Onderzoek Haopeng Wang ondersteunt kansen asfaltrubber:

BEM-circle nr. 4 december 2021

Kosten én duurzaamheid

De toepassing van rubbergranulaat uit afgedankte autobanden (ELT) in asfaltrubber (AR) is duurzamer dan tot nu toe werd gedacht, zo wijst nieuw onderzoek uit. Ook is gebleken dat AR waarin ELT-rubbergranulaat wordt gebruikt goedkoper kan  zijn dan polymer-modified asfalt, dat wordt gemaakt van bitumen en in de handel verkrijgbare polymeerproducten. Dat lijkt goed nieuws voor de bandenrecycling in Nederland, omdat daarmee een nieuwe afzetmarkt nadrukkelijk in beeld komt.

De nieuwe inzichten zijn afkomstig uit het recente proefschrift van Haopeng Wang, ingenieur 'Pavement Engineering'. Wang schreef zijn wetenschappelijke verhandeling als promovendus aan de Technische Universiteit Delft (*). In zijn  dissertatie 'Crumb rubber modified bitumen. Experimental characterization and modelling' vat de Chinese expert vijf jaar fundamenteel onderzoek samen naar wat internationaal wel wordt aangeduid als rubber-modified asfalt. 

Nat mengen van ELT-rubber 

Bij het maken van AR kan een producent diverse soorten rubber (polymeren) gebruiken, in diverse processen (droog en nat). Haopeng Wang heeft bij zijn onderzoek specifiek gekeken naar nat mengen van ELT-rubber met bitumen (de asfaltcomponent). Hij gaat met name in op de vraag welke rol een polymeer modified bitumen als crumb rubber modified bitumen (CRMB) als bindmiddel in AR kan spelen en wat de interactie is tussen autobandenrubber en bitumen in fysieke en chemische zin. "Het is net als het koken van een gerecht: hoe gaan de ingrediënten samen, onder verschillende omstandigheden en bij verschillende temperaturen? Ik heb aangetoond dat hergebruikt rubber modified bitumen uitstekend kan
dienen als het nieuwe bindmiddel."

Minder bitumen nodig

Op basis van vooral laboratoriumonderzoek kwam Wang erachter dat het nat mengen van crumb rubber met bitumen in AR een interessant effect heeft: bij de productie is minder bitumen nodig. "Rubber vervangt op zich geen bestanddelen van bitumen. Maar aangezien het rubber het bitumen wijzigt om een gemodificeerd bindmiddel te vormen, zal de vereiste hoeveelheid bitumen kleiner zijn in vergelijking met het gebruik van zuiver bitumen." Minder bitumen heeft direct invloed op de kostprijs van asfalt, wat met de huidige hoge prijzen voor fossiele brandstoffen (waar bitumen uit wordt gemaakt) een belangrijke factor is. Wie minder bitumen gebruikt en meer hergebruikt rubber, gaat verstandig om met de  grondstoffen op aarde. "Gebruik je gerecycled rubber in plaats van commerciële polymeer-producten rubber, dan lever je een belangrijke bijdrage aan duurzaamheid", waarbij Wang aantekent dat ook voor de productie van autobanden grondstoffen zoals rubber zijn gebruikt. Desondanks: "Bijmengen van 5 tot 10 procent van het gewicht van het bitumen – of zelfs nog meer – bandenrubber levert een flink stuk circulariteit op, want je vervangt virgin materiaal door herwonnen grondstof", analyseert Wang. 

30 procent is de limiet

Er is nog wel een 'catch', waarschuwt de promovendus. "Je kunt niet ongelimiteerd rubber toevoegen. De kwaliteit en de performance van het bindmiddel verschilt naarmate je meer rubber gebruikt. Ik heb gezien dat 30 procent tot dusver de  limiet is – daarboven wordt de binder heel visceus, wat productie en gebruik in de praktijk moeilijk maakt. Bovendien: hoe meer rubber je bijmengt, hoe hoger de temperatuur in het proces zal moeten zijn om rubber asfalt te maken. Deze  extra warmte vergt uiteraard extra energie voor opwekking. Dat kost geld, maar heeft ook invloed op de mate van duurzaamheid. We hebben hier te maken met een delicate balans." 

Bijdrage aan duurzaamheid

Uit internationaal onderzoek bleek al eerder dat toepassing van rubber in asfalt de levensduur van wegen verlengt (zie kadertekst). Wang vond aanvullend bewijs hiervoor, waarmee gebruik van gerecycled ELT-rubber verder bijdraagt aan  duurzaamheid. Uiteraard besparen overheden door toepassing van rubber modified bitumen als binder ook op onderhoud: elk jaar dat een wegtraject door toepassing van ELT-rubber in AR langer meegaat, bespaart de samenleving geld. Wang  nuanceert: "Uiteraard hangt een en ander ook af van de eisen die bijvoorbeeld Rijkswaterstaat stelt aan nieuwe binders ten opzichte van de traditionele. Daarbij gaat het vooral om performance bij warm weer, tijdens de zomer, waarbij het rubberasfalt hard genoeg moet blijven. Ook kijkt zo'n organisatie naar de performance bij gemiddelde en bij zeer lage temperaturen. En daarnaast moet het asfalt uiteraard tegen zware belasting door verkeer kunnen. Ik heb gezien dat AR met gerecycled rubber goed presteert ten opzichte van AR met regulier bitumen", aldus de wetenschapper.

Bredere basis voor rubberasfalt

De uitkomsten van het fundamentele onderzoek van Haopeng Wang lijken de basis voor de toepassing van rubberasfalt te verbreden. Het onderzoek bevestigt eerdere conclusies dat AR een afzetmarkt kan betekenen voor rubbergranulaat van  gebruikte autobanden. Er zijn echter nog wel wat bottlenecks, stelt de onderzoeker. "Bij de productie en verwerking van AR komt zwavel vrij. En dan bedoel ik niet alleen de typische geur, maar ook de schadelijke dampen waarin we wegwerkers liever niet willen laten werken. Het verwijderen van de zwavel uit het gerecyclede rubber zal – naar het zich laat aanzien – moeten gebeuren door middel van devulkanisering. Mogelijk kunnen de rubberspecialisten van de Universiteit Twente hierin een rol spelen? Helaas zal het ontzwavelen wel invloed hebben op de prijs van de oplossing." 

Daarnaast acht Wang het noodzakelijk dat de veelbelovende uitkomsten rond de prestaties en performance AR met gerecycled rubber nadere bevestiging behoeven, onder meer in meerjarig onderzoek in de praktijk van de wegenbouw. "We hebben de extra data nodig om de langetermijnprestaties nog beter te leren kennen. Opdrachtgevers willen natuurlijk het liefst met een bewezen technologie werken en zo weinig mogelijk risico's lopen", aldus Wang, die desondanks verwacht dat rubberasfalt in de komende jaren een grote rol kan gaan spelen in de Europese wegenbouw.

(* Wang is sinds kort ‘Marie Sklodowska-Curie Individual Fellow’ aan de University of Nottingham)