Lignine als grondstof voor asfalt en dakbedekking

Dakbedekkingsfabrikant Icopal, aannemingsbedrijf Van Gelder en TNO onderzochten de mogelijkheden van lignine als grondstof voor asfalt en dakbedekking.

Kennis van chemie en wegenbouw, gekoppeld aan creatief denkwerk, leidde tot een nieuw type bitumen met verbeterde eigenschappen.

Een duurzame economie vraagt om alternatieve grondstoffen. Na cellulose is lignine of houtstof het meest voorkomende organische materiaal op aarde. In de industrie staat lignine vooral bekend als afvalmateriaal bij de productie van papier. Veelal via het Kraftproces wordt het materiaal met zwavelhoudende chemicaliën uit de pulp gehaald. Vervolgens vindt het zijn weg naar de verbrandingsoven, om energie op te wekken voor het eigen productieproces. Of het gaat naar andere fabrikanten, als bindmiddel voor asfalt of beton.

Zolang lignine zwavel bevat, kan het niet breed worden toegepast. Dat is jammer, want het is bijvoorbeeld toepasbaar als volwaardige – groene – grondstof voor asfalt en dakbedekking. Momenteel wordt daarvoor bitumen gebruikt, maar als bijproduct van aardolie is dat niet duurzaam en evenmin onbeperkt beschikbaar, wat bij lignine geen rol speelt.

Superlignine

TNO bedacht diverse manieren om lignine nagenoeg zwavelvrij te ontsluiten. Dr. Ted Slaghek is senior specialist bij TNO op het gebied van lignine. Hij vertelt: “In Zeist hebben we een researchgroep die zich bezighoudt met drogen. Superhete stoom wordt daar al decennialang toegepast voor frites bakken, meelwormen drogen, cacao roosteren, enzovoorts. Maar enkele jaren geleden bedachten we dat je er nog meer mee kunt doen.

Zodoende kwamen we op het idee om ook stro met superhete stoom voor te behandelen. In plaats van 100% zwavelzuur, zoals in het biosulfurolproces, gebruikten we slechts 0,5%. Tot onze stomme verbazing werkte dat uitstekend. Lignine uit die stro is superlignine! Het is hoogmoleculair, heel mild behandeld en het stinkt niet. Voor bitumen, dat doorgaans tot boven de 150 °C wordt verhit en dus sterk gaat ruiken, is met name die laatste eigenschap interessant.”

Moleculair verspreiden

In 2013 besluiten dakbedekkingsfabrikant Icopal, aannemingsbedrijf Van Gelder en TNO de mogelijkheden van lignine als grondstof voor asfalt en dakbedekking in een cofinancieringsproject te onderzoeken. Na een literatuuronderzoek gaan de onderzoekers met drie typen bitumen aan de slag: 10/20 (een hard type dat wordt toegepast in de wegenbouw), 70/100 (een zachter type dat onder andere wordt toegepast in zoab-deklagen) en 160/220 (een type dat vooral als dakbedekking wordt gebruikt).

Ing. Dave van Vliet, specialist wegenbouw bij TNO: “Door diverse hoeveelheden en soorten lignine te mengen, ontdekten we dat je tot 50% van de bitumen door lignine kunt vervangen. Daarbij levert het ook nog eens een daadwerkelijke bijdrage aan de visco-elastische eigenschappen. Fluorescentiemicroscopie laat zien dat als je maar lang genoeg mengt, de lignine zich echt moleculair in de bitumenfractie gaat verspreiden.”

Fietspad

In het algemeen gaat de stijfheid door inmenging met lignine bij hoge temperatuur omhoog.

Van Vliet: “We slaagden er echter in, de lignine chemisch te modificeren en zo de uiteindelijke respons te sturen. Door een soort bitumen te maken waarbij de stijfheid omhoog gaat bij hoge temperatuur, kun je spoorvorming tegengaan. Door de stijfheid omlaag te brengen, blijft bij lage temperatuur de bitumen flexibeler en rijd je de steentjes niet zo gemakkelijk uit het wegdek. In de praktijk kunnen we nu voor iedere afnemer modificeren voor de toepassing die hij voor ogen heeft.”

Slaghek: “Eigenlijk hebben we precies gedaan waarvoor TNO in het leven is geroepen: het bedrijfsleven helpen met innovaties waarmee het verder kan, in dit geval een duurzaam bindmiddel. Icopal en Van Gelder gaan nu als proef een fietspad van 100 of 200 meter aanleggen, waarna ze de producten naar de markt zullen brengen.”