Positief toekomstbeeld dankzij nieuwe recyclingmethoden beton Ambities reductie primaire grondstoffen alleen kansrijk met innovaties 1 Recycling van vrijgekomen beton(puin) voor de toepassing in nieuw beton, foto: Remko Kerkhoven / Betonhuis 1 26? CEMENT 3 20 22 In het Rijksbrede programma Nederland Circulair in 2050 [1] is uiteengezet hoe we de economie kunnen ombuigen naar een duurzame, volledig circulaire economie in 2050. Het programma, gelanceerd in 2016, omschrijft wat nodig is om zuiniger en slimmer met grondstoffen, producten en diensten om te gaan. In 2018 is een Betonakkoord [2] opgesteld, een nati- onaal ketenakkoord voor duurzame groei van de betonsector, dat is ondertekend door overheid en bedrijfsleven (opdrachtgevers, aannemingsbedrijven, ingenieursbureaus, recyclingbedrijven, grondstoffenleveran- ciers, betonleveranciers). In dit akkoord zijn onder andere afspraken gemaakt over welke ketenpartner welke doelen en ambities gaat realiseren. Om een concrete aanpak te for- muleren zijn er binnen het Betonakkoord op een aantal onderwerpen uitvoeringsteams opgesteld: CO?-reductie, circulair ontwerpen, hergebruik betonreststromen, impact op natuurlijk kapitaal, MKI, kennis en innovatie, en onderwijs en kennisdeling. Deze teams zijn inmiddels klaar met hun werk en zijn opgeheven. Hergebruik beton Betonpuin kan, mist aan bepaalde voor- waarden wordt voldaan, uitstekend in nieuw beton worden hergebruikt. Belangrijk daar- bij is dat de verduurzaming van de betonke- ten in ieder geval niet ten koste mag gaan van de kwaliteit van het beton. Immers, een kortere levensduur komt de duurzaamheid van het beton ook niet ten goede. Het doel is dus een zo hoogwaardig mogelijk herge- bruik. Daarom moeten net als aan primaire grondstoffen, ook aan hergebruikte grond- stoffen kwaliteitseisen worden gesteld. Daarbij geldt dat de mate waarin materialen kunnen worden hergebruikt samenhangt met de kwaliteit en zuiverheid van het bron- materiaal. Zo geldt voor alle stromen recy- clinggranulaat conform beoordelingsricht- lijn BRL 2506 dat er maximaal 1% m/m. niet steenachtig materiaal (zoals hout en/of plas- tic) aanwezig mag zijn. Ondanks dit ogen- schijnlijk lage percentage wordt het voor de praktijk in sommige toepassingen als te veel ervaren en/of als risico beschouwd (bijv. drijvende bestanddelen). Er zijn echter ook producenten die een lager percentage kun- nen realiseren en daarmee zondermeer vergelijkbaar zijn met 'verontreinigingen' (waaronder oerhout) die ook in natuurlijk primair materiaal kunnen voorkomen. Door het uitvoeringsteam 'Hergebruik betonreststromen' van het Betonakkoord is in de 'Roadmap Hergebruik Betonreststro- men' [3] omschreven hoe moet worden omg egaan met het hergebruik van Kansen in de circulaire economie zijn er voor beton volop. Hoewel de winst het grootste is door hergebruik van gebouwen of constructies is het bekendste voorbeeld nog altijd het hergebruik van betonpuin als granulaat in nieuw beton. Maar dat laatste levert lang niet altijd een reductie op van de CO?-uitstoot. Door nieuwe recyclingmethoden kunnen de kwaliteit en vervangingspercentage van het granulaat echter flink worden verhoogd en ontstaan meer kansen met betrekking tot CO?-reductie. CEMENT 3 2022 ?27 BetongranulaatGrind behoefte Grind inno vatief 0,0 2,0 4,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 6,0 Grind (Mton/jaar) in 2030 Minimaal Maximaal Behoefte 8,0 5,0 2,0 2,0 15,3 grondstoffen. Zo wordt benoemd dat toele- veranciers in 2030 een kwaliteit leveren van betongranulaat die 100% hergebruik in nieuw beton mogelijk maakt, waarbij het groeipad zoals gesteld in tabel 2 het uit- gangspunt vormt (zie ook kader 'Betonres- tromen in het Betonakkoord'). In diezelfde 'Roadmap Hergebruik Betonreststromen' wordt verder expliciet aangegeven dat er meer aandacht gegeven moet worden aan de toepassing van de fijne fractie betongra- nulaat, omdat anders de hergebruikdoel- stellingen niet kunnen worden behaald.In dit artikel wordt nader ingegaan op het thema hergebruik en dan met name het (hoogwaardig) hergebruik van vrijgekomen beton(puin) voor de toepassing in nieuw beton. Moderne recyclingmethoden Het hergebruik van beton is aan bepaalde grenzen gebonden. Dat komt onder meer doordat toepassing invloed kan hebben op mechanische en fysische eigenschappen alsmede de beoogde levensduur. De grenzen hangen af van de kwaliteit van het granu- 2 Vergelijking vraag en aanbod grof toeslagmateriaal [3] 3 Traditioneel breken van beton levert twee deelstromen; te noemen grof betongranulaat (a) en (b) de fijne betongranulaatfractie Dankzij de nieu- we recycling- technieken zijn er nieuwe routes beschikbaar gekomen om te onderzoeken hoe 'oud' bindmiddel een tweede leven gegeven kan wor- den als (nieuw) bindmiddel DR.IR. MARC OTTELÉ Universitair Docent / Onderzoeker TU Delft, Faculty of Civil Engineering & Geosciences, Department 3MD, Materials & Environment Section, Sustainability Research Group auteur Tabel 1?Beschikbare hoeveelheid betonpuin 2018-2030 [3] 2018 2020 2025 2030 vrijkomend puin in NL (totaal) [Mton] 1920 22 25 betonpuin [Mton] 11,4 1213,2 15 Tabel 2?Ambitiepercentage van de beschikbare fractie van het aanbod van betonreststromen in welk jaar toegepast wordt in nieuw beton [2] percentage van het gerecyclede aanbod 2020 2025 2030 grind 50%75%100% ¹) zand 10%50%100% bindmiddel/vulstof 1%25%100% ¹) 100% komt overeen met het vervangen van circa 15 ? 20% primaire grondstoffen 2 3a 3b 28? CEMENT 3 20 22 laat. Bepalend is bijvoorbeeld de hoeveel- heid cementsteen die aan de korrels hecht. Dit cementsteen zorgt er namelijk voor dat het granulaat poreuzer is dan primair toe- slagmateriaal. Daarnaast leidt het tot een lagere volumieke massa. Momenteel zijn nieuwe betonrecyclingmethoden (scheidings- technieken) beschikbaar, die zich richten op het zo schoon mogelijk terugwinnen van de oorspronkelijke basisgrondstoffen voor beton: zand, grind en bindmiddel, met als doel deze materialen, al dan niet geüpcycled, zo hoogwaardig mogelijk te kunnen toepas- sen in de bouwsector (verderop meer over deze methoden). Enerzijds hebben deze methoden de potentie om materialen zodanig te scheiden dat (volledige) hoogwaardige herinzet (grote- re vervangingspercentages) in beton(meng- sels) mogelijk is, met behoud van kwaliteit. Anderzijds zijn er ook nieuwe routes beschik - baar gekomen om te onderzoeken hoe 'oud' bindmiddel een tweede leven gegeven kan worden, als (nieuw) bindmiddel (al dan niet gedeeltelijk opgewerkt) in nieuwe beton- mengsels (zie hiervoor ook Betoniek Vakblad 2020/3 'Terugwinnen van cement uit beton' [4]). Zo is er een lopend promotieonderzoek gaande bij de faculteit Civiele Techniek (afdeling 3MD, sectie M&E, Sustainability research group), dat zich met name richt op deze zeer fijne teruggewonnen fractie met als doelstelling om hier weer een geschikt bindmiddel van te maken. Maar ook andere niet eerder gestelde onderzoeksvragen wor- den relevant in het kader van het bepalen van de kwaliteit (gebruikte bindmiddel/ vulstoffen/toeslagmateriaal) vooraf in de constructie, om zo tot een efficiënte waarde- bepaling te komen van het gerecyclede ma- teriaal (zie Cement 2021/8 'Selectief slopen van betonconstructies' [5]). Met bijvoorbeeld windshiftingtechnieken kan gehydrateerd cement gescheiden wor- den van ongehydrateerd cement. Juist het hergebruiken van cement/bindmiddel kan leiden tot een grote reductie van CO?, omdat dat het gebruik van primair cement kan be- perken. Implementatieroutes om het (oude) teruggewonnen bindmiddel (zo hoogwaar- dig) mogelijk toe te passen zijn: 1?Als een inerte vulstof (type l addition) direct in het nieuwe beton; 2?Als een reactieve vulstof (type II addition) direct in het beton, waar het gebruikt kan worden als vervanger van primair cement; 3?Als een ruwe grondstof voor klinkerpro- ductie, waardoor minder primaire kalksteen nodig is, wat resulteert in lagere initiële CO?- reductie; 4?Als een ruwe grondstof voor samengestelde cementen (bijvoorbeerld als vervanger van vliegas/tras etc.); 5?In combinatie met (alkalische) activator als een type geopolymeer. Nieuwe regelgeving De innovatieve scheidingstechnologieën hebben een kansrijke route geopend om een onderdeel te vormen in het (hoogwaardig) sluiten van kringlopen in de betonsector. Het ontbreken van regelgeving voor de (alge- mene) toepassing van deze moderne schei- dingsmaterialen vormt op dit moment ech- ter (nog) een belemmering. In diverse gremia staat het thema wel geagendeerd zoals in de uitvoeringsteams 'Kennis en innovatie' en 'Hergebruik betonreststromen'. In november 2021 is er een nieuwe CROW- CUR Aanbeveling verschenen voor het ge- bruik van de fijne en grove fractie recycling- granulaten verkregen uit (met name) moderne scheidingstechnologieën (CROW-CUR Aan - beveling 127 Beton met betongranulaat als fijn en/of grof toeslagmateriaal [6], zie arti- kel 'Hogere percentages hergebruik dankzij innovatieve recyclingmethoden' elders in dit nummer). Het daarin toegestane vervan- gingspercentage wordt direct gekoppeld aan de waterabsorptie en daarmee aan de kwaliteit van het fijne en grove betongranu- laat. Dit is een nieuwe aanpak ten opzichte van de regels in de CUR-Aanbevelingen 106 [7] en 112 [8] (tabel 3). Op dit moment ontbreekt het nog aan een concreet toekomstig ontwikkelpad voor her- gebruik van het teruggewonnen bindmiddel (bijvoorbeeld op het niveau van een aanbe- veling), al zijn er Europese ontwikkelingen (CEN-TC51) waarbij er gewerkt wordt aan de mogelijkheid om 20% cementsteenrecyclaat als grondstof (main constituent) toe te BETONRESTROMEN IN HET BETONAKKOORD In het Betonakkoord zijn de vol- gende ambities geformuleerd over het hergebruik van beton- reststromen: ? 100% van al de betonreststro- men is in 2030 op een kwaliteits- niveau dat het toegepast kan worden in nieuw beton, waarbij er transparantie is over de her- komst en samenstelling van de reststromen, en aansluiting op erkende keurmerken en trans- parante meetmethodes. ? 100% van al de betonreststro- men wordt in 2030 toegepast op een wijze dat het blijvend toegepast kan worden in nieuw beton, met andere woorden dat door toepassing geen vervuiling en dergelijke optreedt, die toe- komstig hergebruik in de weg staat. ? 100% terugname door de betonketen van al de vrijko- mende betonreststromen per 2030. CEMENT 3 2022 ?29 voegen aan de cementproductie. Uiteraard moet deze ontwikkeling in perspectief wor- den geplaatst met overige verduurzamings- mogelijkheden (handelingsperspectieven) zoals benoemd in het Betonakkoord, maar het geeft duidelijk weer dat het veld op dit moment in ontwikkeling is, met een diversi- teit aan verduurzamingsopties met bijbeho- rende nieuwe, zowel wetenschappelijke als praktische, vraagstukken. Recyclingmethoden Zoals eerder aangegeven zijn er op dit mo- ment innovatieve mechanische recycling- methoden in ontwikkeling en/of maken deze de stap naar verdere implementatie in de markt. De vier voornaamste technieken zijn: Smart Liberator C2CA Circulair Mineraal Mangeler De drie eerstgenoemde methoden hebben al installaties die op praktijkschaal kunnen produceren. De Mangelertechniek verkeert in een opschaalfase, maar zal naar verwach- ting binnenkort de stap naar praktijkschaal zetten. Hieronder worden deze vier technie- ken nader toegelicht. Smart Liberator? De in Nederland inmiddels verst ontwikkelde techniek is de Smart Libera - TOEPASSING BETON EN GRANULAAT Het is de verwachting dat in 2030 het totale verbruik van beton per jaar zal toe- nemen tot ongeveer 15 miljoen m³ beton. Hiervoor is circa 27,8 miljoen ton toeslag- materialen nodig (75 vol%), waarvan 12,5 miljoen ton zand (45%) en 15,3 miljoen ton grind (55%). Daarnaast is voor de productie van beton naar schatting 4,8 miljoen ton cement nodig [3]. In het meest gunstige geval kunnen we ervan uitgaan dat in 2030 circa 15 miljoen ton betonpuin beschikbaar is voor de toepassing in nieuw beton (tabel 1). De massaverdeling over de verkregen grove (4-32 mm) en de fijne (0-4 mm) fractie granulaat is ongeveer gelijk (50/50). Momenteel vindt hergebruik van bewerkt (schoon) betonpuin als toeslagmateri- aal voor beton, zelfs in het toch wel vooruitstrevende Nederland, nog maar beperkt plaats. Dit ondanks het feit dat het al sinds de jaren 80 onderwerp van studie is. Gerecycled beton wordt grotendeels (fijne en grove fractie samen), ver- mengd met 4 mm) Freesand ? Zandfractie (0,25 mm/4 mm) Freefiller C ? Fijne fractie (0,08/0,25 mm), geschikt als vulstof Freement ? Superfijne reactieve fractie (0,04/0,08 mm), geschikt als cement/bind- middel Freefiller F ? Ultrafijne fractie (0/0,04 mm), geschikt als bindmiddel/activator C2CA? De C2CA-methode (Concrete to Cement & Aggregates) is ontstaan uit een spin-off tussen een samenwerkingsverband van GBN Groep (onderdeel van Strukton) en TU Delft. Met behulp van het ADR-systeem (Ad- vanced Dry Recovery) wordt het verzamelde betonpuin direct vanaf de breker droog ge- scheiden en bewerkt. Op basis van soortelijk gewicht en afmetingen wordt het betonpuin tijdens het proces zorgvuldig, automatisch gescheiden in minimaal drie productstromen met de volgende benaming: Circugrind ? Grove fractie (> 4 mm) Circuzand ? Fijne fractie (< 4 mm) Circument ? Ultrafijne fractie (< 0,2 mm), geschikt als cement/bindmiddel Circulair Mineraal? Circulair Mineraal (CM) is een initiatief van zes Nederlandse sloop- en recyclingbedrijven. In de zogenoemde CM- breker wordt het betongranulaat bewerkt tot zand, grind en cementsteenpoeder. 4 Smart Liberator, foto: New Horizon 5 Resultaat van het breek-/vermaal- en scheidingsproces Smart Liberator, foto: Urban Mine B.V., 2021 Freegravel FreesandFreefiller C FreementFreefiller F CEMENT 3 2022 ?31 Het zand en grind hebben een 80% schoon oppervlak. De inschatting is dat hiermee hogere vervangingspercentages mogelijk zijn dan op basis van traditionele materialen, maar lager dan de twee eerder genoemde methoden. Het cementsteenpoeder kan ook hier worden ingezet als vulstof. Mangeler? Een vierde methode, die naar verwachting op korte termijn operationeel wordt op praktijkschaal, is de Mangeler- methode. Deze is ontwikkeld door de Twee "R" Recycling Groep. Deze methode maakt het mogelijk om, naast grind en zand, ook een bindmiddel te onttrekken aan gebroken betonpuin. In het proces wordt onder andere gebruikgemaakt van een hiervoor ontwik- kelde CEM-shifter (cycloon principe) die het mogelijk maakt om de zeer waardevolle fijne delen te scheiden van het zand en grind. Deze laatste stap bij deze methode zorgt ervoor dat er minimaal drie deelstro- men ontstaan. Verantwoord circulair beton mogelijk maken Om de toepasbaarheid van het gerecyclede toeslagmateriaal en bindmiddel in een nieuwe betonconstructie of betonproduct te beoor- delen, is het noodzakelijk om materiaaleigen - schappen en invloeden vóór de toepassing eenduidig en verifieerbaar vast te leggen, zoals we ook gewend zijn bij de toepassing van primaire grondstoffen. Dit gedachten- goed haakt aan bij de doelstellingen uit het Betonakkoord, waarin gesteld wordt dat 'hergebruikte materialen of producten aan Enkel streven naar circulari - teit zonder rekening te houden met duurzaamheid in bredere zin kan tegenstrijdig zijn met het doel om de uiteindelijke milieubelasting te reduceren 6 ADR-installatie, foto: GBN 7 Resultaat van het breek- en scheidingsproces C2CA, foto: Cees Steendijk 6 7 32? CEMENT 3 20 22 dezelfde kwaliteitseisen moeten voldoen als primaire materialen en producten'. In feite kan dit worden vertaald naar dat elke beton- constructie die wordt gesloopt en hergebruikt een nieuwe winplaats (Urban Mine) vormt, waarvan de eigenschappen van de te winnen materialen moeten worden vastgesteld, overeenkomstig voor primaire materialen (zie Betoniek Vakblad 2020/2, 'Verantwoord circulair beton' [10]). Een oogstprotocol, ofwel een methodiek ter bepaling van eigenschap- pen en kwaliteit, zou hierin van grote bete- kenis kunnen zijn om met name vooraf de beschikbare kwaliteit vast te stellen (zie Cement 2021/8 'Selectief slopen van beton- constructies' [5]).In Betoniek Vakblad 2020/3 'Recycling- granulaat: een betrouwbare grondstof ' [11] wordt onder andere aangegeven dat de kwa- liteit en gestelde eisen van recyclinggranu- laat voor de toepassing in beton afdoende is geborgd in de beoordelingsrichtlijn BRL 2506-1 Recyclinggranulaten. In deze BRL wordt echter een keuringsregime ge- hanteerd per batch van minimaal 500 ton betonpuin, zonder hierbij rekening te hou- den met eenduidige vaststelling van welke basisgrondstoffen of hergebruikwaarde het puin bezit. Voordeel hiervan is dat het praktisch is en voorziet in de behoefte die paste bij het gedachtengoed zoals ontwikkeld in het ver- leden voor het recyclen van bouw- en sloop- afval. Een groot nadeel is echter, dat deze batch betonpuin uit verschillende (deel)stro- men kan bestaan, dus met verschillende kwaliteiten, vervuilingen en/of opgebouwd uit verschillende grondstoffen (te denken 8 Mangeler-methode, foto: Twee "R" Recycling Groep 9 Resultaat van het breek- en scheidingsproces Mangeler, foto: puinrecycling.nl 9 8 CEMENT 3 2022 ?33 aan riviergrind, graniet of kalksteen, maar ook qua gebruikte bindmiddelen zoals port- landcement en/of hoogovencement). Dit be- moeilijkt het hoogwaardig hergebruik ervan in relatie tot prestatie-eigenschappen. Samengevat is de essentie dat hoog- waardig hergebruik ? met gelijkwaardige eigenschappen zoals verondersteld mag worden aan primaire grondstoffen ? valt of staat met een goede determinatie van eigen- schappen, bronscheiding en de keuring ervan aan het begin van het proces. Een logisch gevolg hiervan is dat op termijn de huidige normering en certificering moet worden herzien om aan deze nieuwe kwali- teitsvraag te voorzien. Wat levert het op? Het gebruik van traditioneel betongranulaat, zowel grof als fijn, is een beproefde methode om primaire grondstoffen (gedeeltelijk) te vervangen door secundaire stromen. Echter het behoud van prestaties (kwaliteit/techni- sche levensduur) is hierbij een kritisch aan- dachtpunt en bovendien is de verlaging van de milieukosten (MKI) (zeer) beperkt. Hoge vervangingspercentages kunnen leiden tot een omgekeerd effect: de CO?-uit- stoot en daarmee de MKI-waarde zal zelfs stijgen doordat meer cement benodigd is. En er moet rekening worden gehouden met aanpassing van constructieve rekenregels. Enkel streven naar circulariteit zonder re- kening te houden met de effecten op MKI en gevraagde prestaties in bredere zin kan daardoor tegenstrijdig zijn met het doel om de uiteindelijke milieubelasting te reduceren. In het geval van materiaalstromen verkre- gen uit innovatieve recycingsmethoden, blijkt dat hogere vervangingspercentages (60% fijn en 100% grof ) nu al mogelijk zijn, zonder aanpassing van constructieve reken- regels en zonder dat (extra) cement nodig is om gelijkblijvende prestatie-eigenschappen te borgen. De MKI-waarde kan daarmee wel sterk dalen, met als bijkomend voordeel dat met toekomstige ontwikkelingen (het verder opwerken van het teruggewonnen bindmid- del) dit nog zal toenemen en in potentie kan leiden tot een volledig circulair beton meng- sel (zie fig. 10). Vanuit het perspectief om 100% van de beschikbare fracties van het aanbod beton- reststromen in 2030 in nieuw beton te ver- werken, zijn eigenlijk alleen innovatieve recyclingmethoden kansrijk om hier mede invulling aan te geven. GERAADPLEEGDE BRONNEN 1?Rijksbrede programma Nederland Circulair in 2050. 2?Betonakkoord voor duurzame groei, juli 2018. 3?Roadmap Hergebruik betonreststromen, 2020. 4?Verweij, M., Terugwinnen van cement uit beton. Betoniek Vakblad 2020/3. 5?Nedeljkovic, M., Schlangen, E., Fennis, S., Selectief slopen van betonconstructies. Cement 2021/8. 6?CROW-CUR Aanbeveling 127:2021 Beton met betongranulaat als fijn en/of grof toeslagmateriaal. 7?CUR-Aanbeveling 106:2014 Beton met fijne fracties uit recyclinggranulaten als fijn toeslagmateriaal. 8?CUR-Aanbeveling 112:2014 Beton met betongranulaat als grof toeslagmateriaal. 9?Wegen, G.van der, Een overzicht van innovatieve recyclingmethoden. Betoniek Vakblad 2020/1. 10?Wolf, M. van der, Verantwoord circulair beton. Betoniek Vakblad 2020/2. 11?Broere, P., Verweij, M., Kloetstra, S., Recyclinggranulaat: een betrouwbare grondstof. Betoniek Vakblad 2020/3. 12?Betongranulaat in kwaliteitsbeton, Betoniek Standaard 17/09. 13?www.puinrecycling.nl. 14?https://www.c2ca-technology.nl. 15?https://freement.nl/smart-liberator/. 16?https://www.rijksoverheid.nl/ onderwerpen/circulaire-economie/ documenten/rapporten/2016/09/14/ bijlage-1-nederland-circulair-in-2050.10 Impact recycling op zowel MKI (verticale as) als circulariteit (horizontale as) bij toenemende hoeveelheid herwonnen grondstoffen. Hergebruik van beton in de vorm van betongranulaat (oranje lijn) draagt bij aan de circulariteit, maar geeft een stijging op de MKI bij hoge vervangingspercentages. Wanneer beton wordt verwerkt naar van cementsteen vrijgemaakte, secundaire grondstoffen en deze toegepast worden in een nieuw betonmengsel (groene lijn), zal met een hogere circulariteitswaarde tevens een lagere MKI worden bereikt. Aangezien moderne scheidingtechnologieën sterk in ontwikkeling zijn kan dit in potentie zelfs leiden tot 100% herwonnen materiaal 10 34? CEMENT 3 20 22