“Ons vakgebied is volop in beweging”, zegt Jos Brouwers. “Dat komt grotendeels door de steeds strengere milieueisen met betrekking tot grondstoffen en energie die aan de bouwsector worden opgelegd.” Innovatie in de bouw is dus een noodzaak. Net als bijna iedereen aan de TU/e is Brouwers voortdurend op zoek naar beter, milieuvriendelijker en goedkoper. “En die laatste twee dingen gaan opvallend vaak samen.”

Daarbij heeft elke vooruitgang in de bouw -vanwege de omvang van de sector- een gigantische impact. “De bouw, en dan heb ik het niet alleen over gebouwen, maar ook over infrastructuur, zoals wegen, is goed voor misschien wel 95 procent van alle grondstoffen en materialen die de mensheid gebruikt.” In absolute cijfers tikt een relatief kleine besparing dan al snel flink aan.

De keuze van bouwmaterialen kan op twee manieren bijdragen aan het milieu, vertelt de hoogleraar. “Enerzijds kun je de kringloop sluiten door bouw- en sloopafval te hergebruiken en aan de andere kant kun je producten zó maken dat ze zuiniger en duurzamer zijn in de gebruiksfase. Daarbij moet je denken aan gebouwen die je minder hoeft te ventileren, of materialen die warmte vasthouden.”

Op het gebied van recycling wordt in Nederland al veel gedaan. Niet alleen bij consumentenafval wordt al onderscheid gemaakt tussen plastic, papier, glas, GFT, en overig afval; ook gescheiden sloop is inmiddels gemeengoed, vertelt Brouwers. “Daarin hebben we de afgelopen twintig jaar echt grote stappen gezet. Nederland loopt hierin wereldwijd voorop.”

Sloopbeton, bijvoorbeeld, wordt verpulverd om de samenstellende stoffen -cement en aggregaat (zand en grind)- te scheiden voor hergebruik. “Dat gebeurt met een machine met grote stalen kaken. Wij werken aan het verbeteren van die methode. Het blijkt dat als je de kaken meer parallel opstelt, de betonkorrels niet meer doormidden breken, maar dat de breuk in plaats daarvan ontstaat op het grensvlak van het aggregaat. Door het beton slim te breken, zoals wij dat noemen, kun je beide componenten beter scheiden en voor hoogwaardigere toepassingen hergebruiken. We hebben in het lab inmiddels aangetoond dat de methode werkt en het bedrijf VAR heeft al zo’n slimme breker laten maken en is van plan die op grote schaal te gaan gebruiken.”

“In veel landen wordt as gewoon gedumpt, maar voor ons heeft het economische waarde”

Een heel ander voorbeeld van recycling in de bouw is het verwerken van verbrandingsassen. De as die overblijft na verbranding van steenkool in kolencentrales, de zogeheten poederkoolvliegassen (waarbij vliegassen in tegenstelling tot bodemassen moeten worden afgevangen in de schoorsteen) wordt in Nederland al voor honderd procent verwerkt in bouwmaterialen, voornamelijk beton. “In andere landen wordt die as vaak nog gedumpt, of gaat zelfs gewoon de schoorsteen uit, terwijl het in ons land een positieve economische waarde heeft. Bovendien heb je geen ruimte meer nodig om het te storten.”

Brouwers wil nog een stap verder gaan, door te kijken of ook de assen die overblijven na verbranding van huisvuil, papierslib en biomassa kunnen worden gebruikt om huizen te bouwen of wegen aan te leggen. “Afhankelijk van de bron moet de as nog wel nabewerkt worden”, zegt hij. “Vaak moet je de as nog naverbranden, wassen of zeven. Soms vanwege milieueisen, maar soms is nabehandeling nodig om er sterk beton mee te kunnen maken.”

Een andere belangrijke lijn binnen Brouwers’ groep vormen nanomaterialen. Wederom geen term die je associeert met snelwegen en kantoorflats, maar het blijkt dat het bijmengen in beton van relatief kleine hoeveelheden nanosilica -afvalmateriaal van de productie van computerchips en zonnepanelen- zeer voordelig is. “Een kilo nanosilica kan tot vier kilo cement vervangen. Daarmee kun je de hoeveelheid cement, de duurste en meest milieubelastende component van beton, met tientallen procenten reduceren.” Hoewel de oorsprong heel anders is, heeft de nanosilica met verbrandingsassen gemeen dat het een korrelig materiaal is - ‘granulair’ in vaktaal.

Of beton sterk genoeg is om mee te kunnen bouwen, is voornamelijk afhankelijk van de grootte van de verschillende korrels in het betonmengsel. Een van de specialismen van de groep van Brouwers is het simuleren van dergelijke materialen in de computer. “We bestuderen de korrelpakking met modellen, en ook de mineralogie: hoe korrels met elkaar reageren. Maar ook experimenteel hebben we alles in huis: we kunnen de grondstoffen chemisch en fysisch karakteriseren, de bouwmaterialen zelf maken en in het lab testen of ze voldoen.” Dat alles op kleine schaal: voor grootschalige tests zijn de onderzoekers afhankelijk van contacten met het bedrijfsleven. En die zijn er in ruime mate. Een van de directe uitvloeisels van Brouwers’ modellen is ultralicht beton: door een optimale verdeling van korrelgroottes is dat vrijwel net zo sterk als gewoon beton, maar wel veel lichter en bovendien warmte-isolerend.

Titaniumoxide geeft materialen luchtzuiverende en zelfreinigende eigenschappen

Misschien wel het meest aansprekende deel van Brouwers onderzoek draait om titaniumdioxide. Door die stof in betonklinkers, behang, of houtwolcementplaat te verwerken, ontstaan materialen met luchtzuiverende en zelfreinigende eigenschappen. De werking van titaniumoxide is gebaseerd op een zogeheten fotokatalytisch effect: onder invloed van licht zet het titanium schadelijke gassen als stikstof- en zwaveloxiden en vluchtige organische stoffen om in onschuldige stoffen. Een grootschalige test met dergelijke luchtzuiverende betonklinkers in Hengelo trok vorige zomer zelfs de aandacht van de BBC.

“We zijn er nu achter gekomen dat je de werking van nanotitanium nog kunt versterken door er nanosilica bij te mengen. Dat kan van belang zijn voor toepassingen binnenshuis. Meubilair, verf en computers geven kleine hoeveelheden giftige stoffen als formaldehyde en tolueen af. Dat is moeilijk te meten en daardoor nog nauwelijks gereguleerd, maar wij hebben nu de apparatuur om deze schadelijke binnenluchtgassen te meten. Door titanium in muren en plafonds te verwerken, zou je die stoffen onschadelijk kunnen maken.”