2 3 thema Nederland circulair in 2050 Het Europese parlement heeft een belangrijke rol gespeeld in de brede introductie van het begrip circulariteit. Een belang - rijke reden voor het parlement was het gegeven dat Europa voor veel essentiële grondstoffen afhankelijk is van landen buiten Europa (fig. 3). Ook in de publicatie 'Nederland circu - lair in 2050' van de Rijksoverheid (september 2016) [1] wordt de afhankelijkheid van andere landen als een van de drie redenen genoemd om te streven naar een circulaire economie ("Van de 54 kritieke materialen voor Europa moet 90% worden geïmporteerd, vooral uit China. Nederland haalt 68% van zijn grondstoffen uit het buitenland"). De andere redenen zijn de explosieve stijging van de vraag naar grondstoffen en de samenhang met de uitstoot van CO 2. Volgens genoemde publicatie moeten kritieke en niet- duurzaam geproduceerde grondstoffen worden vervangen door duurzaam geproduceerde, hernieuwbare en algemeen beschikbare grondstoffen en moet het ontstaan van afval worden voorkomen. Verder moet er sprake zijn van hoog - waardig hergebruik. Wat hoogwaardig precies inhoudt wordt niet generiek beschreven, maar duidelijk is dat dit per grondstof anders kan zijn.      Grondstoffen voor beton De grondstoffen voor cement en beton (kalksteen, klei, grind en zand) zijn wereldwijd onbeperkt beschikbaar. Dat geldt ook voor onze regio (fig. 4). Ze vallen dus onder de categorie 'alge- meen beschikbaar'. De maatschappij legt wel beperkingen op aan de winning van deze grondstoffen. Winning wordt alleen toegestaan onder de voorwaarde van maatschappelijke meer - waarde. Voor zand en grind zijn dit het creëren van nieuwe natuur of recreatie mogelijk heden of meer ruimte voor een Kan beton nog circulairder? 1 ir. Edwin Vermeulen MBA Betonhuis 1 Spoorballast wordt gerecycled en vervolgens gebruikt als toeslagmateriaal in beton.foto: Marc Pasqual 2 Zoekgedrag in Google volgens Google Trends3 Productieconcentratie van kritieke materialen4 Bodemsamenstelling Nederland Consequenties en mogelijkheden circulair beton Uit Google Trends blijkt dat vanaf 2013 het begrip circulaire economie algemeen bekend begon te worden. Sinds ongeveer 2015 wordt er in Google meer gezocht op circulaire economie dan op de begrippen LCA en MKI (fig. 2). Circulariteit lijkt ondertussen zelfs een doel op zich te worden, waarbij het hoofddoel, milieuwinst, soms uit het oog wordt verloren. Onvermijdelijk raakt het streven naar een circulaire economie ook het materiaal beton. In dit artikel gaan we in op de consequenties en mogelijkheden voor beton, waarbij we ons beperken tot het materiaal zelf. 1 juli 2017 1 oktober 2013 1 januari 2010 100 75 50 25 ? circulaire economie ? MKI duin zeeklei zand veen rivierklei löss 2 3 4 Kan beton nog circulairder? Kan beton nog circulairder? 4 2018 4 2018 thema 4 5 5 Thermisch gereinigd teerhoudend asfaltgranulaat6 Op laboratoriumschaal geproduceerd grof toeslagmateriaal met een 'slimme breker' Tabel 1 Milieukosten en CO 2-emissies voor beton met en zonder betongranu - laat. Het toepassen van betongranulaat in beton heeft geen invloed op de mili - eukosten, waardoor de transportafstand bepalend is voor de beste toepassing (fundatie- of toeslagmateriaal). Gegevens zijn gebaseerd op ontwerptool Groen Beton en MRPI-bladen van VOBN Kwaliteit % granulaat MKI CO2 [kg/m 3] C20/25 0% ? 10,98 116 C20/25 20% ? 11,06 117 C20/25 50% ? 11,17 119 C20/25 100% ? 11,09 120 C30/37 0% ? 12,17 131 C30/37 20% ? 12,31 133 C30/37 50% ? 12,42 135 C30/37 100% ? 12,34 136 len (grof betonpuin opwarmen tot > 600 °C, waarna het makkelijk mechanisch te verkleinen is), breektechnieken waarbij hoofdzakelijk het cementsteen breekt ('slim breken') en gebruik van een hoge elektrische puls (thermische expansie van de cementsteen op het grensvlak met het toeslagmateriaal c.q. drukgolven, waarbij de treksterkte wordt overschreden). Deze technieken kunnen in theorie op termijn de traditionele brekers vervangen. Vooral het slim breken, waarvoor meer - dere concurrerende technieken in ontwikkeling zijn, lijkt wat technologie betreft kansrijk. De andere technologieën zijn moeilijker op te schalen en/of verbruiken zeer veel energie.   Uit onderzoek is gebleken dat het bij slim breken vrijkomende toeslagmateriaal gelijkwaardig is aan primair toeslagmateriaal. Slim breken maakt het daardoor makkelijker om naast de grove fractie ook de fijne fractie toeslagmateriaal opnieuw toe te passen in beton. De fijne fractie van regulier betongranulaat is wel toe te passen in beton, maar vraagt qua handeling vaak aanpassingen aan de opslag en doseerinstallaties en bovendien heeft toepassen van de fijne fractie ook bij lage vervangingspercentages consequenties voor de rekenregels voor de constructeur.    Nadeel van de geavanceerde betonrecyclingtechnieken is dat, waar de cementsteen bij 'gewone' betonrecycling als onderdeel van het betongranulaat mee terug het nieuwe beton in gaat of bijdraagt aan de sterkte van een fundering, er bij de geavan - ceerde recyclingtechnieken een grote aparte poederfractie ontstaat. Deze fractie, minimaal 400 kg per gerecyclede m 3 beton, is verhoudingsgewijs veel te veel om dit materiaal samen met het gerecyclede toeslagmateriaal als vulstof in hetzelfde nieuwe beton toe te kunnen passen. Het kan daar - naast wel als vulstof in beton met primaire materialen worden toegepast, maar het levert milieutechnisch en betontechnolo - gisch geen meerwaarde in vergelijking met de gebruikelijke (secundaire) vulstoffen.      Cement recyclen Zoals beschreven behouden materialen in afgedankte produc - ten idealiter hun oorspronkelijke kwaliteit, om opnieuw in hetzelfde soort product te kunnen worden gebruikt. Op het niveau van betonelementen is dat goed denkbaar. Op het niveau van de grondstoffen voor beton echter niet. De toeslag - materialen zand en grind wijzigen weliswaar niet wezenlijk bij de toepassing in beton, maar cement reageert met water tot een nieuw product. Dat nieuwe product, de cementsteen, kan niet zonder bewerking opnieuw reageren met water. Weliswaar is er altijd een deel van het cement in beton aanwezig dat nog niet is gehydrateerd, maar dit aandeel (gemiddeld minder dan 20%) is onvoldoende om te kunnen toepassen als bindmiddel. achtige fractie die overblijft na de verbranding van vooral huishoudelijk afval) in met name betonnen bestratingsproducten zoals stenen, tegels en banden. Verder wordt spoorballast gerecycled en vervolgens als toeslagmateri - aal in beton toegepast (foto 1) en ook bij de het thermisch reinigen van teerhoudend asfalt ontstaat toeslagmateriaal dat in beton wordt verwerkt (foto 5).    Slim breken Naast het 'gewone' hergebruik van betongranulaat zijn er meerdere technieken in ontwikkeling om betonpuin zodanig te behandelen dat het oorspronkelijke toeslagmateriaal weer vrijwel in zijn originele staat, dus vrij van cementsteen, wordt teruggewonnen. Deze technieken maken gebruik van het verschil in eigenschappen tussen de cementsteen en het toeslagmateriaal. Het gehydrateerde (en voor een klein deel ongehydrateerde) cement komt hierbij ook als separate fijne fractie vrij.  Voorbeelden van deze technieken zijn het thermisch behande - dunne laag asfalt kan worden toegepast. Ook LCA-analyses tonen aan dat er uit milieuoogpunt geen algemene voorkeur bestaat (zie tabel 1). De lokale match tussen vraag en aanbod en de transportafstand zijn daarom bepalend voor de milieu technisch beste toe passing. Als er overigens ooit geen vraag meer zou zijn naar fundatiemateriaal, dan zal al het betonpuin probleemloos worden toegepast in nieuw beton. Doordat er meer wordt gebouwd dan gesloopt, kan het vrijkomende betongranulaat namelijk maximaal circa 20% van de vraag naar grind vervan - gen [2], terwijl de regelgeving voor beton 30% vervanging toestaat voor alle beton toe passingen. De betonindustrie is er ook klaar voor om al het vrijkomende betongranulaat te ge brui ken voor de productie van nieuw beton. Wanneer de vraag naar fundatiemateriaal gaat dalen, zal door marktwer - king (vraag neemt af en de prijs daalt) de toepassing van betongranulaat vanzelf verschuiven naar toeslagmateriaal voor beton.     Circulariteit door het combineren van ketens Er zijn vele definities van circulariteit. Men zou kunnen stellen dat idealiter materialen in afge dankte producten hun oorspronkelijke kwaliteit behouden om opnieuw in hetzelfde soort product te kunnen worden gebruikt. Dergelijke volledig gesloten productketens zijn in de praktijk echter op grondstofniveau niet of nauwelijks haalbaar. Zelfs bij de recy - cling van een kostbaar materiaal als roest vaststaal moeten nieuwe grondstoffen worden bijgemengd en ontstaat er een nieuwe reststroom in de vorm van een slak. In het kader van het streven naar een circulaire economie is het in dit voor - beeld vooral van belang dat zoveel mogelijk wordt gerecycled (na een lange gebruiks fase), dat er geen kritieke materialen worden toegevoegd en dat voor de slak een nuttige toepassing wordt gevonden.   De praktische aanpak zoals beschreven in 'Nederland Circu - lair in 2050', alleen duurzaam geproduceerde, hernieuwbare en algemeen beschik bare grondstoffen gebruiken en geen afval creëren, is dan ook realistischer. Beton voldoet nu al aan dit streven voor 2050, al valt er natuurlijk nog wel veel te winnen op het gebied van adaptief en demontabel bouwen.   Beton leverde al een grote bijdrage aan de circulaire economie voordat dit begrip bestond. Zo worden reststromen uit andere industrieën al decennia gebruikt: slak afkomstig van de ruw ijzer productie en vliegas afkomstig van kolengestookte elektriciteitscentrales. Door deze nuttige toepassingen wordt afval in andere ketens opgewaardeerd tot bijproducten. Een recenter voorbeeld van de toepassing van secundair materiaal uit andere ketens is het gebruik van AEC-granulaat (de steen- rivier om overstromingen te voorkomen. Dit leidt, ook in de voorzienbare toekomst, tot voldoende beschikbaarheid van zand en grind.         Hoogwaardig recyclen = eigen keten? Kenmerkend voor beton is de zeer lange levensduur, zodat afdanken niet snel gebeurt. Indien beton toch wordt afgedankt, dan moet het volgens 'Nederland circulair in 2050' hoogwaardig worden gerecycled en ingezet om nieuwe producten van te maken. Beton krijgt vaak een herbe stemming, de ene keer door een gebouwtransformatie, waarbij alleen het betonskelet opnieuw wordt gebruikt; de andere keer door simpel hergebruik van een beton klinker of -tegel. En als er toch wordt gesloopt, dan wordt 100% van het betonpuin nuttig her gebruikt. Het grootste gedeelte wordt toegepast als wegfundatiemateriaal en een klein deel wordt toegepast als toeslagmateriaal in nieuw beton. Door velen wordt de toepassing van betongranulaat in nieuw beton gezien als 'hoogwaardig' en de toepassing als fundatie - materiaal als 'laagwaardig'. Dat is echter niet gebaseerd op milieutechnische argumenten. Het materiaal blijft zo in de eigen keten en dat voelt goed. Bovendien wordt er dan gevoelsmatig bespaard op primaire grondstoffen (die boven- dien niet schaars zijn). Gebruikte 'argumenten' zijn dan bijvoorbeeld: "Gesloopt beton verdient een hoogwaar - dig tweede leven en hoort niet onder het asfalt terecht te k o m e n ." In werkelijkheid is de toepassing van betongranulaat als toeslagmateriaal voor nieuw beton niet beter ('hoogwaardi - ger') of slechter ('laagwaardiger') dan de toepassing als fundatie materiaal. In beide gevallen worden vergelijkbare primaire grondstoffen vervangen. Het nog niet gereageerde cement in het betongranulaat levert ook nog meerwaarde in fundaties door opbouw van sterkte, waardoor een relatief 5 6 Kan beton nog circulairder? Kan beton nog circulairder? 4 2018 4 2018 thema 6 7 Gewassen gerecyclede spoorballast natieven zoals CO 2-afvang en nieuwe klinker soorten. Er zijn meerdere technieken in ontwikkeling om minimaal 55% tot meer dan 70% van de CO 2-emissie bij de productie van cement af te vangen. Hoewel met de slimme breker toeslagma - teriaal kan worden geproduceerd dat kwalitatief beter is dan regulier betongranulaat, lijkt het vanwege de resterende poederfractie daarom beter om beton op de reguliere wijze te breken tot betongranulaat en dat betongranulaat lokaal toe te passen als fundatie- of toeslagmateriaal.      Risico's circulariteit Het streven naar circulariteit resulteert in een steeds groter aanbod van alternatieve materialen voor toepassing in beton. Dit biedt tal van kansen voor het materiaal beton en draagt bij aan de circulariteit van andere ketens. Het brengt echter ook risico's met zich mee dat er materialen toegepast gaan worden die ofwel direct negatieve consequenties hebben voor de betonkwaliteit of die op termijn het hergebruik van betongra - nulaat verhinderen. Nieuwe materialen zullen daarom zeer kritisch moeten worden onderzocht op geschiktheid voor toepassing in beton, rekening houdende met de toekomstige recycling.      Conclusie Het sterkste milieuvoordeel van beton is zonder twijfel de zeer lange en onderhoudsarme levensduur, zodat de op het gebied van circulariteit te behalen winst beperkt is in vergelijking met materialen met een veel kortere levenscyclus. Beton kan volgens de definitie van Nederland circulair in 2050 nu al als circulair worden beschouwd, doordat er uitsluitend gebruik wordt gemaakt van algemeen beschikbare grondstoffen en er geen afval wordt gecreëerd. Daarbij worden productketens gecombineerd. Beton draagt zelfs bij aan het oplossen van afvalvraagstukken van andere industrieën. Winst op het gebied van circulariteit moet voor beton dan ook vooral worden gezocht in hergebruik van bouwwerken en bouwdelen door demontabel en adaptief ontwerpen. ?     ? LITERATUUR 1 Nederland circulair in 2050, september 2016. Het ministerie van Infrastructuur en Milieu en het ministerie van Economische Zaken, mede namens het ministerie van Buiten landse Zaken en het ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties. 2 #duurzaambeton ? trending topics, Betonplatform, november 2014. 3 Brouwers J.,Florea M., Slim breken sluit materiaalkringloop, Cement 2013/4 Uit onderzoek blijkt dat de gerecyclede cementsteen, zonder verdere behandeling, voor de toepassing in beton als vrijwel inerte vulstof kan worden beschouwd.    Mogelijk is de bij slim breken vrijkomende poederfractie bruikbaar voor de productie van portlandcementklinker, de basisgrondstof voor cement. Voordeel is dat er dan minder kalksteen hoeft te worden gebruikt voor de productie van klinker en er dus er minder CO 2 als gevolg van de calcinatie vrijkomt. Door het hoge aandeel hoogovencement in Neder - land en vooral doordat een deel van het zand bij de bij slim breken vrijkomende poederfractie terecht komt (circa 30% volgens [3]), is het dan noodzakelijk om voor de productie van klinker naast de gerecyclede cementsteen tevens kalksteen toe te voegen.  Circa 55% van de CO 2-emissie bij de productie van portland - cement komt vrij bij de calcinatie van kalksteen (de omzetting van CaCO 3 in CaO en CO 2). Portlandcementklinker bestaat vooral uit C 3S en in mindere mate C 2S, waarbij de C staat voor calciumoxide (CaO) en de S staat voor siliciumdioxide (SiO 2). Op basis van het totale hoge gehalte aan siliciumdioxide en het relatief lage gehalte aan calciumoxide in de gerecyclede cementsteen kan maximaal circa 35% van de kalksteen worden vervangen, waarmee voor de productie van portlandcement een CO 2-reductie van circa 19% zou kunnen worden gerea- liseerd. Een dergelijk hoog vervangings percentage zal in de praktijk niet haalbaar zijn vanwege de aanwezigheid van andere stoffen zoals zwavel.   Een CO 2-reductie van 19% is als ambitie sowieso te gering, zeker in vergelijking met tevens in ontwikkeling zijnde alter - 7 Kan beton nog circulairder? 4 2018 thema