IJzerpoeder gebruiken als nieuwe hernieuwbare energiedrager in de industrie
IJzerpoeder kan energie opslaan op een zeer compacte, goedkope, veilige, milieuvriendelijke en CO2-vrije manier. Deze combinatie maakt het een kansrijke oplossing voor de vergroening van de energie-intensieve industrie en bijvoorbeeld kolen- en elektriciteitscentrales. Op dit moment is er nog veel onderzoek nodig voor de industrie de nieuwe energiedrager kan implementeren. Een haalbaarheidsstudie en validatie ervan brengen de implementatie een stap dichterbij.
IJzerpoeder heeft geen directe CO₂-uitstoot, een minimale NOx-uitstoot en veilige opslag en transport is mogelijk. Daarom heeft deze nieuwe hernieuwbare energiedrager het potentieel om een realistisch alternatief te zijn voor bedrijven die vanwege congestie niet op het elektriciteitsnet kunnen aansluiten.
Technisch ontwerp
Metalot is een netwerkorganisatie waar innovatie, onderzoek, handel en onderwijs samenkomen en open innovatieclusters vormen. Het doel van Metalot is om een haalbaarheidsstudie op te stellen die de ontwikkeling en implementatie van deze innovatie bevordert. De samenwerking heeft de vorm van een door de overheid gesubsidieerde haalbaarheidsstudie (technisch, economisch en juridisch) voor een volledige end-to-end Metal Power pilot. In deze studie werken SPIE, Metalot en andere organisaties samen om op al deze gebieden invulling te geven. Metalot is verantwoordelijk voor het technisch ontwerp, de economische business case en het projectmanagement. Spie is verantwoordelijk voor het valideren van het technisch ontwerp, het leveren van input met betrekking tot kostprijzen, onderhoud en het valideren van de economische business case.
Alternatieve energiedrager
Netcongestie is ontstaan door een aanzienlijke toename van elektriciteitsverbruikers in Nederland. Om te voorkomen dat het elektriciteitsnet zijn capaciteit overschrijdt, krijgen niet alle bedrijven de gewenste aansluiting en is er een wachtlijst voor nieuwe aanvragen voor een elektriciteitsaansluiting. Hierdoor kunnen bedrijven geen nieuwe activiteiten starten, uitbreiden of verduurzamen. Tegelijkertijd zijn bedrijven op zoek naar meer duurzame brandstofbronnen om de CO₂-uitstoot van hun productieprocessen te verminderen.
Werking
Stijn van Aken, Metal Fuels Project Lead bij Metalot, legt uit hoe deze innovatie een nieuwe energiebron genereert. “De warmte die vrijkomt bij de verbranding van ijzerpoeder kan direct worden toegepast of omgezet in elektriciteit. Dit is vergelijkbaar met hoe andere brandstofbronnen werken. IJzerpoeder kan op grote schaal worden verbrand in een gecontroleerde omgeving, waarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen.”
Voordelen ijzerpoeder
IJzerpoeder is niet alleen een uitstekende energiebron; het heeft ook veel voordelen als het gaat om veiligheid en circulariteit. Van Aken: “IJzerpoeder corrodeert relatief langzaam. Verspreiding door de wind gebeurt nauwelijks. In tegenstelling tot veel andere brandstofbronnen, zoals waterstof, is ijzerpoeder niet gevoelig voor explosies, waardoor het gemakkelijk en veilig te transporteren is. Bovendien is deze energiebron volledig circulair.”
Opschaling
Steef de Baat, Business Development en Innovation project lead bij Spie, legt uit: “Het roestpoeder dat overblijft na verbranding vangen we op en zetten we om in schoon ijzer met behulp van hernieuwbare energiebronnen zoals wind-, zonne- en waterstof-gebaseerde energie. Het resulterende schone product verbranden we opnieuw in de verbrandingskamer. De geproduceerde warmte wordt direct omgezet in elektriciteit. En zo is de cirkel rond.” Op dit moment richt de pilotstudie zich op een industriële energieverbruiker met een kleinschalig warmteproces van 200 kW, dat wordt aangedreven door ijzerbrandstof. Als dit succesvol is, wil SPIE de implementatie van de technologie opschalen naar een breder scala van energieopbrengsten en eindgebruikers.
Koolstofarme economie
De eerste ijzerpoedertoepassingen zijn stadsverwarming, industriële processen en elektriciteitsopwekking. Bedrijven willen graag hun ecologische voetafdruk verkleinen, maar hebben tegelijkertijd meer energie nodig om hun operationele activiteiten voort te zetten. Bij de verdere ontwikkeling van ijzerpoeder als energiedrager voorziet Spie Metalot van kennis en expertise op het gebied van technisch ontwerp, constructie, installatie, onderhoud en service en het valideren van de economische business case. De Baat: “Met deze samenwerking stimuleren we de ontwikkeling en implementatie van deze duurzame innovatie en dragen we bij aan de overgang naar een koolstofarme economie.”
Bron en foto: Spie
Lees ook: 900.000 euro subsidie voor ijzerpoeder als energiedrager
Volvo komt met elektrische truck met 600 kilometer actieradius
Tot 600 km op één acculading. Dit is hoe ver Volvo’s volgende generatie zware elektrische trucks kan rijden. De grotere actieradius betekent een doorbraak voor emissievrij langeafstandstransport.
De elektrificatie van zware trucks zet wereldwijd door. Volgend jaar introduceert Volvo een nieuwe langeafstandsversie van de FH Aero Electric die tot 600 km kan rijden op één acculading. Hierdoor kunnen transportbedrijven elektrische trucks inzetten op interregionale en langeafstandsroutes. Voor veel toepassingen is het daarbij mogelijk een volledige werkdag te rijden zonder tussentijds te hoeven bijladen. De verkoop van de nieuwe Volvo FH Aero Electric start in de tweede helft van 2025.
Nieuwe aandrijflijntechnologie
De basis voor het bereik van 600 kilometer is Volvo’s nieuwe aandrijflijntechnologie. De zogenaamde e-as creëert ruimte voor meer accupakketten. Efficiëntere batterijen, een doorontwikkeld batterijmanagementsysteem en de algehele efficiëntie van de aandrijflijn dragen verder bij aan de grotere actieradius.
Middelzware en zware elektrische trucks
Volvo Trucks heeft inmiddels zowel middelzware als zware elektrische trucks, in totaal zijn er acht batterij-elektrische modellen. Het brede productaanbod maakt het mogelijk om stads- en regionale distributie, bouw, afvalverwerking en dus ook langeafstandstransport te elektrificeren. Volvo heeft tot nu toe meer dan 3.800 elektrische trucks geleverd aan klanten in 46 landen over de hele wereld.
Impact op klimaat
“De transportsector vertegenwoordigt zeven procent van de wereldwijde CO2-uitstoot. Elektrische trucks zijn belangrijke instrumenten om de impact op het klimaat te verkleinen. Naast de belangrijke milieuwinst die elektrische trucks opleveren, bieden ze vrachtwagenchauffeurs een betere werkomgeving, met veel minder lawaai en trillingen”, zegt Roger Alm.
Drie verschillende aandrijflijnen
Volvo Trucks streeft naar fossielvrij transport om de doelstelling van netto nul-uitstoot in 2040 te behalen met een driesporenstrategie. Daarbij zet het in op drie verschillende aandrijflijnen: batterij-elektrisch, brandstofcel-elektrisch en verbrandingsmotoren die hernieuwbare brandstoffen gebruiken, zoals groene waterstof, biogas of HVO.
Opladen
Onlangs bracht Volvo ook een nieuwe service voor het opladen van elektrische trucks op de markt.
De nieuwe service Charging Management van Volvo Trucks helpt transportbedrijven bij het efficiënt monitoren van het laden van elektrische trucks op het eigen terrein. Het zorgt ervoor dat de trucks binnen de vloot voldoende opgeladen zijn voor geplande werkzaamheden en het vermindert het aantal ongeplande laadsessies. De dienst draagt daardoor bij aan een hogere productiviteit en uptime.
Laadplan
Met Charging Management kunnen oplaadsessies via het platform Volvo Connect worden gepland, beheerd en gerapporteerd. Het biedt een visueel overzicht van het laadproces van de vrachtwagens en inzicht in het accuniveau en de laadstatus. Ook is het mogelijk om een laadplan te maken, waarbij berekend wordt wanneer de voertuigen aan de lader moeten om te beginnen met opladen en wanneer de accu’s vervolgens naar verwachting vol zijn. De truck gaat laden wanneer deze wordt aangesloten aan de laadpaal. Afwijkingen van het plan worden aan de gebruiker gemeld, om een laag batterijniveau te voorkomen. Rapporten over laadsessies van zowel voertuigen als laders zijn beschikbaar voor follow-up.
Transparantie
“Opladen is een belangrijk aspect bij het gebruik van een elektrische vrachtwagen. Als transportbedrijf wil je er zeker van zijn dat je trucks opgeladen zijn en klaarstaan voor de volgende transportmissie. Het opvolgen van het laadproces is ook belangrijk, om te kunnen zien of er afwijkingen zijn. Deze service helpt de vervoerders hierbij”, zegt Johan Östberg, Electromobility Service Owner bij Volvo Trucks.
Bron en foto’s: Volvo trucks
Lees ook: Prototype van grootste waterstof aangedreven mijnbouwvoertuig ter wereld gerealiseerd
TenneT en batterijgigant GIGA Storage sluiten eerste tijdsduurgebonden contract
GIGA Storage en netbeheerder TenneT hebben de allereerste tijdsduurgebonden aansluit- en transportovereenkomst afgesloten. Een mijlpaal die een belangrijke stap voorwaarts markeert in efficiënter gebruik van het bestaande elektriciteitsnet. Deze nieuwe overeenkomst geeft GIGA Storage het recht om minimaal 85% van de tijd elektriciteit van het net af te nemen of terug in te voeden.
Het nieuwe type contract, dat ontwikkeld is als onderdeel van het Landelijk Actieprogramma Netcongestie, stelt GIGA Storage in staat om haar batterijproject, GIGA Leopard met een vermogen van 300 MW en opslagcapaciteit van tot 1,200 MWh, in Delfzijl op het elektriciteitsnet aan te sluiten. Deze nieuwe contractvorm zorgt ervoor dat we de schaarse ruimte op het net efficiënter benutten. Dat is nodig omdat de drukte op het elektriciteitsnet er nu voor zorgt dat aansluitingen met een volledig en vast transportrecht niet altijd mogelijk zijn. Tegelijkertijd is het voor afnemers aantrekkelijk omdat zij een korting tot wel 65% op de transporttarieven kunnen krijgen.
Uitbreiden elektriciteitsnet
Minister Hermans van Klimaat en Groene Groei: “We werken met zijn allen keihard aan het sneller uitbreiden van het elektriciteitsnet, en we moeten het net ook slimmer gebruiken. Dankzij dit nieuwe type contract en de goede samenwerking wordt het mogelijk om de ruimte op het stroomnet die er nog is buiten de ‘spits’ optimaal te gebruiken. En bovendien de duurzame elektriciteit in te zetten als er minder zon en wind is. Ik hoop dat dit een doorbraak is en andere bedrijven die dat kunnen ook een flexibel contract overwegen.”
Belangrijke stap voorwaarts
Als er heel veel wind staat of de zon flink schijnt, kunnen enorme batterijen de opgewekte duurzame elektriciteit tijdelijk opslaan. Die groene stroom wordt bij een tekort gebruikt om de balans op het elektriciteitsnet te handhaven en leveringszekerheid te garanderen. Batterijen verminderen onze afhankelijkheid van kolen- en gascentrales voor productie van stroom zodra er weinig of geen zonne- en windenergie is. “Deze overeenkomst met GIGA Storage is een cruciale stap in het verbeteren van de efficiëntie en betrouwbaarheid van ons huidige elektriciteitsnet”, zegt TenneT CEO Manon van Beek. “Met deze tijdsduurgebonden contractvorm kunnen we de beschikbare capaciteit beter benutten en meer klanten aansluiten die buiten de spits om gebruikmaken van het net.”
Voordeliger voor portemonnee
De batterij helpt het elektriciteitsnet stabiel te houden door extra stroom te leveren wanneer dat nodig is. Dit kan goedkoper en efficiënter zijn dan het inschakelen van traditionele energiecentrales. Ook slaat de batterij elektriciteit op wanneer prijzen laag zijn, zodat deze later kan worden gebruikt bij een hogere vraag. Hierdoor wordt groene stroom beter benut en blijft energie betaalbaar. “Met dit nieuwe contract laten we zien dat we door samen te werken tot hele goede oplossingen komen. Door goed te luisteren naar elkaar brengen wij de energietransitie echt een stap voorwaarts en leveren we een significante bijdrage aan een duurzamere en stabielere energievoorziening,” zegt Ruud Nijs, CEO GIGA Storage. De nieuwe overeenkomst met TenneT gaat in op 1 oktober 2025.
Nieuwe alternatieve contracten
Als aanvulling op het huidige vaste transportrecht gaf de Autoriteit Consument & Markt (ACM) in het voorjaar van 2024 groen licht voor tijdsduurgebonden en tijdsblokgebonden contracten. Tijdsduurgebonden contracten maken aansluiting van grootverbruikers op het elektriciteitsnet mogelijk, waarbij de aansluiting minimaal 85% van de tijd beschikbaar is. Dit type contract is alleen voor grootzakelijke klanten van TenneT. Zij betalen een gereduceerd transporttarief en maken mogelijk ruimte voor andere partijen op de wachtlijst. Deze nieuwe contractvormen zijn met name interessant voor bedrijven zonder 24/7 bedrijfsprocessen en worden door de netbeheerders aangeboden als alternatief voor het bestaande, vaste transportrecht.
Batterijen op het hoogspanningsnet
Om ook in de komende jaren een stabiel elektriciteitsnet te garanderen, is meer flexibel inzetbaar vermogen in de vorm van onder meer batterijen nodig. Batterijen gaan een belangrijke rol spelen bij het handhaven van stabiliteit in het elektriciteitsnet, onder meer voor spanningshuishouding, dynamische stabiliteit, regel- en reservevermogen en redispatch. Dat stelt TenneT in de position paper ‘TenneT’s position on Battery Energy Storage Systems (BESS) ’. Marktpartijen en betrokken overheden krijgen daarmee inzicht in de toepassing van grote batterijen (>70 MW) op het hoogspanningsnet.
Bron en foto: TenneT
Lees ook: RWE start bouw van grootschalig batterijopslagproject in Nederland
Laserontbramen verhoogt de componentkwaliteit
Bramen op gesneden en gestanste randen van plaatmetaal verhogen het risico op letsel en kunnen vaak kabels beschadigen en oppervlakken bekrassen. Alleen al daarom is het zinvol om dergelijke randen te ontbramen. Ontbramen met een laser biedt diverse voordelen. De randen kunnen selectief worden versterkt. Daarnaast kan de vermoeiingssterkte van de onderdelen worden verhoogd en daalt de neiging tot scheurvorming. Het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT in Aken legt uit wat de voordelen zijn van laserontbramen.
In de auto-industrie heeft laser ontbramen de afgelopen tien jaar vaste voet gekregen in een aantal grootschalige productieprocessen. “Maar het potentieel van deze technologie is nog lang niet uitgeput.” Dat zegt Dr. Edgar Willenborg, expert voor laserpolijsten en laserontbramen bij het Fraunhofer ILT. Vooral het ontbramen van plaatstaal is ongecompliceerd. Het verbetert de kwaliteit van onderdelen en is dankzij verwerkingssnelheden tot twaalf meter per minuut ook snel en efficiënt.
Mechanische processen
In principe is ontbramen noodzakelijk om het risico op letsel te minimaliseren. Bovendien beschadigen scherpe bramen op gesneden en gestanste randen vaak kabels en krassen op oppervlakken. Tot nu toe werden meestal mechanische processen gebruikt om bramen te verwijderen.
Laserontbramen
Onderzoek door Fraunhofer ILT toont echter aan dat laserprocessen hier duidelijke voordelen hebben. Het proces zelf is ongecompliceerd. “De laserfocus moet de voorkant van de plaatrand raken en deze volledig bedekken”, legt Willenborg uit. Daar smelt de gefocuste lichtstraal kortstondig de metalen rand en de braam. De oppervlaktespanning zorgt er vervolgens voor dat het vloeibare metaal zichzelf gladstrijkt. Hierdoor ontstaat een afgeronde rand. “Alternatieve procesbesturing maakt het mogelijk om de rand niet alleen af te ronden, maar ook gericht te versterken,” zegt de expert. Om dit te bereiken heeft het instituut het vermogen van de laser verhoogd. Deze extra energie-input smelt meer materiaal, dat als een versterkende ronde naad rond de rand wordt geplaatst.
Diverse voordelen
De gladde, afgeronde randen voorkomen insnijdingen en schade aan kabels en oppervlakken. Maar het laserproces kan meer. Het laat defectvrije randen achter. “Dit resulteert in duidelijke voordelen in de vermoeiingssterkte en het mechanisch vervormingsgedrag van de plaatmetaalcomponenten.” Tests met hoogsterkte staal tonen aan dat de vermoeiingssterkte met 220 procent toeneemt als gevolg van het ontbramen met de laser. Tegelijkertijd nam de vervormingsgraad toe met 240 procent. Tot die tijd kan de randscheur worden vermeden. De expert legt de positieve effecten als volgt uit. Lasersmelten elimineert alle microdefecten in de randen die zijn veroorzaakt door mechanische bewerking. Dergelijke voorbeschadigingen, die onzichtbaar zijn met het blote oog, zijn vaak de plekken waar scheurvorming begint.
Laserontbramen is snel, schoon en goedkoop
Volgens Willenborg is een ander groot voordeel van laserontbramen ten opzichte van mechanische processen dat er geen slijpstof wordt geproduceerd. In plaats van het te verwijderen, smelt het proces slechts kortstondig het overtollige materiaal, waardoor het relatief eenvoudig is om laserontbramen te integreren in bestaande procesketens en productieomgevingen. Waar integratie mogelijk is, worden de voordelen snel duidelijk. “Ontbramen met een laser is vooral aan te raden voor onderdelen die zwaar belast worden”, benadrukt hij. Hij noemt chassisonderdelen als voorbeeld. De verhoogde vermoeiingssterkte in het randgebied stelt hun fabrikanten in staat om ze dunner en dus lichter te ontwerpen en uiteindelijk zuiniger.
Robots
Voor gevormde 3D-plaatwerkonderdelen kan de laser op robots worden gemonteerd. Een voordeel hierbij is dat fibergekoppelde diodelasers al worden gebruikt voor ontbramen. Volgens Willenborg zijn de standaardlasers in het nabij-infrarode golflengtebereik ook goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar.
Openingsfoto: Gedeeltelijk lasergeronde roestvrijstalen plaatranden met een plaatdikte van 1,5 mm. (foto: Fraunhofer ILT, Aken, Duitsland)
Lees ook: MetalFab 300 Flex biedt flexibel printoppervlak via licentiemodel
Kennis van mieren leidt tot doorbraak in robotnavigatie
Hoe kunnen insecten zich zo ver van hun thuisbasis bewegen maar toch altijd hun weg terug vinden? Naast biologen, zijn nu ook onderzoekers gespecialiseerd in AI voor kleine autonome robots op zoek naar het antwoord. Drone-onderzoekers van de TU Delft lieten zich inspireren door biologisch onderzoek over hoe mieren hun omgeving visueel herkennen en hun stappen zorgvuldig tellen om zo veilig thuis te komen. Gewapend met dit inzicht creëerden ze een op insecten geïnspireerde autonome navigatiestrategie voor kleine, lichtgewicht robots. Met deze robotnavigatie komen deze robots na een lange tocht gewoon weer thuis. En dat met zeer weinig rekenkracht en geheugen (1,16 kilobyte per 100 m). In de toekomst zouden minuscule autonome robots kunnen worden ingezet voor een breed scala aan toepassingen.
Kleine robots, met een gewicht van tientallen tot een paar honderd gram, hebben talloze interessante praktische toepassingen. Door hun lichte gewicht zijn ze extreem veilig, zelfs als ze per ongeluk tegen iemand opbotsen. En dankzij hun geringe grootte, schuwen ze ook de kleine ruimte niet. Goedkoop geproduceerde robots zouden massaal kunnen worden ingezet om snel een groot gebied te bestrijken, bijvoorbeeld om vroegtijdig ongedierte of ziekten op te sporen in kassen. Autonomie is bij dit soort kleine robots echter geen sinecure, omdat ze in vergelijking met grotere robots over beperkte middelen beschikken. Een groot obstakel is dan ook robotnavigatie.
Externe infrastructuur
Dit soort kleine robots moet zelf kunnen navigeren om hun taken uit te voeren. Om dit probleem op te lossen, kunnen de robots hulp krijgen van externe infrastructuur. Zo kunnen ze buiten gebruik maken van GPS-satellieten of binnen van draadloze communicatiebakens. Het is echter vaak niet wenselijk om afhankelijk te zijn van dergelijke infrastructuur. Binnen heb je geen GPS, en in volgebouwde omgevingen zoals moderne steden tussen hoge gebouwen is het vaak onnauwkeurig. Het alternatief van het installeren en onderhouden van bakens is daarentegen vrij duur of simpelweg niet mogelijk, bijvoorbeeld bij reddingsoperaties.
Problemen met huidige technologie
De AI die doorgaans wordt gebruikt voor autonome navigatie met de sensoren en rekenkracht op de robot zelf is in principe ontworpen voor grote robots, zoals zelfrijdende auto’s. Deze aanpakken zijn gebaseerd op zware, energieslurpende sensoren zoals LiDAR-afstandsmeters. Deze technologie is niet geschikt voor kleine robots. Een andere optie is het gebruiken van een zeer energiezuinige zichtsensor die rijke informatie over de omgeving levert als basis voor zeer gedetailleerde 3D-kaarten. Hiervoor is echter veel rekenkracht en geheugen nodig, en de bijbehorende computerapparatuur is te groot en verbruikt te veel energie voor zulke kleine robots. Kleine drones kan je alleen uitrusten met zeer kleine processors met weinig rekenkracht en geheugen. Autonome robotnavigatie is daarmee een grote uitdaging, aangezien de huidige AI voor navigatie veel rekenkracht en geheugen vraagt.
Robotnavigatie door nabootsing van de natuur
Om deze uitdaging het hoofd te bieden, besloten onderzoekers van de TU Delft zich tot de natuur te wenden. Insecten zijn vooral interessant omdat ze zich met zeer beperkte sensor- en rekenkracht over afstanden verplaatsen die relevant zouden kunnen zijn voor veel praktische toepassingen. Biologen krijgen steeds meer inzicht in de strategieën van insecten. Zo leerden ze dat insecten hun eigen bewegingen bijhouden, ook wel odometrie genoemd. Ze combineren dit met visueel gestuurd gedrag op basis van herkenning van de omgeving.
Odometrie
Odometrie wordt steeds beter begrepen, zelfs tot op neuronaal niveau. Toch zijn de exacte mechanismen die ten grondslag liggen aan het visueel gestuurd gedrag nog niet helemaal boven water. Wel bestaan er meerdere concurrerende theorieën over hoe insecten zicht gebruiken om te navigeren. Een van de eerste theorieën gaat uit van een model gebaseerd op snapshots, ofwel visuele momentopnames. Volgens dit model maakt een mier bijvoorbeeld regelmatig momentopnames van zijn omgeving. Later, wanneer de mier weer ’dezelfde plek nadert, vergelijkt hij zijn huidige omgeving met de momentopname. Hij beweegt totdat de verschillen minimaal zijn. Hierdoor vindt de mier zijn weg terug naar een momentopname, ook wel homing genoemd. Tegelijkertijd wordt de onvermijdelijke positie-afwijking die gepaard gaat met odometrie tegengegaan.
Hans en Grietje
“Navigatie op basis van momentopnames kan je het best uitleggen aan de hand van het sprookje van Hans en Grietje. Toen Hans zijn weg nog uitstippelde met steentjes, vond hij altijd makkelijk de weg terug. Maar toen hij broodkruimels gebruikte, werden die direct opgegeten door vogels. Daardoor verdwaalden Hans en Grietje. Onze momentopnames zijn het beste te vergelijken met die steentjes,” legt onderzoeker Tom van Dijk uit. “Een momentopname werkt pas als de robot dichtbij genoeg is. Als de visuele omgeving te veel verschilt van de momentopname, kan de robot de verkeerde richting inslaan en mogelijk voor altijd verdwalen. Het is daarom zaak om voldoende momentopnames te maken. Als Hans maar één of twee steentjes had laten vallen, was het ook nooit gelukt om thuis te komen. Als je daarentegen teveel steentjes laat vallen, zit je binnen de kortste keren zonder steentjes. Bij een robot leggen al die momentopnames beslag op het al schaarse interne geheugen. Bij eerdere onderzoeken zaten de momentopnames doorgaans heel dicht bij elkaar, zodat de robot eerst visueel naar de ene momentopname navigeerde en daarna meteen naar het volgende – wat dus alsnog veel geheugen verbruikte.”
Momentopnames
“Het belangrijkste inzicht dat ten grondslag ligt aan onze strategie is dat je momentopnames veel verder uit elkaar kunt plaatsen, als de robot daartussen gebruik maakt van odometrie”, zegt Guido de Croon, hoogleraar bio-geïnspireerde drones. “Homing werkt zolang de robot dicht genoeg bij de locatie van de momentopname uitkomt. Dat wil zeggen: zolang de odometrische afwijking van de robot binnen de momentopname valt. Hierdoor kan de robot veel minder momentopnames maken. Daarnaast kan hij ook veel verder vliegen, omdat robots bij homing veel langzamer vliegen dan wanneer ze odometrie gebruiken om opeenvolgende momentopnames af te gaan.”
CrazyFlie
De voorgestelde op insecten geïnspireerde navigatiestrategie stelde een 56 gram wegende “CrazyFlie” drone, uitgerust met een omnidirectionele camera, in staat om afstanden tot 100 meter af te leggen met slechts 1,16 kB aan geheugen. Alle berekeningen werden gedaan op een piepkleine computer, een zogeheten “microcontroller”, die in veel goedkope elektronische apparaten te vinden is.
Robottechnologie in de praktijk
“De op insecten geïnspireerde robotnavigatie is een belangrijke stap richting het toepassen van kleine autonome robots in de praktijk”, zegt Guido de Croon. “Hoewel de strategie wel beperkter is dan de strategie van de allerlaatste navigatiemethoden. Zo wordt er geen kaart gegenereerd en kan de robot alleen terugkeren naar een bepaald startpunt. Toch kan dit voor veel toepassingen meer dan genoeg zijn, Om voorraden bij te houden in een magazijn of gewassen te monitoren in een kas, kunnen drones bijvoorbeeld wegvliegen, gegevens verzamelen en terugkeren naar het basisstation. Ze kunnen toepassingsgerichte beelden opslaan op een kleine SD-kaart, die daarna worden verwerkt door een server maar niet nodig zijn voor het navigeren zelf.”
Bron: TU Delft
Afbeelding van Tworkowsky via Pixabay
Veelzijdige polymeerpleister geschikt voor diverse industrieën: van luchtvaart tot orthopedie
Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM ontwikkelden een nieuwe polymeerpleister. De thermovormbare, recyclebare pleister wordt op het beschadigde gebied gedrukt en hardt volledig uit in slechts 30 minuten. Het innovatieve vezelversterkte plastic is zo veelzijdig dat het kan worden gebruikt in een groot aantal verschillende industrieën, van de luchtvaart tot de orthopedie.
Het repareren van lichtgewicht composietonderdelen – denk aan vliegtuigvleugels, rompsecties, staartvlakken en deuren – is een tijdrovend en kostbaar proces met meerdere werkstappen. Monteurs repareren het beschadigde gebied meestal met behulp van een moeizaam nat lamineerproces. Of door vezelversterkte polymeren (FRP’s) of aluminium structuren, bekend als doublers, op het oppervlak aan te brengen. Deze methoden gaan echter gepaard met een lange uithardingstijd en vereisen extra lijm. Onderzoekers van Fraunhofer IFAM ontwikkelden een polymeerpleister van dynamische polymeernetwerken. Hiermee is het mogelijk het langdurige en bewerkelijke reparatieproces te verkorten tot slechts 30 minuten.
Innovatief materiaal
Het materiaal is gebaseerd op benzoxazines, een nieuwe klasse thermohardend materiaal dat bekend staat als een thermoharder. Bijzonder aan dit materiaal is dat de gepolymeriseerde kunststof niet smelt of zich anderszins gedraagt als een traditioneel harssysteem dat wordt gebruikt bij nat lamineren. De dynamische netwerkprocessen van de polymeerpleister maken het mogelijk om het materiaal plaatselijk te verwarmen. De volledig uitgeharde patch past zich in verwarmde toestand aan de plaats van reparatie aan. Bij kamertemperatuur heeft het polymeer thermohardende eigenschappen. Hierdoor kleeft de patch niet en is het mogelijk de pleister stabiel te bewaren. Dit bespaart energie, omdat de polymeerpleister bij kamertemperatuur kan worden opgeslagen en geen koeling nodig heeft, waardoor de opslagkosten dalen.
Gebruik polymeerpleister
De polymeerpleister wordt aangebracht op het lichtgewicht onderdeel dat gerepareerd moet worden met behulp van druk en thermisch geïnduceerde uitwisselingsreacties. Het maakt snelle reparaties mogelijk, met een volledige uitharding binnen 30 minuten. Werken met reactieve gevaarlijke materialen, zoals nodig is bij traditionele harssystemen, is niet nodig. De vitrimere eigenschappen maken het mogelijk om de polymeerpleister te verwijderen wanneer dat nodig is, zonder resten achter te laten.
Directe reparaties
“Onze lijmvrije, opslagstabiele vezelversterkte pleister maakt directe reparaties van beschadigde composietmaterialen en hybride structuren mogelijk. Omdat het polymeer van nature een vitrimeer is, gedraagt de pleister zich tijdens opslag als een conventioneel thermohardend composietmateriaal. Maar hij hecht ook gemakkelijk wanneer hij gewoon wordt verwarmd, zonder dat er extra lijm nodig is.” Dat zegt Dr. Katharina Koschek uit, hoofd van de afdeling Adhesive Bonding and Polymeric Materials bij Fraunhofer IFAM in Bremen.
Gebruik in de luchtvaart
Het innovatieve materiaal heeft een hoge mechanische sterkte en thermostabiliteit. Daardoor is het bijzonder geschikt voor mobiliteitstoepassingen zoals de automotive, spoorweginfra en in de luchtvaart. Het kan worden vervormd en heeft zelfherstellende eigenschappen. Aan het einde van de levensduur kan het worden gerecycled, omdat het polymeernetwerk kan worden opgelost en zowel de vezels als het polymeersysteem kunnen worden hergebruikt. “Conventionele thermoharders kunnen achteraf niet vervormd worden en zijn niet recyclebaar. Onze polymeerpleisters op basis van benzoxazine hebben daarentegen al deze eigenschappen. Het veelzijdige materiaal omvat veel aspecten van het duurzame gebruik van polymeren met het oog op de circulaire economie,” zegt Koschek. “Door reparatie en hergebruik verlengt het de levensduur van lichtgewicht constructies en helpt het om het verbruik van nieuwe grondstoffen te verminderen.” Een ander voordeel is dat het gecombineerd kan worden met andere materialen, waardoor het ook geschikt is voor integratie in structuren van metalen zoals staal.
Gebruik in de orthopedie
De veelzijdigheid biedt mogelijkheden voor toepassingen in verschillende sectoren, zelfs in de orthopedie. Hier zou het thermovormbare materiaal bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om in de toekomst individueel aanpasbare orthesen en prothesen te maken. Op dit moment is het op maat maken van lichtgewicht hulpmiddelen zoals deze een zeer arbeidsintensief proces, omdat conventionele composietmaterialen niet veel aanpassingen toestaan zodra de hars is uitgehard. “Prothesen worden op maat gemaakt voor individuele patiënten. Maar ze passen niet altijd. De kleinste onvolkomenheid in de pasvorm of fysiologische verandering kan betekenen dat de prothese de patiënt pijn of ongemak bezorgt en zijn behandeling verstoort. Vroeger betekende dit dat er een nieuwe prothese moest worden gemaakt, en vanwege de eisen en de hoeveelheid gedetailleerd handmatig werk die orthopedisch werk met zich meebrengt, kan dat enkele maanden duren,” legt Koschek uit.
Samenwerking
Het gebruik van thermovormbare materialen zou het opnieuw maken van dit soort medische hulpmiddelen overbodig kunnen maken. In het CFKadapt project werkten onderzoekers van Fraunhofer IFAM samen met orthopedisch en prothetisch bedrijf REHA-OT Lüneburg Melchior und Fittkau GmbH, E.F.M. GmbH en het Leibniz Institute of Polymer Research Dresden (IPF) om een nieuw vezelversterkt polymeer te ontwikkelen dat gebaseerd is op dynamische polymeernetwerken en op verschillende manieren kan worden aangepast. Het belangrijkste verschil tussen het nieuwe materiaal en commerciële matrixsystemen voor orthopedische hulpmiddelen gemaakt van vezelcomposieten is de mogelijkheid om het nieuwe materiaal opnieuw aan te passen en te modelleren naar de juiste druk- of steunpunten. Daardoor wordt een dynamische aanpassing aan de patiënt en zijn veranderende behoeften in de loop van de behandeling mogelijk.
Openingsfoto: De vormbare, recyclebare polymeerpleister kan elke gewenste vorm en grootte aannemen (Fraunhofer IFAM)
Lees ook: Lijm gemaakt van veren
Intelligente antennehuid voor nauwkeurigere communicatie in robotica
Specifieke fysieke mens-robot interacties worden steeds vaker vereist in de maakindustrie, de professionele dienstensector en de gezondheidszorg. Dit vereist verbeteringen in comfort en gemak en in de communicatie tussen mens en machine. Robots moeten menselijke acties kunnen voorspellen en intenties herkennen. En dat vraagt om flexibele metamaterialen. Meer specifiek zijn platte antennes met een meta-oppervlak en sterk geïntegreerde elektronica nodig die de nabije omgeving kunnen detecteren: een soort intelligente antennehuid. Het Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR werkt samen met zes partners in het FITNESS-project van de EU aan de ontwikkeling van dit soort oppervlakken. Ze kunnen een robot bedekken als een adaptieve, intelligente antennehuid.
Vooral in de maakindustrie spelen cobots een steeds belangrijkere rol. Bij de ontwikkeling van mens-machine-interacties is de veiligheid van werknemers van het grootste belang. Dit is waar het EU-project FITNESS (Flexible IntelligenT NEarfield Sensing Skins) om de hoek komt kijken. Het project heeft als doel de communicatie en interactie tussen mens en machine te optimaliseren. Dit willen onderzoekers realiseren met intelligente antenneoplossingen in de vorm van innovatieve elektromagnetische metamateriaaloppervlakken met geïntegreerde elektronica (een intelligente antennehuid).
Flexibele metamaterialen
Verwacht wordt dat de flexibele, rekbare antennes van flexibele metamaterialen, geschikt voor het uitzenden van oppervlaktegolven, hun omgeving in de nabije omgeving veel effectiever kunnen scannen dan conventionele antennes. Daardoor kunnen ze zowel de veiligheid van de mens als de eigen prestaties van de robots verbeteren. Zes andere partners uit de industrie en de onderzoekssector werken samen met Fraunhofer FHR aan het project. Het Franse nationale centrum voor wetenschappelijk onderzoek (CNRS), eV-Technologies, de Technische Universiteit Hamburg (TUHH), de Katholieke Universiteit Leuven (UCLouvain), de faculteit elektrotechniek en informatica van de Universiteit van Zagreb en L-up. Het project wordt gecoördineerd door de UCLouvain, in België, en wordt gefinancierd door de Europese Unie.
Intelligente antennehuid
De metasurface antennes zijn platte antennes die geïntegreerd zijn in filmachtige substraten die zich aanpassen aan de contouren van de robot. Dankzij hun vlakke structuur kunnen deze antennes buigen en uitrekken en zich als een huid om de robot wikkelen. Als alternatief, en afhankelijk van de toepassing, kunnen ze bijvoorbeeld ook alleen op de robotarm worden geplaatst. Zo werden ze “smart skins” (intelligente antennehuid) genoemd. “Wat onze toekomstige intelligente antennehuis speciaal maakt, is dat het de nabije omgeving kan scannen en beweging kan detecteren, terwijl het ook bedreven is in radiogebaseerde communicatie met het basisstation op de werkvloer,” zegt Andrej Konforta, 3D-Print HF Systems groepsmanager bij Fraunhofer FHR. “Tot nu toe bestaat er geen andere oplossing zoals deze op de markt.”
Kleine geometrieën, hoge mate van vrijheid
Het doel van de onderzoekers is dat de nieuwe, innovatieve intelligente antennehuid beamforming mogelijk maakt. Dat is een proces dat wordt gebruikt om de stralingseigenschappen van een antenne elektronisch te regelen. Het resultaat is dat de instelbare elektromagnetische straal altijd in de richting van het basisstation is gericht. Dat biedt een sterker en stabieler signaal en een groter bereik van de robot. Tot nu toe werd beamforming meestal ondersteund door zogenaamde “phased arrays”. “In een phased array zijn veel antennes als groep met elkaar verbonden. De fase van elk afzonderlijk antenne-element is variabel. Daardoor is het mogelijk om de richting van de array te beïnvloeden,” legt Konforta uit.
Gestroomlijnde elektronica
De technologie werd tot nu toe voornamelijk in militaire contexten gebruikt. In conventionele antenne-arrays zitten de antenne-elementen en hun elektronica dicht op elkaar gepakt. Dit zorgt voor hoge kosten, veel afvalwarmte en een grote gevoeligheid voor fouten. Een intelligente antennehuid daarentegen kan worden ontworpen met aanzienlijk gestroomlijnde elektronica. En dit zonder de eigenschappen van de conventionele configuratie te verliezen. Het nieuwe concept kan helpen om kosten te besparen en kleinere, compactere structuren te realiseren. “Met de metamateriaaloppervlakken streven we een nieuw ontwerpconcept na dat zeer kleine geometrieën mogelijk maakt. Geometrieën met een hoge mate van vrijheid in het ontwerp van de uitgezonden velden. Maar ook voor de best mogelijke extractie van gebarensignalen,” zegt Konforta.
Nieuwe antennesubstraten ontwikkelen
Antennes worden meestal geïntegreerd in stijve microgolfsubstraten. Er zijn ook materialen die kunnen uitrekken en dus een hoge mate van flexibiliteit bieden. De verliezen zijn echter te hoog bij deze flexibele substraten. Ze presteren niet optimaal in het hoge frequentiebereik. Dit betekent dat de conventionele substraten die op de markt verkrijgbaar zijn, niet optimaal geschikt zijn voor de transmissie van hoogfrequente signalen. Op basis van de bevindingen van Fraunhofer FHR ontwikkelt de TUHH nieuwe substraten als onderdeel van het FITNESS project.
Polymeermix
Het Institute of Applied Polymer Physics (IAPP) gebruikt een polymeermix en polymeren met geïntegreerde keramische deeltjes om rekbare materialen te synthetiseren die mogelijk geschikt zijn voor hoge frequenties. Deze materialen zullen vervolgens worden getest door Fraunhofer FHR naarmate het project vordert. Een bestaande meetopstelling wordt ook geoptimaliseerd op basis van de eerste resultaten en uitgebreid voor andere frequentiebanden. Ook ontwikkelen onderzoekers software voor de opstelling. Tegelijkertijd onderzoeken de projectpartners hoe vervormingen in de rekbare oppervlakken hun eigenschappen in het nabije en verre veld beïnvloeden. Plannen op lange termijn vragen om zelfkalibrerende antennes voor meta-oppervlakken. Doel is dat ze autonoom hun kromming en vorm herkennen om optimale signaalontvangst te garanderen en communicatieproblemen te voorkomen.
Een hele reeks toepassingen
Naast robotica in productieomgevingen zijn de projectpartners ook van mening dat medische engineering en robotica potentiële toepassingsgebieden zijn. Metasurface-antennes in de vorm van een intelligente antennehuis zouden apparaten zoals hulprobots kunnen helpen om gebaren nauwkeuriger te herkennen en beter met mensen te communiceren. Er zijn ook potentiële toepassingen voor deze technologie in persoonlijke beschermingsmiddelen voor brandbestrijding en in ruimtepakken.
Bron: Fraunhofer FHR
Foto: Onderzoek van een polymeer (Foto: Fraunhofer FHR / Alexander Balas)
Lees ook : Vijf robottrends in 2024
AI-gestuurde videoanalyse in de controlekamer verhoogt productiviteit en veiligheid
ABB, het Imperial College in Londen en het innovatieve computer vision-bedrijf Unleash live gaan AI-gestuurde videoanalyse inzetten in een nieuw project. Doel is om industriële bedrijven te helpen om de veiligheid, productiviteit en efficiëntie in de controlekamer te verbeteren.
Het project zal onderzoeken hoe AI-gestuurde videoanalyse in de controlekamer het menselijk potentieel kan versterken. Het is de bedoeling om menselijke fouten in industriële installaties te helpen voorkomen. Het project maakt deel uit van de proefinstallatie voor koolstofafvang van het Imperial College London.
Detectie van ongewone gebeurtenissen
Het besturingssysteem van de proeffabriek voor het afvangen van koolstof regelt en coördineert automatisch alle aspecten van het fabrieksproces. Vervolgens wordt het gevisualiseerd op displays. Daarop kunnen de studenten toezicht houden en indien nodig ingrijpen. Als onderdeel van het nieuwe project zal AI videobeelden volgen die worden ontvangen via een ABB Ability System 800xA plug-in. Dit systeem waarschuwt het besturingssysteem als instrumentatie niet correct is geplaatst voordat een proces wordt gestart of afgesloten. Het zal bijvoorbeeld bepalen of geselecteerde kleppen zich in de juiste positie bevinden – open of gesloten – voordat pompen worden uitgeschakeld. Het kan ook ongewone gebeurtenissen detecteren. Denk aan rook of brand, of gebeurtenissen die te maken hebben met gezondheid, veiligheid en milieu, zoals het ontbreken van beschermende uitrusting bij werknemers.
Volledig potentieel benutten
“We hebben veel analytische technologieën in ons portfolio. We willen nu heel graag het volledige potentieel van AI-ondersteunde videoanalyse verkennen.” Dat zegt Jean-René Roy, Global Business Line Manager, ABB Measurement & Analytics. “Er kunnen heel wat operationele inzichten uit beelden worden gehaald. Het is geweldig om te zien dat innovatie op dit gebied rijp is. We willen samenwerking en kennisuitwisseling tussen industrieleiders, startups en academische instellingen stimuleren om belangrijke industriële uitdagingen aan te pakken.”
Controlekamer
“Op een grote industriële fabriek heb je misschien beveiligingscamera’s en andere soorten cameranetwerken, bijvoorbeeld CCTV,” zegt Hanno Blankenstein, CEO Unleash live. “Met AI-gestuurde videoanalyse kun je videofeeds van het camerasysteem naar de controlekamer van de operator sturen. Dit kan in realtime bruikbare inzichten bieden, iets wat anders uren kan duren. Deze mogelijkheid wordt onderbenut. Wij willen het potentieel ervan laten zien.”
Digitale beeldvormingstechnologie
Inleash live is een innovatieve onderneming die computer vision technologie combineert met realtime gegevensanalyse. Dit met als doel industrieën uit te rusten met bruikbare inzichten. In 2022 won Unleash live de Startup Challenge van ABB Measurement & Analytics. Het doel van de uitdaging was het identificeren van digitale beeldvormingstechnologie die een aanvulling zou kunnen zijn op het analyzerportfolio van ABB en klanten zou kunnen helpen om de veiligheid, productiviteit en efficiëntie te verbeteren.
Samenwerking
In 2023 ondertekenden ABB en het Imperial College London een 10-jarig contract om hun succesvolle samenwerking uit te breiden. Meer dan 4.500 studenten hebben sinds de opening in 2012 praktijkervaring opgedaan met de technologische oplossingen van ABB in de fabriek. De samenwerking geeft de universiteit toegang tot enkele van de meest geavanceerde besturings- en instrumentatietechnologieën die verkrijgbaar zijn bij welke fabrikant dan ook. Studenten van het Imperial College London waren betrokken bij de ontwikkeling en het testen van de use cases in het nieuwe project.
Openingsfoto: ABB
Lees ook: Nvidia en Apptronik bundelen kunstmatige intelligentie met humanoïde robot
Subsidie voor HySUCCES: onderzoek naar sociaaleconomische impact van waterstof
Het consortium HySUCCESS doet onderzoek naar de sociaaleconomische impact van waterstof. Het heeft hiervoor 12 miljoen euro toegekend gekregen van wetenschapsfinancier NWO.
Om de transitie naar een waterstofeconomie te faciliteren is het belangrijk om ook maatschappelijke, juridische en economische aanpassingen te doen. Het HySUCCESS consortium, wat staat voor Social, User aCCeptable, Economically Sustainable Systems for hydrogen, gaat hiermee aan de slag. Het ontving van NWO – in samenwerking met het NGF-programma GroenvermogenNL hiervoor subsidie. Het consortium zal waterstof interdisciplinair bestuderen vanuit het perspectief van techniek, bedrijfsleven, recht, gedragswetenschappen en industrie.
Medewerkers van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) gaan onderzoek doen naar de rol van energierecht en milieupsychologie. Universitair hoofddocent Goda Perlaviciute, hoogleraar Linda Steg (allebei werkzaam bij de afdeling milieupsychologie binnen de Faculteit Gedrags- en Maatschappijwetenschappen) en hoogleraar Lorenzo Squintani (Faculteit Rechtsgeleerdheid en directeur van de Wubbo Ockels School voor Energie en Klimaat) zullen het onderzoek uitvoeren. Dit doen ze samen met een aantal postdocs en PhD’s. Patricia Poppendick, projectcoördinator waterstof bij de Wubbo Ockels School van de RUG, is verantwoordelijk voor het projectmanagement.
Mogelijke zorgen en juridische barrières
Hoogleraar Linda Steg wordt projectleider van Hy-SUCCESS en zegt dat inzichten uit de gedragswetenschappen een groot verschil maken. Het gaat om de vraag of waterstof breed geaccepteerd wordt, of slechts een klein aandeel krijgt in de markt voor duurzame energie. “Waterstof zal niet op grote schaal worden geïmplementeerd als mogelijke zorgen van het publiek en juridische barrières niet goed worden weggenomen.”
Vergunning bouwmachines
Hoogleraar Lorenzo Squintani zegt dat er momenteel gevallen zijn waarin bedrijven groene waterstof willen gebruiken, maar geen duidelijk wettelijk pad hebben om te volgen. Bouwbedrijven willen bijvoorbeeld groene waterstof gebruiken om hun bouwmachines van brandstof te voorzien, zodat ze geen stikstof hoeven uit te stoten. Maar ze kunnen geen vergunning krijgen voor kleine bovengrondse opslagtanks, omdat er geen specifieke vergunningsprocedure is. Daardoor zijn ze helaas gedwongen om diesel te blijven gebruiken.
Maatschappelijke uitdaging
Vanuit psychologisch en juridisch perspectief “is de introductie van waterstof een enorme maatschappelijke uitdaging en het is van cruciaal belang om te begrijpen wat dit betekent voor de bevolking als geheel en hoe het moet worden gereguleerd”, zegt universitair hoofddocent Goda Perlaviciute.
5 subtaken HySUCCESS
HySUCCESS zal 5 subtaken hebben, waarbij elk thema door een ander instituut wordt geleid:
- Systeemmodellen en de rol van waterstof in het toekomstige energie- en grondstoffensysteem (leiding: Universiteit Utrecht en HAN Hogeschool)
- Markten en bedrijfsmodellen (leiding: TU Delft en Centrum Wiskunde & Informatica)
- Wettelijk kader, beleidsmaatregelen en publieke waarden (leiding: Rijksuniversiteit Groningen en Hanzehogeschool Groningen)
- Publieke acceptatie van waterstofsystemen (leiding: Universiteit Leiden en Universiteit Utrecht)
- Integratie, coördinatie en verspreiding van onderzoek (leiding: Rijksuniversiteit Groningen en Universiteit van Tilburg)
Samenwerking
Het voorstel om sociaaleconomische impact op te nemen is het enige niet-technische academische aspect binnen GroenVermogenNL, dat onderdeel is van het Nationale Groei Fonds. GroenVermogenNL zet door heel Nederland waterstofproefprojecten, onderzoeksprojecten en onderwijsprogramma’s op om de samenwerking tussen investeerders, onderzoekers en docenten te vergroten.
Naast de RUG bestaat het consortium uit 10 universiteiten, 2 onderzoeksinstituten, 5 hogescholen, een onderzoeks- en technologieorganisatie en 3 industriële partners. Professor Henk Akkermans van Tilburg University zal optreden als technisch manager van het project.
Lees ook: Nieuwe elektrolyser wekt zelf zonne-energie op voor groene waterstof
Afbeelding van Gerd Altmann via Pixabay
Biobeton en biogene bouwmaterialen
met cyanobacteriën
Fraunhofer-onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om biogene bouwmaterialen te maken op basis van cyanobacteriën. De bacteriën vermenigvuldigen zich in een voedingsoplossing, aangedreven door fotosynthese. Wanneer aggregaten en vulstoffen zoals zand, basalt of hernieuwbare grondstoffen worden toegevoegd, ontstaan rotsachtige solide structuren. In tegenstelling tot de traditionele betonproductie stoot dit proces geen kooldioxide uit. In plaats daarvan wordt de koolstofdioxide gebonden in het materiaal zelf.
De bouwsector heeft een probleem. Cement, het hoofdbestanddeel van beton is slecht voor het klimaat. De CO2-uitstoot van cementproductie is zeer hoog. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS en het Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology FEP hebben de koppen bij elkaar gestoken. Ze introduceren nu een milieuvriendelijke, biologisch geïnduceerde methode om biogene bouwmaterialen te produceren op basis van cyanobacteriën. Dit als onderdeel van het “BioCarboBeton” project. Niet alleen stoot het proces zelf geen koolstof uit. Integendeel, het klimaatschadelijke gas wordt gebruikt voor het proces en vervolgens gebonden in het materiaal.
Blauwalgen
De kern van de nieuwe methode zijn cyanobacteriën, voorheen bekend als blauwalgen. Deze bacterieculturen zijn in staat tot fotosynthese. Als licht, vocht en temperatuur op elkaar inwerken, vormen ze structuren die bekend staan als stromatolieten van kalksteen. Deze rotsachtige biogene structuren bestaan al 3,5 miljard jaar in de natuur. Dat getuigt van de veerkracht en duurzaamheid van dit biologische proces. Net als toen wordt CO2 uit de atmosfeer gevangen als onderdeel van het mineralisatieproces en vervolgens gebonden in het biogene gesteente.
Technologische methode
De Fraunhofer-onderzoekers zijn erin geslaagd om dit natuurlijke proces na te bootsen met een technologische methode. Onder projectleiding van initiatiefnemer Dr. Matthias Ahlhelm, die ook het idee heeft aangedragen, ontwikkelt Fraunhofer IKTS materialen en processen, selecteert het potentiële vulstoffen en bindmiddelen en zorgt het voor de vorm en structuur. Onderzoekers van Fraunhofer FEP, onder leiding van Dr. Ulla König, stellen de methoden vast voor het kweken van de cyanobacteriën, de aanvullende microbiologische analyse en de opschaling van de te bereiken biomassaproductie.
Structuur
In de eerste stap om biomassa te produceren, worden de lichtgevoelige cyanobacteriën gekweekt in een voedingsoplossing. De intensiteit en kleur van de gebruikte lichtbron beïnvloeden de bacteriële fotosynthese en het metabolisme. Om ervoor te zorgen dat de bacteriële oplossing mineralisatie kan ondergaan om stromatolietachtige structuren te produceren, worden calciumbronnen zoals calciumchloride toegevoegd. Daarna creëren de onderzoekers een mengsel van hydrogels en verschillende vulstoffen, zoals verschillende soorten zand, waaronder zee- of kiezelzand. Extra CO2 wordt toegevoegd om het gehalte opgeloste koolstofdioxide te verhogen en het proces te ondersteunen.
Laatste stadia van mineralisatie
Het bacteriële mengsel wordt geroerd tot het punt van homogeniteit. Het krijgt dan structuur door het over te brengen in bijvoorbeeld mallen. De mallen moeten bij voorkeur doorzichtig zijn zodat de bacteriële stofwisselings- en fotosyntheseprocessen door kunnen gaan. De daaropvolgende mineralisatie leidt tot de uiteindelijke stolling. Het bacteriële mengsel kan ook worden gevormd door spuiten, schuimen, extrusie of additieve vervaardiging. Daardoor krijgt het de vorm waarin de laatste stadia van mineralisatie plaatsvinden.
Cyanobacteriën
Als alternatief kunnen ook poreuze substraten worden gemaakt en vervolgens worden behandeld met de cyanobacteriecultuur: “De zich ontwikkelende vaste structuur is tijdens het proces nog steeds poreus, zodat er licht naar binnen valt en de kooldioxide-fixatie wordt aangestuurd door kalksteenmineralisatie. We kunnen het proces stoppen door het licht en vocht te verwijderen of de temperatuur te veranderen,” legt Ahlhelm uit. Op dat moment sterven alle bacteriën gewoon af. Het resultaat is een vast product op basis van biogeen calciumcarbonaat en vulstoffen. Dit kan worden gebruikt als bijvoorbeeld baksteen. De biogebaseerde bouwmaterialen gemaakt van cyanobacteriën bevatten geen giftige stoffen.
Circulair procesontwerp
Een van de doelen van het BioCarboBeton project is het bepalen van de mogelijke materiaal- en mechanische eigenschappen van de te produceren biogene materialen en het opschalen van de processen. De onderzoekers denken al na over een circulair procesontwerp. De koolstofdioxide zou bijvoorbeeld afkomstig kunnen zijn van industriële afvalgassen. Het team werkt momenteel met biogas. Basalt en mijnafval zouden gebruikt kunnen worden als calciumbron, maar dat geldt ook voor melkresten van zuivelbedrijven. En naast zand kunnen ook bouwafval of hernieuwbare bronnen worden gebruikt als vulmiddel.
Toepassingen – van isolatie tot mortel
Dankzij de gerichte selectie van vulstoffen en het beheer van proces- en mineralisatieparameters kunnen producten worden gemaakt voor een groot aantal verschillende toepassingsscenario’s. Potentiële toepassingen zijn onder andere isolatiemateriaal, baksteen, bekistingsvulling en zelfs mortel of stucwerk dat uithardt of verhardt nadat het is aangebracht.
Opschalen
Nu het team van onderzoekers het proces bij Fraunhofer IKTS en Fraunhofer FEP heeft vastgesteld en getest, werken ze aan het opschalen van de volumes en het bepalen van de gewenste eigenschappen van de vaste stof. Het doel is om fabrikanten in staat te stellen de milieuvriendelijke bouwmaterialen op biologische basis in de benodigde volumes, snel en kosteneffectief te produceren.
Circulaire economie
Ahlhelm en König geloven in het proces: “Onze methode laat het enorme potentieel zien dat kan worden ontsloten door biologisatietechnologie. In het algemeen is ons BioCarboBeton project een kans voor een grote stap in de richting van een circulaire economie in de bouwsector en daarbuiten.”
Openingsfoto: Fotobioreactor van Fraunhofer FEP op laboratoriumschaal voor het kweken van cyanobacteriën onder gedefinieerde licht-, temperatuur- en gasomstandigheden Foto: Fraunhofer FEP
Ultramoderne simulatiecentrum voor voertuigdynamica in gebruik genomen
De EDAG Groep, onafhankelijk dienstverlener op het gebied van engineering, neemt zijn Zero Prototype Lab in Wolfsburg in gebruik. In dit ultramoderne simulatiecentrum voor voertuigdynamica kunnen klanten van over de hele wereld hun voertuigen en belangrijke functies virtueel testen zonder prototypes te hoeven ontwikkelen. Dit maakt het ontwikkelingsproces aanzienlijk efficiënter en duurzamer en verkort ook de time-to-market.
Dankzij de nieuwste simulatietechnologie is het Zero Prototype Lab een uniek simulatiecentrum voor voertuigdynamica in Europa. Voertuigbewegingen kunnen perfect worden gereproduceerd in de virtuele ruimte. Het centrum heeft drie testplatforms voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van hardware, software en mens/machine-interface (HMI).
Simulatiecentrum
Het simulatiecentrum staat open voor alle marktdeelnemers wereldwijd. Het biedt de kans om virtueel in nieuwe voertuigen te rijden en ze subjectief te ervaren. Belangrijke functies zoals autonoom rijden, kunnen geïnteresseerden testen in combinatie met de functie van het aandrijfsysteem, sturen, remmen en accelereren. Dit helpt autofabrikanten om bijvoorbeeld de bouw van kostenintensieve prototypes te verminderen en ontwikkelingscycli te verkorten. Bovendien is het mogelijk om de voertuigdynamica in de virtuele wereld te optimaliseren op verschillende testlocaties en racecircuits onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden, ongeacht het seizoen. Het is mogelijk om het gebruik van materialen en hulpbronnen te verminderen terwijl het de CO2-voetafdruk van het ontwikkelingsproces kan minimaliseren.
Innovatie voor motorsport
Of het nu gaat om het stuurgevoel, het gedrag op de limieten van het voertuig of het chassis: in tijden van actieve rijveiligheid en autonome voertuigen wordt het steeds uitdagender om de basiskenmerken van voertuigen te testen. Dit geldt niet alleen voor grote serieprototypes; de voertuigsimulator is ook een echte aanwinst voor de motorsport. Voor raceteams zijn talloze instelmogelijkheden en specifieke aanpassingen voor coureurs en circuits absoluut essentieel. Op de rijsimulator in het simulatiecentrum kan men in een handomdraai een breed scala aan afstellingen op verschillende circuits ontwikkelen om de prestaties te verbeteren.
Circuits nabootsen
Alle circuits zijn na te bootsen in het Zero Prototype Lab, zodat coureurs zich vertrouwd kunnen maken met de circuits voor de start van het seizoen. Individuele sequenties en parameters kunnen worden geoptimaliseerd totdat de gewenste rondetijd en het bijbehorende rijgevoel zijn bereikt. Met de simulatie kan hetzelfde testscenario herhaaldelijk worden uitgevoerd onder de gewenste omstandigheden, bijvoorbeeld wegdek, bandenmateriaal of weersomstandigheden. Het is mogelijk de windkracht precies op de gewenste intensiteit in te stellen. Hetzelfde geldt voor het simuleren van een besneeuwd landschap. Testritten voor beide toepassingen zijn dus niet langer afhankelijk van specifieke seizoenen.
Voertuigontwikkeling
“Met de opening van het Zero Prototype Lab simulatiecentrum slaan we een compleet nieuwe bladzijde om in de voertuigontwikkeling. Technologieontwikkelaars en voertuigfabrikanten over de hele wereld kunnen nu hun ontwikkelingsproces reorganiseren en aanzienlijk sneller, efficiënter en duurzamer werken dankzij nauwkeurige simulatie”, legt Harald Keller uit, CEO van de EDAG Groep vanaf 1 juli 2024. “Op deze manier stimuleren we de voortdurende veranderingen in de voertuigontwikkeling en de mobiliteitsindustrie en maken we toekomstgerichte waardecreatie mogelijk.”
Kenmerken simulator
Het Zero Prototype Lab maakt gebruik van de DiM500 Full Spectrum Simulator (DIM500 FSS) van het bedrijf VI-grade, de grootste en krachtigste kabelgestuurde simulator voor ontwikkeling, racen en onderzoek gericht op voertuigdynamica, voertuigbewegingen en interactie met de bestuurder. Het kan worden gebruikt om voertuigdynamische manoeuvres in kaart te brengen met 1:1 motion cueing. Dit betekent dat de bestuurder realistische bewegingssignalen ontvangt, opgaat in de virtuele omgeving en een realistische rijsensatie kan ervaren. Naast de DiM500 FSS-simulator beschikt het Zero Prototype Lab ook over een COMPACT Full Spectrum Simulator van VI-kwaliteit en een AutoHawk hardware-in-the-loop platform. Hierdoor kunnen de rijsimulatoren worden aangesloten op bestaande en toekomstige hardware-in-the-loop testbanken.
Foto: het nieuwe Zero Prototype Lab van de EDAG Group (Foto: EDAG Group)
Prototype van grootste waterstof aangedreven mijnbouwvoertuig ter wereld gerealiseerd
Fortescue en Liebherr hebben een primeur te pakken in Australië. Een prototype van een op waterstof aangedreven T 264 mijnbouwvoertuig reed voor het eerst op waterstof in Perth, West-Australië. Deze prestatie betekent een grote stap voorwaarts voor het partnerschap tussen ontwikkelaars Liebherr en Fortescue. Doel is de ontwikkeling en levering van nulemissie mijnbouwvoertuigen.
Het mijnbouwvoertuig kreeg de naam ‘Europa’. “Het voertuig zullen we binnenkort op locatie inzetten. Liebherr en Fortescue hebben hiermee een belangrijke stap gezet richting hun gezamenlijke doel. Het doel is om emissievrije oplossingen voor de mijnbouwindustrie te ontwikkelen. Samen willen we voertuigen bouwen die zich in de praktijk hebben bewezen en energieonafhankelijk zijn.” Dat zegt Joerg Lukowski, Vice President of Sales and Marketing voor Liebherr Mining. “Dit succes toont de ongelooflijke capaciteiten aan van twee Tier 1-bedrijven. Dankzij hun samenwerking kunnen ze levensvatbare technologieën ontwikkelen die de mijnbouwindustrie kunnen helpen op weg naar een koolstofvrije toekomst.”
380 kilogram vloeibare waterstof
Europa bevat een 1,6MWh batterij (intern ontwikkeld door Fortescue WAE) en 500 kilowatt brandstofcellen. Het prototype kan meer dan 380 kilogram vloeibare waterstof opslaan.
“Na het succes van het prototype van onze batterij-elektrische heftruck op locatie, zijn we verheugd dat Europa nu op waterstof rijdt.” Dat zegt Dino Otranto, Chief Executive Officer van Fortescue Metals. “Dit is een enorme prestatie voor het team. Het brengt Fortescue weer een stap dichter bij een vloot van nulemissie trucks op onze locaties tegen het einde van dit decennium.”
Verder testen mijnbouwvoertuig noodzakelijk
“We streven ernaar om de ‘Europa’ in de komende weken naar onze mijnbouwactiviteiten te vervoeren. Daar zal hij op locatie verder worden getest en in gebruik worden genomen. De daaropvolgende testresultaten zullen we gebruiken voor onze toekomstige vloot van emissieloze trucks die we samen met Liebherr gaan leveren.”
Partnerschap en historie
In juni 2022 gingen Fortescue en Liebherr een partnerschap aan voor de ontwikkeling en levering van emissieloze mijnbouwheftrucks. Liebherr begon in 2023 met de levering van de eerste van Fortescue’s T 264 dieselelektrische trucks. Die zullen voor het einde van het decennium worden omgebouwd naar nul-emissietechnologie.
Openingsfoto: Het prototype van de waterstofaangedreven T 264 transporttruck in de fabriek van Fortescue in Perth. (foto: Liebherr)
Lees ook: Eerste waterstofgenerator voor het snelladen van EV’s