Additieve productie
Sneldrogende 3D‑geprinte klei‑hennep‑polymeer om beton te vervangen
Milieubeperkingen van beton: Zandgebruik en CO₂‑emissies
Beton is de afgelopen decennia het centrale bouwmateriaal geworden, vooral in dichtbevolkte stedelijke omgevingen. Het heeft geleidelijk bakstenen, steen en hout vervangen, dankzij de lage kosten, het gebruiksgemak en de schaalbaarheid.
Maar het kent ook problemen.
Ten eerste is het verre van een duurzaam product wat betreft grondstofverbruik. Het gebruikt enorme hoeveelheden zand, tot het punt dat rapporten suggereren de wereld “op zand raakt.”
Bron: Visual Capitalist
De productie van cement is ook een zeer energie‑intensieve activiteit. Het wordt bijna uitsluitend aangedreven door fossiele brandstoffen, waardoor de cementproductie verantwoordelijk is voor 8 % van de wereldwijde CO₂‑emissies.
Dit is vergelijkbaar met de emissies van auto’s en bestelwagens, die verantwoordelijk zijn voor 10 % van de wereldwijde emissies. Consequently, making concrete more sustainable would be as impactful as transitioning all of the world’s cars to EVs and powering them only with green energy.
Hoe klei‑hennep‑3D‑printen een koolstofarme betonalternatief creëert
Parallel aan de zoektocht naar groenere alternatieven voor traditioneel beton, ontstond het idee om 3D‑printprincipes te gebruiken om huizen te bouwen.
In plaats van arbeidsintensieve methoden zoals metselwerk, kan een geautomatiseerde 3D‑printmachine muren snel samenstellen.
Echter, het printen van de muren elimineert de lange uithardingstijd die nodig is voor beton niet; er blijft een wachttijd van 28 dagen voordat de constructie volledige sterkte bereikt.
Onderzoekers van Oregon State University hebben nu een betonalternatief ontwikkeld dat aanzienlijk minder koolstofintensief is en toch compatibel blijft met 3D‑printtechnologie.
Ze publiceerden hun resultaten in Advanced Composites and Hybrid Materials1 onder de titel “3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives.”
Swipe to scroll →
| Eigenschap | Traditioneel cementbeton | Klei‑Hennep polymeerbeton (OSU) | Koolstofarme elektrolyzerbeton (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Bindmiddel | Portlandcement, kiln‑gebrand klinker | Acrylamide‑gebaseerd polymeerbindmiddel met RICFP | Elektrolyzer‑gebaseerd cement geproduceerd bij kamertemperatuur |
| Biobased / in‑situ inhoud | Laag; voornamelijk gewonnen aggregaten | ≈75 % klei, zand, hennepvezels, biochar naar gewicht | Afhankelijk van lokale calciumbronnen (industriële bijproducten, gesteenten) |
| Sterkte direct na plaatsing | Effectief 0 MPa; vereist bekisting | ≈3 MPa direct na 3D‑printen | Vroeg‑sterkteprofiel nog in schaal en test |
| Dagen tot 17–24 MPa structurele sterkte | Meestal tot 28 dagen | ≈3 dagen om 17 MPa te overschrijden | Streeft vergelijkbaar of beter, varieert per mix en fabriek |
| Volledige uithardingstijd | ≈28 dagen | ≈8–14 dagen (boven 40 MPa) | Fabrieks‑specifiek; ontworpen om kiln‑proces te vermijden |
| CO₂‑voetafdruk vs gewoon Portlandcement | Hoog (kilns en procesemissies) | Lager, dankzij biobased aggregaten en geen cementkiln | Ontworpen om aanzienlijk lager te zijn door kalksteencalcination te vermijden |
| 3D‑printcapaciteit | Vereist steunen, langzame uitharding, beperkte overhangen | Kan vrijstaande overhangen en gaten printen zonder steunen | Vroeg‑fase; focus op batchproductie van koolstofarm cement |
Binnen het klei‑hennep‑polymeer: RICFP en biobased aggregaten
Cement bestaat doorgaans uit calcium, silicium, aluminium en ijzer, die uiteindelijk in een kiln worden verhit en tot een fijn poeder worden gemalen.
In plaats daarvan ontwikkelden de onderzoekers een 3D‑printbaar, klei‑gebaseerd constructiemateriaal met een methode die bekend staat als Radical‑Induced Cationic Frontal Polymerization (RICFP).
Het berust op drie belangrijke chemische componenten:
- Een monomeer dat polymeriseert in aanwezigheid van een vrij radicaal.
- Een crosslinker die polymeerkettingen aan elkaar verbindt.
- Een initiator die bij hoge temperatuur de vrije radicalen vrijgeeft die nodig zijn om de polymerisatie te starten.
De onderzoekers bereikten dit door het RICFP‑bindmiddel te combineren met klei‑aggregaat, zand, biochar en hennepvezel om de compressieve sterkte, isolatie en duurzaamheid te verbeteren. Daarbij werd een bindmiddel toegevoegd, gemaakt van acrylamide (ACR) monomeer, methyleenbisacrylamide (MBA) cross‑linker en ammoniumperoxodisulfaat (APS).
In totaal werd hiermee 70–80 % bio‑gebaseerde materialen naar gewicht gebruikt.
Superieure sterkte en snellere uitharding dan traditioneel beton
De belangrijkste verbetering die dit materiaal biedt ten opzichte van beton is een hogere sterkte, vooral direct na 3D‑printen.
Met een bouwbare sterkte van 3 megapascal (MPa) maakt het de constructie van meerlagige muren en vrijstaande overhangen zoals daken mogelijk.
Deze sterkte neemt in de loop van de tijd toe, waardoor een zeer solide eindgebouw ontstaat.
“Het overschrijdt 17 megapascal, de sterkte die vereist is voor residentieel structureel beton, in slechts drie dagen, vergeleken met tot wel 28 dagen voor traditioneel cementgebonden beton.”
Devin Roach – Assistent‑Professor Werktuigbouwkunde, OSU College of Engineering
Een ander voordeel is de uithardingstijd: het materiaal bereikt de 17 MPa sterkte die vereist is voor residentieel structureel beton in slechts drie dagen. Het hardt volledig uit in minder dan twee weken — vergeleken met ongeveer 28 dagen voor traditioneel cementgebonden beton.
De onderzoekers testten ook verschillende 3D‑printconstructiemethoden. Ze toonden aan dat hogere sterkte en snelle polymerisatie het mogelijk maken om het nieuwe mengsel te printen zonder onderliggende structuur.
Deze nieuwe methode kan ook worden gebruikt om normaal gevormde deuren en ramen te printen, functies die meestal extra materialen of speciale methoden vereisen bij 3D‑printen met beton.
“Het vermogen van het materiaal om vrijstaande structuren te printen zonder gebruik van steunen, inclusief diverse en unieke mogelijkheden van printen met frontaal polymeriserend beton.”
Wat klei‑hennep‑3D‑printen kan betekenen voor toekomstige gebouwen
Hoewel 3D‑geprinte huizen en bouwmaterialen aanvankelijk beton gebruikten, is het waarschijnlijk dat deze nieuwe constructiemethode zal profiteren van nieuwe materialen.
Voorlopig, aangezien het nog in een experimenteel stadium is, is het klei‑hennep‑biochar‑gebaseerde materiaal duurder dan beton.
Maar verdere verfijning en verlaging van de bouwkosten, dankzij de efficiëntie van 3D‑printen, zouden het uiteindelijk op gelijke hoogte met traditionele materialen moeten brengen.
Bovendien kan de superieure koolstofvoetafdruk een doorslaggevende factor zijn als koolstofbelastingen de cementkosten sterk gaan beïnvloeden.
Investeren in cementproductie
Belangrijk voor beleggers – Klei‑hennep‑3D‑printen & CRH
Klei‑hennep‑polymeerbeton bevindt zich nog in het laboratorium‑ en pilotstadium, maar het bevindt zich in de slipstream van drie krachtige krachten: decarbonisatie van de bouw, geautomatiseerde 3D‑geprinte constructies en snel uithardende materialen die projecttijden verkorten. Het mengsel van Oregon State University toont aan hoe biobased aggregaten en polymeerchemie structurele sterkte in dagen in plaats van weken kunnen leveren, met een veel lagere CO₂‑voetafdruk dan traditioneel cement. Voor beleggers op de openbare markt is CRH een van de duidelijkste manieren om blootstelling aan deze transitie te krijgen. Het bedrijf is de grootste recycler in Noord‑America, is al begonnen met het verminderen van cementemissies door alternatieve brandstoffen, en zet kapitaal in voor koolstofarme cementinnovators zoals Sublime Systems, koolstofafvangtechnologieën en AI‑gedreven mixoptimalisatie. Als elektrolyzer‑gebaseerd cement en geavanceerde 3D‑geprinte mengsels commercieel opschalen, zijn gevestigde spelers met wereldwijde distributie, kapitaal en regelgevende relaties — zoals CRH — het best gepositioneerd om de transitie te bezitten in plaats van erdoor verstoord te worden.
CRH: Een duurzame cementleider en decarbonisatie‑spel
(CRH )
Als een van ‘s werelds leiders in cementproductie zal CRH een sleutelrol spelen bij het verduurzamen van de cementbouw. Het staat op nummer 1 in totaal volume van geleverde bouwmaterialen in zowel de VS‑ als de Europese markten.
Het bedrijf is actief in 28 landen en 3.390 vestigingen, met 78.500 werknemers, waarbij CRH Americas 65 % van de wereldwijde omzet in 2023 genereert.
CRH verwacht robuuste uitgaven van westerse overheden aan infrastructuur om haar bedrijf te laten groeien. De trends van re‑industrialisatie en het terughalen van high‑tech productie naar eigen land zouden ook moeten helpen.
Bron: CRH
CRH heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van duurzaamheid met een reeks initiatieven:
- Het is de grootste recycler in Noord‑America, met 43,9 miljoen ton afval en bijproducten uit andere industrieën gerecycled in 2023.
- Het heeft zijn CO₂‑emissies in 2023 met 8 % verminderd, dankzij het gebruik van 36 % alternatieve brandstoffen in zijn cementfabrieken.
- Het streeft naar een vermindering van emissies met 30 % tegen 2030 (vergeleken met emissies in 2021).
Dit is op zichzelf prijzenswaardig, maar kan worden gezien als te weinig, te laat, gezien de koolstofemissies van de betonindustrie.
Gelukkig is CRH ook een drijvende kracht achter meer fundamentele veranderingen in de sector. Met name heeft het, samen met de Europese betonreus Holcim, $75 M geïnvesteerd in het koolstofarme cementbedrijf Sublime.
Sublime Systems is in 2020 voortgekomen uit MIT om een elektrolyzer te gebruiken om cement bij kamertemperatuur te produceren, waardoor energie‑ en fossiel‑intensieve kilns worden vervangen. Het maakt ook het gebruik van calciumbronnen als grondstof mogelijk, waardoor de CO₂‑uitstoot van kalksteen wordt vermeden.
De eerste commerciële faciliteit van Sublime in Holyoke wordt naar verwachting al in 2026 geopend. Als het succesvol blijkt, kan het de echte game‑changer voor de cementindustrie zijn en de weg vrijmaken voor schaalbare koolstofarme beton.
CRH heeft ook geïnvesteerd in andere decarbonisatie‑ en duurzaamheids‑startups:
- €23,7 miljoen in Cool Planet Technologies, dat koolstofafvangoplossingen ontwikkelt voor industrieën die traditioneel moeilijk te decarboniseren zijn.
- $34,7 M door CRH en andere investeerders in Carbon Upcycling Technologies, dat een volledig elektrische mineralisatieoplossing gebruikt om CO₂ permanent op te slaan in industriële bijproducten en mineralen, zoals cement, kunststoffen, consumentenproducten, meststoffen en farmaceutica.
- AICrete, een ‘recept‑als‑een‑service’ platform dat samenwerkt met lokale betonproducenten, lokale materialen optimaliseert en de hoeveelheid cement vermindert met behulp van AI‑analyses, waardoor zowel de CO₂‑voetafdruk als de kosten van betonproductie worden verlaagd.
- FIDO AI’s Series‑B‑financiering is een startup die AI gebruikt om waterverbruik te verminderen en waterbesparing te vergroten.
Ten slotte investeert CRH ook in 3D‑betonprinten (3DCP) via haar dochteronderneming Amerimix.
Al met al is CRH een winstgevende leider in de beton‑ en bouwsector en bereidt zich zeer actief voor op de decarbonisatie van de industrie, zowel direct in bestaande faciliteiten als door een belangrijke kapitaalverstrekker te zijn voor innovatieve startups die de volgende generatie cement‑ en betonproductietechnologie ontwikkelen, inclusief decarbonisatie en 3D‑printen.
Laatste CRH (CRH) aandelennieuws en ontwikkelingen
Gerefereerde studie
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 oktober 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
