.’
‘Biohars is nog voortdurend in ontwikkeling’, vult Rik Brouwer van ingenieursbureau Lightweight Structures en tevens betrokkene bij Green PAC aan. ‘Er komen steeds meer producten op de markt. Zo zijn er bioharsen die perfect presteren, maar alleen uitharden bij 80 graden Celsius. Voor veel producten is dat prima, maar niet voor een brugdek van 66 meter. We kiezen de hars die het beste aansluit bij dit product en onze biobased doelstelling.
Natuurvezels
Een bijkomende complexiteit bij composieten is dat de hars gegoten of geïnjecteerd moet worden, gelijkmatig moet vloeien én moet uitharden zonder luchtbelletjes. En dan moet hij ook nog eens tegen vocht bestand zijn. De natuurvezel drogen voordat de hars wordt geïnjecteerd, klinkt eenvoudiger dan het is: ‘Mensen in de fabriek zijn uren bezig om de mal vol te leggen met tientallen lagen vezelmateriaal. Op het moment dat je dit materiaal in de open lucht verwerkt, trekt er weer vocht in.’
Peter Bosman, onderzoeker kunststoftechnologie bij Windesheim vanuit Green PAC vult aan: ‘Bovendien trekt hars na het uitharden altijd weer een beetje vocht aan. Soms is het misschien zinvoller om van te voren het juiste percentage vocht in te brengen. Ook dat zijn keuzes die we willen nagaan.’
Een ander punt van onderzoek vormt de toe te passen vezel, waarvoor onder meer wordt gekeken naar vlasvezel-weefsels, maar ook naar een biosynthetische vezel. Die is gemaakt uit biobased grondstoffen en lijkt meer op glasvezel, dan op een natuurproduct. Brouwer: ‘Het voordeel hiervan is dat je echt een industrieel product hebt met constante eigenschappen, in plaats van de grilligheid van een natuurlijk product. Maar het is wel erg duur en daardoor economisch minder interessant.’
Bovendien wordt de biosynthetische vezel niet echt duurzaam geproduceerd, vindt Bosman: ‘Deze weefsels zijn geweven in Zuid-Korea van draad, gemaakt van cellulose uit bomen uit de VS. Het heeft nogal een grote CO2-footprint.’
Linnen of kaardeband
Vlasvezels zijn goedkoper en worden als agrarische producten gewoon in Nederland geproduceerd. Van oudsher wordt er linnen van gemaakt. Dat is volgens Rik Brouwer echter niet geschikt voor biocomposiet. ‘Vlasvezelmatten voor biocomposiet zijn volkomen andere producten dan de fijne linnen weefsels die in de textiel gebruikelijk zijn. Wij willen dat de vlasvezels niet helemaal strak geweven zijn maar meer in één richting lopen in lange, rechte lagen. Dat is mechanisch beter en nodig om ze goed met hars te kunnen impregneren.’
Dat maakt een aanpassing van het productieproces in de vlasindustrie noodzakelijk. Volgens Daan van Rooijen is de natuurvezelindustrie vooral op zoek naar manieren om de kosten van de weefsels omlaag te krijgen. En dat is niet moeilijk, want we hebben ook wel composieten gemaakt van kaardeband, of ‘slivers’. De halffabrikaten voor garens.’
‘In Frankrijk is overigens al een actieve vlasindustrie, die vezels maakt voor composieten. Maar daarbij gaat het vooral om consumenten producten, zoals koffertjes en fietsframes, niet om bruggen.’ Dat maakt nogal een verschil, want een brug is constructief gezien een van de meest ingewikkelde constructies, gezien de verschillende belastingen die daarbij een rol spelen: niet alleen neerwaartse druk, maar bij lichtere constructies mogelijk ook windbelasting, trillingen, verkeersvermoeiing en het openen en sluiten van het bewegend gedeelte.
Levensduur van 50 jaar
De levensduur van minimaal 50 jaar moet worden aangetoond met trekproeven, drukproeven, buigingsproeven en vermoeiingstesten. Daarvoor is onder anderen Torsten Krumpholz ingeschakeld, professor kunststoftechniek van de Hochschule Osnabrück. ‘We meten in het laboratorium de maximale belasting van proefstukken, de dynamische belastingen met verhoogde frequentie en de weersbestendigheid met een UV-lamp, hoge luchtvochtigheid, eventueel zelfs zoute nevel en temperatuurwisselingen. Zo kunnen we in 2 weken testen wat in werkelijkheid 5 jaar duurt.’ Uiteindelijk is daarmee vrij nauwkeurig aan te tonen hoe lang de brug meegaat bij een bepaalde belasting.
Uiteindelijk moeten alle onderzoeken, testen en metingen eraan bijdragen dat er normen worden ontwikkeld voor productie van biocomposiet bruggen. Dergelijke normen bestaan al voor het bouwen in beton, staal en hout, maar nog niet voor biocomposiet met natuurvezels. Een goede zaak, vindt Van Rooijen. ‘Want als we meer bruggen maken van agrarische producten in plaats van hardhout, zijn we minder afhankelijk van Scandinavische of Russische bosbouwbedrijven. We laten de bossen ongemoeid en helpen daarmee de biodiversiteit.’
Naar verwachting start de bouw van de fietsbrug in Ritsumasyl medio 2018 en is de oplevering begin 2019. Meer informatie is te vinden op de website van DRIVE.
