Ga verder na de inhoud
Rode modder wordt groene grondstof
Professor Yiannis Pontikes, met bauxietresidu of rode modder in zijn rechterhand en cement rijk aan bauxietresidu in zijn linkerhand.
Onderzoek

Rode modder wordt groene grondstof

KU Leuven-onderzoekers proberen het maximum te halen uit bauxietresidu, zodat het niet langer als afval moet worden gedumpt.

6 minuten
21 januari 2021

Aluminium is één van de meest geproduceerde metalen ter wereld. Het wordt gemaakt van aluminiumoxide, dat via een chemisch proces uit bauxiet wordt gehaald. Daarbij blijft een residu over dat eruitziet als rode modder – vanwege het hoge gehalte ijzeroxide – en ook zo wordt genoemd. Elk jaar wordt meer dan 160 miljoen ton bauxietresidu geproduceerd. In Europa zijn onder meer in Ierland, Griekenland, Roemenië, Spanje, Frankrijk en Duitsland aluminiumoxideraffinaderijen te vinden.

Decennialang werd rode modder door een aantal raffinaderijen wereldwijd gewoon in zee geloosd. Professor Yiannis Pontikes zag het als bachelorstudent in Griekenland met lede ogen aan. Vandaag wordt bauxietresidu voornamelijk opgeslagen in gedroogde vorm, maar soms ook nog als slib. In 2010 leidde de dambreuk van zo’n slibreservoir in het Hongaarse Ajka tot een milieuramp, waarbij honderdduizenden kubieke meter bijtende rode modder een paar dorpen overspoelde en in waterlopen terechtkwam.

Sinds enige tijd zoeken onderzoekers naar mogelijkheden om bauxietresidu te valoriseren. Dat onderzoek kwam in een stroomversnelling na het ongeluk in Ajka, leggen Pontikes en postdoc-onderzoeker Tobias Hertel uit. Beiden zijn verbonden aan SREMat (Sustainable REsources for Engineered Materials). Deze onderzoeksgroep maakt deel uit van SeMPeR (Sustainable Metals Processing and Recycling) aan het Departement Materiaalkunde en onderzoekt hoe je nieuwe materialen kan maken van afval.

Professor Yiannis Pontikes vangt bauxietresidu, gemengd met additieven, op in één van de mobiele productie-eenheden.
Professor Yiannis Pontikes vangt bauxietresidu, gemengd met additieven, op in één van de mobiele productie-eenheden.

Een andere stimulans voor het valoriseren van bauxietresidu zijn de stockageproblemen waarmee veel aluminiumoxideraffinaderijen zich geconfronteerd zien. En een derde factor zijn de beperkingen op de uitvoer van zeldzame aarden die China geregeld oplegt. Verschillende onderzoeksgroepen binnen KU Leuven bestuderen tegenwoordig, binnen SIM2 (KU Leuven Institute on Sustainable Metals and Minerals) hoe je metalen en zeldzame aarden uit bauxietresidu kan halen.

“Als je dat doet, blijft er echter nog steeds een restproduct over,” zegt Tobias Hertel. “Wij onderzoeken de mogelijkheden om bauxietresidu om te vormen tot bouwmaterialen, waarbij het in zijn totaliteit gebruikt wordt, zodat er geen afval overblijft. We kiezen voor bouwmaterialen omdat de geproduceerde volumes bauxietresidu te groot zijn om op een andere manier te worden verwerkt.”

Andere groepen aan andere universiteiten wereldwijd mengen bauxietresidu met een bindmiddel zoals cement. “Maar dan is je bauxietresidu niet meer dan een vulmateriaal en draagt het niet bij tot de eigenschappen van het eindresultaat. Wij proberen bauxietresidu te transformeren, om te vormen tot een reactief materiaal met bepaalde eigenschappen. Dan loont het veel meer om dat materiaal te gebruiken. Het gaat dan niet langer om een manier om van ongewenst afval af te geraken maar om iets wat meerwaarde biedt.”

Elk jaar wordt meer dan 160 miljoen ton bauxietresidu geproduceerd.

In zijn doctoraatsonderzoek mengde Tobias Hertel bauxietresidu met additieven zoals koolstof, zand en kalk. “Vervolgens wordt het mengsel opgewarmd tot 1.100 à 1.200°C, waardoor het smelt. Het stroperige materiaal gieten we vervolgens in water om het te laten ‘schrikken’. Dat resulteert in een glasachtig materiaal, dat we vervolgens fijnmalen. Aan dat poeder voegen we een alkalische oplossing toe die in staat is om het materiaal op te lossen, vergelijkbaar met wat er gebeurt als je water toevoegt aan cementpoeder.”

Net zoals bij cement ontstaat er dan een pasta die na enige tijd uithardt tot een solide blok. Naargelang de mal die je gebruikt kan je zo bakstenen, dakpannen, tegels en bouwpanelen creëren.” Of poreuze blokken die kunnen worden gebruikt als isolatiemateriaal. Ook aggregaten zijn in theorie mogelijk: rotsachtige brokjes die je bijvoorbeeld kan toevoegen om beton te maken.”

Het is niet de enige techniek, voegt professor Pontikes toe. Zo hebben we bijvoorbeeld een patent genomen op een proces dat het solid state Bayer process wordt genoemd en waarbij een soort hogedrukpan – een autoclaaf – wordt gebruikt om eindproducten te maken die meer dan 80 procent bauxietresidu bevatten. En we waren – bij mijn weten – de eersten in Europa om een nieuw soort cement te ontwikkelen dat meer dan 40 procent bauxietresidu bevat. Er werd al langer rode modder aan cement toegevoegd maar dat bleef beperkt tot drie procent – in absolute cijfers nog steeds betekenisvol, aangezien de jaarlijkse cementproductie meer dan 4 miljard ton bedraagt…”

Wij proberen bauxietresidu om te vormen tot een reactief materiaal met bepaalde eigenschappen. Het gaat dan niet langer om van ongewenst afval afgeraken maar om iets wat meerwaarde biedt.

Op dit moment is er nog geen sprake van commerciële productie van bouwmaterialen op basis van bauxietresidu, zegt professor Pontikes. “Maar uniek aan onze groep is dat we opschalen. Een paar maanden geleden zijn we er, samen met doctorandus Michiel Giels, in geslaagd om 2,5 ton van het glasachtige materiaal dat Tonias beschreef in zijn doctoraatsonderzoek, te produceren aan de Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, waar ze over een heel grote oven beschikken. Een veelbelovende stap. En binnenkort verhuizen we onze faciliteiten naar Transfarm in Lovenjoel.”

De onderzoekers combineren fundamenteel met toegepast onderzoek. “In je achterhoofd zit steeds de vraag waar het fundamentele onderzoek toe kan leiden”, zegt Tobias Hertel. Professor Pontikes heeft het over onderzoek dat problem driven is maar science deep. “Sommige onderzoekers worden gedreven door nieuwsgierigheid, ze willen begrijpen waarom. Wij vertrekken vanuit een probleem, dat we willen oplossen, en zo evolueren we naar een begrijpen. Bij zo’n aanpak is er geen dilemma tussen fundamenteel of toegepast onderzoek. Het gaat louter om je uitgangspunt. Als je echt een bijdrage wil leveren, moet je sowieso diep gaan.”

Bovenaanzicht van één van de mobiele productie-units, met fornuis waarmee bauxietresidu tot glasachtig materiaal kan worden omgevormd.
Bovenaanzicht van één van de mobiele productie-units, met fornuis waarmee bauxietresidu tot glasachtig materiaal kan worden omgevormd.

Binnen het Horizon2020-project RemovAl staat intussen de bouw van een huis gepland dat volledig zal bestaan uit materialen uit bauxietresidu. De onderzoekers van SREMat willen daarbij nog een stapje verder gaan: ze ontwierpen ook bouwblokken die in elkaar passen: “We streven naar een huis dat weer kan worden ontmanteld in plaats van gesloopt. Daarom gebruiken we geen cementmortel en maken we gebruik van bouwelementen die je weer uit elkaar kan halen en opnieuw kan gebruiken. Een beetje zoals Lego maar dan slimmer (lacht).”

Het huis zal wellicht worden opgetrokken in Aspra Spitia, wat ‘witte huizen’ betekent. “Dan bouwen we dus een huis met groene materialen gemaakt van rode modder in het Casablanca van Griekenland (lacht). Nu, de bouwelementen zullen in werkelijkheid heel uiteenlopende kleuren hebben. De materialen die wij ontwikkelen zijn zwart omdat de ijzeroxide die voor de rode kleur van bauxietresidu zorgt, zwart wordt door de gebruikte procedés. Maar andere materialen, ontwikkeld door partners die aan dit project meewerken, zijn bijvoorbeeld rood of grijs. We kijken enorm uit naar dit project.”

De onderzoekers zetten sterk in op communiceren waar ze mee bezig zijn: “Eén van de manieren waarop we dat doen is door te tonen wat er mogelijk is. In het EIT-KIC RawMaterials project RECOVER ontwikkelden we mobiele productie-eenheden in op maat gemaakte containers, waarin we per dag tot duizend kilo eindproducten produceren om het publiek te laten zien wat je kan doen met bauxietresidu, en andere restproducten. Die aanpak valt in goede aarde bij de industrie. De meeste alumniumoxideraffinaderijen in Europa werken al enige tijd met ons samen en tonen interesse om oplossingen te ontwikkelen. Ook buiten Europa. Zo hebben we projecten lopen met EGA en ook met Rio Tinto, wereldwijd de nummer twee in metallurgie en mijnbouw. Er is veel mogelijk, als we ons ervoor durven te engageren.”

Heeft dit onderzoek je nieuwsgierig gemaakt naar meer?