Kan biochar beton CO₂-neutraal of zelfs CO₂-negatief maken?

Beton en biochar; een recept voor een goed huwelijk, aldus Erik Amesz van Adviesbureau NET. Het toepassen van biochar kan het laatste zetje zijn om beton klimaatneutraal of zelfs CO₂ negatief te maken. “CO₂, omgezet in technisch zuiver koolstof, wordt vastgelegd in het beton en komt zelfs bij het breken en hergebruiken van dit beton niet meer vrij; we noemen dit dan een carbon-sink. Biochar maakt het mogelijk om CO₂ uit de lucht te binden aan het meest voorkomende bouwmateriaal op aarde: beton.” 

Amesz kan zijn enthousiasme over biochar moeilijk verbergen. Samen met zijn partner Axel Preuss, die in Duitsland het bedrijf CarStorCon Technologies heeft opgezet, zit hij klaar voor het interview. Op tafel een aantal brochures, twee potten met zwart granulaat en wat betonnen proefstukken. 

Wat is biochar eigenlijk?

“Het is biomassa dat door middel van pyrolyse verkoold is. Het gaat bijvoorbeeld om stro, hout en ander biologisch materiaal, dat tijdens hun levensduur CO₂ uit de lucht heeft gehaald en opgeslagen in hun cellen.” In het technisch koolstof van CarStorCon, zoals Preuss het materiaal noemt, zit echter enkel resthout. 

Organische stoffen

Door het resthout in een reactor te verhitten tot 850°C ontstaat zuiver koolstof. Dankzij deze hoge temperatuur zijn alle organische stoffen uit het materiaal verdwenen, wat toepassing in beton mogelijk maakt. “We verkolen het materiaal tot een kwart van het materiaal omgezet is. In de overige driekwart zit CO₂ opgeslagen, dat er niet meer uitgaat. Afhankelijk van procesrendement en transportbewegingen, legt één ton biochar 2,5 tot 2,8 ton CO₂ vast. Biochar is dus een zeer goed materiaal om koolstof permanent vast te leggen in een materiaal, in dit geval beton.” 

Explosief

De verwerking van koolstof in poedervorm is lastig. Niet alleen vanwege het stof, dat net als bijvoorbeeld cementstof bij inademing schadelijk is voor de gezondheid, maar ook omdat het materiaal brandbaar en explosief is. Voor het stofprobleem is een oplossing gevonden door het poeder om te vormen naar granulaten (korrels). Daarvoor wordt zo’n 50 procent water toegevoegd, waarmee ook het brand- en explosiegevaar is geweken. “De korrels zijn veel makkelijker te verwerken, en de kans op verstopping van een silo is veel kleiner. Koolstof heeft in poedervorm de neiging om samen te klonteren.”

Verwerkbaarheid

Wel moet goed gekeken worden naar verwerkbaarheid van het betonmengsel. “Koolstof neemt in het betonmengsel ook water op. Er zal dus in ieder geval meer water moeten worden toegevoegd.” De toepassing van biochar in zelfverdichtend beton (ZVB) is daarbij nog een grotere uitdaging. “In Duitsland wordt technische koolstof al toegepast in betonstenen, maar nog niet in ZVB.”  In Oostenrijk, Duitsland en Zwitserland zijn diverse bouwprojecten gerealiseerd met prefab beton met daarin koolstof. In totaal is al ruim 10.000 m³ beton met technisch koolstof geproduceerd, waarbij ruim 700 ton CO₂ opgeslagen is.

Fijn materiaal

De kleur van het beton wordt door toevoeging van de koolstof donkerder. “Omdat het fijn materiaal betreft, krijg je geen vlekken, maar wordt het gemengd door het gehele betonmengsel.” Volgens Amesz kan biochar in alle typen beton worden toegepast. “Alleen in wit architectonisch beton is het lastig vanwege de kleur!” Biochar kan worden toegevoegd als fijn materiaal of als granulaat, tot 60 kilo koolstof per kuub beton. “Dat kan echter niet bij alle producten. De vraag is ook of je het moet willen, je kunt beter in alle producten, over de gehele linie 20 tot 30 kilo toevoegen, in plaats van bij enkele producten 60 kilo.”

Technische eigenschappen

Met het toevoegen van technische koolstof in het beton willen de mannen meer doen dan alleen CO₂ opslaan. “We willen de technische eigenschappen van beton verbeteren.” De druksterkte van beton met biochar is gelijk, of ligt wat hoger dan bij traditioneel beton (uit Duitsland). De isolerende capaciteit gaat omhoog, terwijl de waterdoorlaatbaarheid lager is. Dit komt met name omdat het koolstof zich als een fijne fractie tussen het zand en grind nestelt en daarmee de korrelpakking van het beton verbetert.”

Biomassa

Het technisch koolstof wordt in Oostenrijk, Duitsland en Zwitserland gemaakt, op locaties waar voldoende resthout voorradig is. “Het is belangrijk om de pyrolyse installaties te bouwen in de buurt van natuurlijke resthoutvoorraden, om zo het aantal transportbewegingen te minimaliseren.” Pyrolyse is de methode om biokoolstof te maken. In een pyrolyse reactor worden houtsnippers zonder zuurstof verhit bij hoge temperaturen. Hierbij ontstaan kolen en gassen. De biogassen worden verbrand om de pyrolysereactor aan te drijven en stroom en heet water te maken. De reactor levert dus naast biokoolstof ook warm water aan de directe omgeving en stroom aan het stroomnetwerk.

Geen greenwashing

Biochar wordt ten onrechte beschuldigd als greenwashing, vindt Amesz. “Er zouden gezonde bomen voor worden gekapt, die vervolgens worden verkoold. Dat is niet het geval, bij ons wordt alleen geregistreerd resthout gebruikt. Dit zou anders in biomassacentrales worden verbrand tot as. Zonde”, vindt Amesz, “want door het verbranden van biomassa wordt het CO₂ weer vrijgegeven aan de lucht, terwijl middels verkoling een deel van het CO₂ in beton kan worden opgeslagen.”

Certificering en toepassing

Volgens de heren duurt het niet lang meer voor de technische koolstof kan worden toegepast in beton. “De CE certificering is al rond en we wachten op de goedkeuring van de EPD (Environmental Product Declaration).” Die is nodig zodat ermee gerekend kan worden in de CO₂-belasting en MKI/MPG van bouwwerken. “Daarnaast zijn we druk bezig met de KOMO certificering. Omdat het gaat over onbekend terrein duurt het langer. De benodigde tests zijn inmiddels gedaan. Toch neemt men de tijd om alles goed door te rekenen en dat is begrijpelijk.” Na goedkeuring is een tweede horde de toepassing in de betonfabrieken. “Iedere fabriek is anders; de één gebruikt een lopende band, de ander een schroef voor de aanvoer naar de menger. Ook het cement, de toeslagmaterialen en de hulpstoffen verschillen. Alles heeft invloed op het mengsel en de mogelijkheden wat betreft de toepassing van biochar. Dit moet per fabriek worden bekeken.”

Samenwerking

Ze doorlopen het proces dan ook niet alleen, maar werken samen met diverse betonbedrijven in Nederland. “Zonder hen waren we nooit zover gekomen. Maar we geloven er allemaal echt in, biochar gaat veel in beweging brengen. Dat is ook nodig voor de sector, we kunnen niet eeuwig portlandcement gebruiken en doen alsof er niets aan de hand is. Biochar is niet de oplossing, maar vormt wel een deel daarvan,” aldus Preuss. “Eerst moet er zoveel mogelijk gedaan worden aan de CO₂ footprint van het betonmengsel zelf. Met technisch koolstof kun je vervolgens het laatste zetje geven naar CO₂ neutraal of zelfs CO₂ negatief beton.” 

Standpunt Betonhuis

Betonhuis juicht de vele initiatieven binnen de betonsector om de CO₂-uitstoot te verminderen van harte toe. Innovaties zoals alternatieve bindmiddelen, waaronder biochar en andere technologieën, bieden veelbelovende mogelijkheden om de milieu-impact van betonproductie te verkleinen. Om deze kansen optimaal te benutten, werkt de betonsector binnen de werkgroep Alternatieve Bindmiddelen van de Roadmap Betonhuis aan het verkennen, ontwikkelen en toepassen van deze nieuwe technologieën. Deze werkgroep vervult een belangrijke rol door kennis te bundelen, onderzoek te stimuleren en praktijkervaringen te delen. Tegelijkertijd benadrukt Betonhuis het belang van zorgvuldige ontwikkeling en validatie van nieuwe technologieën. Voordat alternatieve bindmiddelen op grote schaal kunnen worden toegepast, is gedegen onderzoek en toetsing noodzakelijk om de prestaties en duurzaamheid ervan te waarborgen.