Juli 2019
Doorzichtig hout kan ook nog eens energie opslaan
Opvallend
Sinds het neolithicum, toen jagers/verzamelaars ook landbouw begonnen uit te oefenen en onderkomens voor hun families zochten, wordt hout als bouwmateriaal gebruikt. Hout is duurzaam, hernieuwbaar, stevig en isoleert uitstekend. Maar kan je er ook doorheen kijken? Jawel: Céline Montanari van het Zweedse Royal Institute of Technology kth heeft hout als matglas ontwikkeld dat ook thermische energie kan opslaan.
Tot ver na de Renaissance waren bijna alle gezichtbepalende gebouwen opgetrokken uit hout. Na de negentiende eeuw schoten steden de hoogte in. Steen, staal en beton werden meer dan 100 jaar bepalend. Onder invloed van de klimaatcrisis – en haar belangrijkste veroorzaker: CO2 – keert hout in de bouw echter langzaam weer terug. Waar beton voor een aanzienlijke CO2-uitstoot zorgt, legt een ton hout, mits duurzaam beheerd, ruim vier ton CO2 vast. Bovendien treden er tijdens verwerking nauwelijks verliezen op en vallen de emissies bij transport alleszins mee.
Stevigheid
De grote uitdaging voor de houtindustrie is ongetwijfeld de stevigheid van het eeuwenoude bouwmateriaal. Hout is inderdaad minder sterk dan staal of gewapend beton. Echter, door het kruislings te verlijmen en samen te persen, wordt zo’n hoge stijfheid bereikt dat hout vele verdiepingen kan overspannen. Zo wordt in het Zweedse Mjøstårnet een houten gebouw van 85,4 m hoog gerealiseerd en gaat men in Amsterdam aan de slag met een houten gebouw – met de passende naam Haut – van 73 m hoog. Zodra je in houten panelen uitsparingen voor ramen maakt, gaat een deel van die stevigheid verloren. Wat zou het mooi zijn om die sterkte daar te behouden en bovendien de thermische lekken door de uitsparingen te minimaliseren? Glas houdt immers maar 10 procent van de warmte van hout vast terwijl de productie van één kilo vlakglas 8 –10 MJ aan primaire energie kost.
In het Zweedse Mjøstårnet wordt een houten gebouw van 85,4 m hoog gerealiseerd.
Warmteraam
Beide problemen – iets minder stevigheid en grote thermische verliezen – lijken op laboratoriumschaal nu overwonnen. Nadat Céline Montanari van het Zweedse kth Royal Institute of Technology haar presentatie voor de American Chemical Society in april hield, verspreidde haar uitvinding zich als een bosbrand over het internet. Montanari en haar team ontwikkelden veranderd hout dat 60 procent doorschijnend is en waaraan ze een middel toevoegen dat als phase changing material (pcm) fungeert. Om hun uitvinding beter te begrijpen, moet je weten hoe de moleculaire structuur van hout in elkaar zit. Elke soort hout bestaat uit cellulose en lignine: cellulose geeft het zijn stijfheid, lignine, een organische polymeer, bindt de cellulose aan elkaar. Als je vrijwel al het lignine eruit kan halen (een deel is noodzakelijk voor het bewaren van de structuur), wordt hout doorzichtig als matglas. Dat was al langer bekend. Wat Montanari cum suis hebben gedaan, is van hout ook een thermische buffer maken. Vandaar de wereldwijde aandacht. Wat nieuw is, is dat ze een deel van de lignine hebben vervangen door polyethyleenglycol. Na zonsondergang zorgt dit als een pcm dat de warmte die gedurende de dag is opgeslagen, weer langzaam aan de ruimte wordt afgegeven. Met dergelijke warmteopslag en geleidelijke afgifte kan het temperatuurverloop in gebouwen worden gemiddeld zodat er veel minder energie voor ruimteverwarming nodig is terwijl de sterkte van de houtconstructie intact blijft. Inmiddels is de onderzoeksgroep van Montanari verder gegaan: er wordt nu gekeken naar een substraat van zonnecellen op hout.
Houtchemie
Sinds het begin van dit millennium is modificatie van hout aan een opmars bezig. Thermische behandeling vindt nu al op vijf manieren plaats. De een gebruikt olie, de ander stoom, weer een ander stikstof bij (zuurstofloze) pyrolyse om aan hout vergelijkbare eigenschappen als hardhout te geven. Naast Finland en Estland speelt Nederland met Plato Hout uit Arnhem een rol in verduurzaming. Hout zit qua structuur tussen aardolie en steenkool in. Met verwerking van steenkool kan weinig worden gedaan, met aardolie des te meer. Vroeger werden aardoliederivaten afgefakkeld, tegenwoordig worden er plastics van gemaakt. Dezelfde weg staat voor hout open. De transitie van biomassa naar hoogwaardige materialen in de bouw en de chemie heeft nog een lange weg te gaan. Waarschijnlijk zal niet alles met gemodificeerd hout of andere houttoepassingen in de gebouwde omgeving kunnen worden vervangen. Aan de kant: je weet maar nooit. Innovaties kennen soms een lange en grillige weg.
Tekst: Tseard Zoethout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie
Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.