Duurzame, betaalbare isolatie met aerogels
We moeten onze CO2-uitstoot systematisch verlagen als we onze klimaatdoelstellingen willen halen. Het isoleren van gebouwen – ook industriële kantoorgebouwen - is hier een belangrijk onderdeel van. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology Umsicht in Oberhausen hebben in samenwerking met Proceram een duurzaam, betaalbaar isolatiemateriaal op basis van mineralen ontwikkeld. Dit zou veel effectiever zijn dan opties zoals polystyreen. Het materiaal kan namelijk hetzelfde isolatieniveau bereiken als polystyreen met slechts de helft van de laagdikte.
Aerogels bestaan voor 99,8 procent uit lucht en zijn de lichtste en meest effectieve isolatiematerialen ter wereld. Ze worden gemaakt van de ongevaarlijke grondstof siliciumdioxide. Daardoor zijn ze ook duurzaam en kunnen ze worden gemaakt zonder gebruik te maken van petrochemische stoffen. Tot nu toe was er echter een struikelblok: aerogels waren veel te duur om te gebruiken als isolatiemateriaal, omdat de conventionele productie van aerogels duur en tijdrovend is. Dit betekent dat ze tot nu toe vooral zijn gebruikt voor nichetoepassingen, zoals in ruimtepakken.
De aerogel wordt afgebroken tot korrels van 2 tot 4 millimeter groot en gemengd tot isolatiepleister (foto: Fraunhofer / Piotr Banczerowski)
Betaalbare, grootschalige productie van aerogel
Proceram zag deze uitdaging als een kans en stelde zichzelf als doel om betaalbare aerogels op grote schaal te produceren. Als zij een betaalbaar, onbrandbaar mineraal isolatiemateriaal konden maken dat een effectievere isolator was dan alternatieve materialen op fossiele basis, zou dit een revolutie betekenen voor de isolatiesector. Daarom namen de ondernemers contact op met experts van Fraunhofer Umsicht - en samen creëerden ze binnen zes jaar een nieuw productieproces voor aerogels. Hun systeem kan volledig worden opgeschaald van laboratoriumniveau naar precommercieel productieniveau zonder milieubelastende chemicaliën. Het nieuwe proces verlaagde ook de productiekosten van de voorheen dure aerogels met 70 procent en bracht de productietijd terug van meer dan 10 uur naar slechts 2,5 uur.
Zuren vervangen door kooldioxide
Om de kosten en productietijd voor aerogels op deze schaal te verlagen, richtte het onderzoeksteam zich op het productieproces. Normaal gesproken worden aerogels geproduceerd met behulp van een medium (sol) dat fijn verdeelde vaste deeltjes bevat waaraan zuur is toegevoegd om een gel te vormen. Er is zo'n 6 kilogram zuur nodig om 1 kilogram aerogel te produceren. Deze bijtende stoffen kunnen schadelijk zijn voor het milieu. De gel wordt vervolgens verouderd, ondergaat een uitwisseling van oplosmiddelen en wordt ten slotte gedroogd. "We hebben de bestaande technologische stand van zaken consequent uitgedaagd," legt Nils Mölders, onderzoeker bij Fraunhofer uit. "Terwijl superkritisch kooldioxide, dat qua eigenschappen tussen een gas en een vloeistof in zit, voorheen alleen werd gebruikt voor het drogen, gebruiken wij het in elke stap van het proces. Dat betekent dat we het gebruik van zuren helemaal kunnen elimineren." Zelfs de grondstoffen voldoen aan de duurzaamheidseis: De onderzoekers testten meer dan 20 verschillende soorten silica sols/media die gemakkelijk verkrijgbaar, goedkoop en niet giftig waren - in tegenstelling tot de gevestigde varianten die duur en schadelijk voor de gezondheid zijn.
Mineraal gips is een zeer effectieve isolator
In de laatste stap van het proces om isolatiemateriaal voor gebouwen te maken, wordt de aerogel afgebroken tot korrels van 2 tot 4 millimeter groot en gemengd tot een zuiver mineraal gips. Dit mengsel heeft uitstekende isolerende en fysische eigenschappen, wat betekent dat het beter presteert dan conventionele isolatiematerialen zoals polystyreen of minerale wol. "Wanneer de aerogels in het pleister worden gemengd, kunnen ze de warmtegeleiding met een factor twee verminderen in vergelijking met polystyreen; dat is echt enorm. We hebben dus een zeer effectief isolatiemateriaal dat puur van mineralen is gemaakt," onthult onderzoeker Christoph Dworatzyk van Proceram. Dit betekent dat een vel aerogel materiaal met de helft van de dikte van een vel polystyreen hetzelfde isolatieniveau kan bereiken. En er is nog een ander voordeel: "We gebruiken hier alleen materialen zoals zand en kalk die kunnen worden teruggebracht in de circulaire materiaaleconomie, dat wil zeggen dat ze kunnen worden gerecycled”, aldus onderzoeker Andreas Sengespeick van Fraunhofer. Het nieuwe productieproces heeft dus een groot potentieel, zowel voor het isoleren van gebouwen als voor klimaatbescherming.