Spoorbielzen sterker door stro

Stro. Als ruwvoer voor het vee of strooisellaag in de stal brengt het net twee dubbeltjes per kilo op. Er zijn ook hoogwaardige toepassingen van stro mogelijk, bijvoorbeeld als constructiemateriaal. En dat houdt niet op bij een dik pak stro als dakbedekking. De Afrikanen uit Benin zoeken een alternatief voor het dure teakhout dat nu hun huizen draagt. Bij een bezoek aan Nederland zagen ze een Amerikaanse uitvinding: een mengsel van half stro en half plastic dat sterke en duurzame palen oplevert. Voor Benin zou dat tegelijkertijd een oplossing betekenen voor het afvalprobleem van plastic en werkgelegenheid voor agrariërs.

Tichelstenen
Het mengen met stro ter versteviging van bouwmaterialen is niet nieuw. Egyptenaren dwongen in de tijd van Mozes de Israëlieten om zelf stro te zoeken voor het bakken van tichelstenen. Ze kneedden de natte klei en vermengden die met stukjes stro, zodat de stenen beter tegen een stootje konden. Dat die slappe strootjes zo veel stevigheid bieden, komt doordat de klei vastplakt aan het stro. Bij een kleine barst in de klei verhinderen de strovezels dat die uitgroeit tot een complete scheur of breuk.

Het Wageningse instituut voor Agrotechnologisch Onderzoek (ATO-DLO) bestudeert al jaren de eigenschappen van zogenaamde agrovezels, vezels afkomstig van landbouwgewassen als vlas, hennep en jute. Een mogelijke toepassing is het versterken van kunststoffen. Dat gebeurt nu meestal met glasvezels, bijvoorbeeld bij polyesterboten en in de vliegtuigindustrie.

Glasvezels zijn echter duur, tot 5 gulden per kilo. Agrovezels zijn niet alleen goedkoper maar ook sterker, en bovendien gemakkelijk te recyclen. „Wij zijn op zoek naar een serieus alternatief voor de glasvezel”, zegt ir. Martin Snijder, projectleider agrovezelcomposieten bij ATO-DLO.

De uitvinding is van een Amerikaan, George Tyson, die tegelijk boer en techneut is. Voor de Benelux is het patent in handen van een docent internationale betrekkingen aan de Hogeschool van Utrecht, Otto de Leeuw, en metaalconstructiebedrijf Van Vlastuin uit Kesteren. Samen met plasticrecyclingbedrijf De Vries uit Heerhugowaard gaven zij ATO-DLO de opdracht het Plastro te onderzoeken en de Amerikaanse gegevens te controleren. Eind van deze maand lopen de tests af die de levensduur van het materiaal moeten aantonen.

Popcorn
Sinds begin vorig jaar werkt hij aan Plastro, een mengsel van plastic en strovezels. De eerste stap in de bewerking van de strovezels lijkt op het maken van popcorn, vertelt De Leeuw. Het in kleine stukjes vermalen stro gaat via een mild loogbad naar een hogedrukreactor met een ronddraaiende schroef, waar de plantencellen bij een temperatuur van 165 graden Celsius en een stoomdruk van meer dan 10 atmosfeer 'ontploffen'. „Met veel gesis en geplof komen de vezels uit de machine, een zogenaamde extruder. De brokstukjes variëren in lengte van 0,5 tot 1 centimeter en zijn 1 à 2 millimeter dik. Met een relatief eenvoudige machine kun je tot een ton vezels per uur produceren.”

Het belang van dit 'popcornproces' is dat het hemicellulose –een keten van allerlei suikers die zich in de celwanden bevindt– uit de vezels verdwijnt, terwijl de cellulose intact blijft. Juist die cellulose –een lange keten van glucose-eenheden, druivensuiker– is belangrijk voor de sterkte. De hemicellulose vormt samen met lignine –houtstof– een soort natuurlijke hars, die de behandelde vezels verstevigt en rotvrij maakt, zegt De Leeuw.

Snijder –van huis uit polymeertechnoloog– loopt door de technologiehal van ATO-DLO en laat verschillende extruders zien. De tweede stap in het fabricageproces van Plastro, het mengen van de strovezels met plastic, gebeurt ook in zo'n 'gehaktmolen': „We voeren de kunststofkorrels, het granulaat, als grondstof in de extruder en persen het langs een schroef. Halverwege de schroef is al het plastic gesmolten en homogeen, op dat moment voegen we de strovezels toe. Door de wrijvingswarmte en de druk ontsluit de vezel zich verder en zuigt als het ware de vloeibare kunststof op.”

Auto-industrie
Uit de extruder komt een spaghettisliert van vermengd stro en plastic. Een granulator hakt de sliert in zwarte korreltjes –ter grootte van Potter-keelsnoepjes– de grondstof voor verdere verwerking. „We leveren ze ook in kleur, door natuurlijke kleurstoffen mee te mengen”. Inmiddels heeft ATO-DLO ervaring opgedaan met mengsels van plastic en diverse agrovezels. Snijder haalt een speelgoedautootje in frambozenroze uit een vitrine, gemaakt van plastic en jutevezels. Bij het autootje staat een stuk deurbekleding voor een autoportier, op ware grootte, versterkt met houtvezels.

Eind vorige week presenteerde Snijder in het Duitse Essen de resultaten van een soortgelijk onderzoek aan collega-wetenschappers die dingen naar een subsidie van de Europese Commissie. Zijn werk is daarbij aangewezen als voorbeeldproject. Het onderzoek is mede gefinancierd door ECIA, een toeleverancier van Franse automerken. Chemiebedrijf Solvay leverde de plastics en het Spaanse Celesa de vlas- en hennepvezels.

„De automobielindustrie is erg geïnteresseerd in dit soort materialen, omdat ze licht en sterk zijn”, zegt De Leeuw. „Maar we denken ook aan oeverbeschoeiing, aanlegsteigers of zelfs spoorbielzen. Plastro is uitermate geschikt als houtvervanger.”

Sterkte
Op laboratoriumschaal is de fabricage van Plastro niet zo moeilijk, maar bij het opschalen ontstaan vaak problemen, vertelt Snijder. „Agrovezels gedragen zich totaal anders dan glasvezels. Wij hebben echter veel ervaring met deze vezels en weten precies wat er gebeurt bij het mengen. Vreemd genoeg is de grootte van de vezel niet zo belangrijk, het gaat om de lengte-dikte verhouding. Hoe groter die is, des te beter draagt de sterke vezel zijn eigenschappen over op het plastic.” De cellulosevezels zijn in het uiteindelijke mengsel amper zichtbaar met het blote oog. Van vlasvezels weet Snijder dat ze niet langer dan 1 millimeter zijn en slechts 0,01 tot 0,02 millimeter dik. Strovezels zijn wat grover, maar ook dunner dan 0,1 millimeter.

Een serie grafieken laat zien hoe sterk de composiet van stro en plastic is. Bij een verhouding van 1 op 1 heeft Plastro een anderhalf keer zo hoge buigsterkte –de kracht die nodig is om het te breken– en zelfs een tot vier keer zo hoge stijfheid –de weerstand tegen buiging– als gerecycled polyethyleen. De waardes zijn weliswaar lager dan die voor vlascomposieten, maar beter dan die van de meeste houtsoorten. „Je kunt het aandeel stro in de kunststof straffeloos opvoeren tot 70 procent”, zegt De Leeuw. „We hebben zelfs een product met 98 procent stro en 2 procent lijm. Het is heel sterk en rotvrij, maar het is niet waterbestendig. We denken erover om daar vezelplaat van te maken. Je kunt het bijvoorbeeld fineren tot meubelplaat.” De waterbestendigheid van Plastro met een lager strogehalte is beter, maar de resultaten van die test laten nog een paar weken op zich wachten.

Bermgrassen
Om aan te tonen dat het proces ook op grote schaal werkt, heeft plasticrecyclingbedrijf De Vries een container behandelde strovezels besteld in de Verenigde Staten. Een extruder van De Vries perste er keiharde boompalen van. Het bedrijf, dat vooral plastics inzamelt in Noord-Holland, wil graag stro verwerken in het te recyclen plastic. Het eindproduct is sterker, terwijl de kosten lager zijn: ongeveer een gulden per kilo, de helft van puur polyethyleen. „Voordeel van Plastro is dat het gemaakt kan worden van redelijk vervuild plastic, ook al zit er nog papier, etiketten of schroefdoppen in. Andere recyclemethodes zijn zo duur omdat je daarvoor het plastic eerst moet schonen of sorteren”, zegt De Leeuw.

De Duitse wegenbouwfirma Raab heeft eveneens interesse. Het bedrijf wil graag de betonnen of metalen afscheidingen langs bermen en wegen vervangen door gerecycled en verstevigd kunststof. Ook voor de strovezels is het Plastro-proces niet kieskeurig: bermgrassen voldoen ook. De Leeuw: „In plaats van het bermmaaisel te storten, zoals tegenwoordig verplicht is, kan het nu in de vorm van bermpaaltjes gerecycled worden.”