Daan van Rooijen over biocomposiet als bouwmateriaal

Associate lector duurzame kunststoftechnologie Daan van Rooijen ziet ontwerpen en bouwen met biocomposieten als dé manier om het grondstofverbruik en de afvalproductie van de bouw rigoureus omlaag te brengen. Technisch kan het, maar onbekendheid met het materiaal en het gebrek aan samenwerking met industrie en werktuigbouwers maken dat biocomposieten vooralsnog een marginaal bestaan leiden.

Daan van Rooijen

Daan van Rooijen (56), associate lector duurzame kunststoftechnologie bij nhl stenden, noemt zichzelf een gepassioneerd ontwerper. Al tijdens zijn opleiding tot industrieel ontwerper aan de tu delft in de jaren tachtig werd die passie aangescherpt richting milieuvriendelijk ontwerpen. Hij startte in 1992 zijn bedrijf kiem innovations, waar hij met zakelijk partner siem haffmans direct al ervaring opdeed in eco-designprojecten, terwijl dat ontwerpuitgangspunt in die jaren bij de massa zeker nog niet en vogue was. “toch stond toen al voor veel ontwerpers vast dat we met z’n allen iets aan de milieuproblematiek in de wereld moesten doen”, steekt hij van wal.

“Producten en consumptie waren een belangrijk aspect daarbij. Want of het nu om huizen, auto’s of meubels gaat, ons werd duidelijk dat zorg voor het milieu niet of nauwelijks werd meegenomen in het ontwikkelen van onderdelen voor die en andere producten. Dat moest anders vonden we. We concludeerden dat we het vak van industrieel ontwerper opnieuw moesten uitvinden door vanaf de tekentafel andere ontwerpuitgangspunten te formuleren. Als kiem innovations deden we dat in de vorm van advies aan klanten als Daf trucks, Volvo en meubelfabrikant Ahrend. Wij bogen ons over vragen als hoe je een auto-, vrachtwagen- of meubelonderdeel milieuvriendelijk kunt ontwerpen en welke data en materialen daarbij passen. op een gegeven moment kwam toen ook biocomposiet in beeld. Deze grondstof is opgebouwd uit langwerpige natuurlijke materialen, zoals vlas of hennep die door een hars op elkaar gedrukt worden, net zoals lijm CLT-planken hun stevigheid geeft.”

Je was dus al vroeg bezig met circulair ontwerpen? “Dat kun je wel zeggen. De voorganger van circulair bouwen was eco-design, dat was het specialisme van ons bureau. Wij wilden producten ontwerpen die veel minder energie en materiaal verbruiken en minder afval veroorzaken. medio jaren negentig startten we als klein bureau het project biolicht, een project met een omvang van tien miljoen gulden dat zich ging richten op onderzoek en ontwikkeling van producten, gemaakt van natuurvezels, geschikt voor de carrosserie- en trailerbouw. Achterliggend idee was brandstofbesparing door gewichtsafname door toepassing van composieten in plaats van staal en glasvezels. We deden samen met de Wageningen Universiteit, kennisinstituut ECN en de afdeling Lucht en Ruimtevaart van de TU Delft fundamenteel onderzoek naar materiaaleigenschappen. zo zetten we de eerste stappen richting ontwerpen met biocomposieten.”

Een zoektocht dus naar de remedie tegen negatieve milieueffecten? “Daar komt het wel op neer. Ik ben me verder gaan specialiseren in biocomposieten. Ik dacht toen nog niet direct aan hout als bouwmateriaal, maar wel was duidelijk dat staal en beton grote problemen gaan geven als we tien miljard mensen op aarde willen gaan huisvesten met die materialen. Willen we met z’n allen duurzaam overleven op deze aarde, dan moeten we onze global footprint terugdringen van vijf aardbollen naar de grondstofcapaciteit van één aardbol. Dat betekent de productiviteit van onze grondstoffen met 80 procent verbeteren, waardoor we minder negatieve milieu-effecten sorteren met onze producten. Dus voor dezelfde functionaliteit 80 procent minder grondstoffen, 80 procent minder energie en of 80 procent minder natuurdegradatie en afval (Factor V, Weizsäcker and Hargroves a report to the club of Rome) daar ligt een uitdaging van formaat op ons te wachten.”

Wat betekent dat voor de bouwsector? “Veel! De automotive en scheepvaartindustrie hadden als eerste sectoren in de gaten dat er forse winst te boeken viel met gewichtsbesparing door gebruik van composieten. In eerste instantie door toepassing van glasvezel en carbonfiber, later met milieuvriendelijkere composieten. De bouwsector is door onbekendheid met de materie nog lang niet zover, terwijl er op dit vlak toch grote kansen liggen.”

Is bouwen met biocomposieten ingewikkeld? “in eerste instantie wel. Het is zelfs een vrij complexe materiaaltechnologie, omdat je de composieten eerst moet ontwerpen. maar zodra je weet hoe een constructie in elkaar zit, kun je ook bepalen hoe je de vezels moet plaatsen en precies daar zit de kracht van composietvezels. de natuur doet namelijk precies hetzelfde. Als je naar een boom of een bot kijkt, dan ontdek je vezelstructuren die een optimale sterkte of juist buigzaamheid bewerkstelligen. Als je dat principe volgt, kun je een loeisterke superlichtgewicht monocoque voor een formule 1 racewagen ontwerpen, maar ook een lichte, supersterke draagstructuur voor een gebouw.”

En waarom doen architecten dat dan niet? “ze kennen de mogelijkheden van biocomposieten nog niet en dat is hen slechts deels aan te rekenen. Architecten worden namelijk nog niet opgeleid in ontwerpen met composieten. Dat is bij studenten lucht- en ruimtevaart, werktuigbouwers en industrieel ontwerpers heel anders. zij krijgen er tijdens hun opleiding volop mee te maken en kennen de ontwerpmogelijkheden.”

Kunnen architecten überhaupt wel met composieten werken? “niet vanzelfsprekend. rekenen, construeren en ontwerpen met composieten is een vak apart, maar voor de bouw toch buitengewoon interessant omdat de vormvrijheid enorm is. veel groter althans dan in staal of beton. Je kunt werken met ultradunne schalen, sandwichpanelen en organische vormen die net zo sterk zijn als staal en beton, maar slechts een fractie van dat materiaal wegen. dat maakt het ontwerpproces een stuk complexer, maar dat het kan, bewijst de auto-industrie. daar wordt steeds meer staal door composieten vervangen, terwijl de auto’s er veiliger en zuiniger op zijn geworden.”

Wie gaat de sector leren bouwen met biocomposieten? “Als we niet oppassen de Chinezen. Dat land heeft een stevige vinger in de pap als het om consumentenproducten gaat. wat wordt er niet in china gemaakt? Het is goed denkbaar dat ze een compleet modulair systeem gaan ontwikkelen in staal of kunststof, dat in containers vervoerd kan worden en waarmee zeer betaalbare, hoogwaardige, lichtgewicht woningen als een Ikea-pakket in elkaar gezet kunnen worden. De chinese industrie zou dat kunnen doen en doet het al op kleine schaal. En als het daar niet vandaan komt, dan wel uit een ander land, maar de industrie gaat hoe dan ook aan de gang met huizen bouwen met Legobouwsystemen, die je op elke plek op de wereld in elkaar kunt klikken.”

Wat moeten architecten dus doen? “Leren samenwerken met partijen als de industrie, werktuigbouwers, industrieel ontwerpers en ontwerpers van biocomposieten. En net zoals de auto-industrie nieuwe modellen ontwikkelt die in een fabriek geassembleerd worden, ontkomen architecten er niet aan te leren hun gebouwen industrieel te ontwerpen. De bouw kan wat dát betreft niet achterblijven om zo ook mee te kunnen blijven doen in de race naar meer kwaliteit voor de helft van de prijs en met een factor 5 minder nadelige milieu- en natuureffecten. We zullen hoe dan ook enorme stappen moeten zetten om het klimaatakkoord van Parijs te halen. Dat kan prima in samenwerking met de moderne industrie. Daar gaat het allang niet meer om eenheidsworsten produceren, maar om een op maat gemaakt gevarieerd aanbod. Dat productieapparaat en die denkwijze zou de bouwsector moeten omarmen om zo het betaalbare, milieuvriendelijke en kwalitatief hoogwaardige product huis van de band te laten rollen.”

Wat is het grootste vooroordeel tegen biocomposiet? “Onder architecten leeft volgens mij het idee dat bouwen en ontwerpen in biocomposiet nog toekomstmuziek is, maar dat is een misverstand. de industriële productietechnieken zijn beschikbaar en opschaalbaar en de vezels zijn voorhanden. Het wachten is op het moment dat de bouwsector toehapt. daarnaast is het materiaal relatief onbekend en verwarren veel mensen composieten met plastic en geen mens wil in een plastic huis wonen. dat vooroordeel moet de wereld uit. Biocomposiet is een natuurlijk materiaal met dezelfde gunstige eigenschappen, zoals isolatie en vochtregulering, als hout.”

Wat zijn de voordelen van biocomposiet? “Het belangrijkste voordeel is dat je voor een woning gebouwd met composieten tot vijf keer minder materiaal nodig hebt dan voor een huis uitgevoerd in staal of beton, of zelfs in hout. Daarnaast is het materiaal brandwerend, vochtresistent en rot het niet. Bovendien gebruik je geen gram grondstof meer dan nodig om de gewenste buigstijfheid te bereiken. Een houten gebint bijvoorbeeld bestaat uit massieve balken om voldoende constructieve stijfheid te verkrijgen. Zo’n constructie in composiet bestaat uit holle balken met dezelfde buigstijfheid. Bouwen met biocomposieten vraagt dus veel minder grondstoffen.”

En je kunt er ook mooie huizen mee maken? “Beslist. Natuurvezels waaruit biocomposiet bestaat, zijn net als de kleding die we dragen te verven en te voorzien van prints, structuren en texturen. De mogelijkheden zijn wat dat betreft vrijwel onbeperkt. Je kunt met het materiaal dus ontwerpen zoals je wilt, zeker als je samenwerking zoekt met textielontwerpers en kleurenexperts. Daarom zijn industrieel ontwerpers ook zo gek op composieten.”

Hoelang gaat het duren voordat er huizen met bio composieten gebouwd gaan worden? “Het hele verhaal begint met een opdrachtgever die minstens honderd van die huizen wil hebben. Dan roep je een ontwerpteam bijeen en maak je een prototype, waaraan je alles gaat meten dat relevant is om een goede, gezonde en betaalbare woning te maken. daarna ga je op zoek naar een fabrikant. Bij elkaar hoeft dat niet heel lang te duren. We hebben samen met de provincie Friesland in Ritsumasyl bij Leeuwarden de allereerste brug in biocomposiet gerealiseerd. dat hele proces nam – vanaf de eerste schets inclusief testen, ontwerpen, produceren en oplevering – iets meer dan drie jaar in beslag. Een nul-serie van een woningconcept kun je ook in een jaar of drie realiseren, is mijn inschatting. Afhankelijk van het aantal investeerders en de hoeveelheid geld die beschikbaar is, kunnen binnen zes jaar de eerste biocomposietwoningen de fabriek uitrollen.”

En waarom gebeurt dat dan niet? “Men kent de businesscase niet en heeft geen weet van de voordelen en winsten. Vragen als wat levert het op voor de investeerder, de consument en de bouwer en maakt het materiaal waar wat het belooft, zijn nog niet beantwoord. dat gold overigens ook voor de brug bij Leeuwarden. die kostte 8,5 miljoen euro. Dat hij er – ondanks de onbekendheid met de businesscase – toch kwam, ligt aan het feit dat we precies wisten wat bruggen in andere materialen kosten. Biocomposieten zijn nu weliswaar duurder, maar hun milieukosten staken er gunstig bij af. en zeg nou zelf: als je een brug van biocomposiet kunt bouwen, kun je er ook een hoofddraagstructuur van een driehonderd meter hoog gebouw mee ontwerpen.”

Biocomposieten zijn dus hét antwoord op de stikstofcrisis? “Ik heb berekend dat je vanaf nu in twaalf jaar tijd uit vlas en hennep voldoende vezels kunt oogsten om grondstoffen van te maken voor een miljoen woningen. Dat is voor de landbouwsector een aantrekkelijk alternatief, waarmee de boeren co2 opslaan in plaats van uitstoten. Als ik dezelfde hoeveelheid woningen in hout wil maken, kost me dat minstens een halve eeuw en heb je dubbel zoveel land nodig. voor een clt-rijtjeswoning heb je vijftig tot zeventig kuub hout nodig. Diezelfde woning in biocomposiet kost slechts tien tot vijftien kuub materiaal. dat is dus al een factor vijf winst in materiaalgebruik. Daar komen een factor vier betere isolatie en de dubbele levensduur dan nog bij. Biocomposiet heeft de kwaliteit van hardhout en gaat honderd jaar mee, dat is getest bij de brug in Ritsumasyl, terwijl hout veel minder duurzaam is. bovendien zijn productiebossen saai, kwetsbaar en voor een boer onaantrekkelijk. In mijn optiek moet je in Nederland geen productiebossen willen. Plant waar ruimte is natuurbossen en laat die beheren door staatsbosbeheer. Dat is niet alleen goed voor de co2-opslag, maar ook belangrijk voor de biodiversiteit die we met z’n allen zo hard nodig hebben.”

Tekst: Peter de Winter
Fotografie: Martin Wengelaar