Energietransitie.

De energietransitie is langzamerhand een begrip binnen Nederland en Europa. Bedrijven dienen voor 1 december a.s. een energiestudie (Informatie- en Onderzoeksplicht) op te stellen. Daarnaast is de overheid aan het nadenken om niet langer subsidies te verlenen voor het verbranden van fossiele brandstoffen, om de uitstoot van CO₂ drastisch te beperken. Op brancheniveau maar ook op overheidsniveau dient onderzoek uitgevoerd te worden om deze transitie in goede banen te leiden. De overheid dient de komende jaren ervoor te zorgen dat de infrastructuur voor alternatieve gassen en duurzame elektriciteit drastisch wordt uitgebreid om de doelstellingen tijdig te kunnen halen.

TCKI heeft voor de keramische branchevereniging, KNB, met ondersteuning van de Provincie Gelderland in de afgelopen drie jaren intensief onderzoek uitgevoerd. Er is gekeken of een deel van het keramische stookproces geëlektrificeerd kan worden door het inzetten van microgolfondersteuning en naar het toepassen van alternatieve gassen in het stookproces.

De stookproeven met microgolfondersteuning zijn uitgevoerd op straat- en metselbakstenen en dakpannen in samenwerking met een onderzoeksinstituut uit Denemarken. Door de stapelwijze van keramische producten maar ook de omvang van het product is sprake van het na-ijlen van de temperatuur in de ovenpakketten. Met name in het opwarmtraject tot ongeveer 800 °C kunnen producten met microgolfondersteuning in het algemeen sneller, en dus ook energiezuiniger worden gestookt.

Naast de zetwijze speelt ook de gehanteerde toptemperatuur in relatie tot de kleireceptuur een belangrijke rol. Voor producten welke tot een hoge sintergraad worden gestookt, is gebleken dat de toepassing van microgolfondersteuning op toptemperatuur kan leiden tot ongewenste kwaliteitsverschillen. Dit komt door plaatselijk excessieve opwarming, dat in het ergste geval kan leiden tot smeltvorming. Voor dit type producten zal de inzet van microgolfondersteuning in de praktijk moeten worden beperkt tot het opwarmtraject. Desalniettemin is aangetoond dat met microgolf- ondersteund stoken het gasverbruik met 15 tot 35% beperkt kan worden met een toename van het elektriciteitsverbruik van gemiddeld 450%.

Het stoken met alternatieve brandstoffen is uitgevoerd op een brede selectie van zowel grof- als fijn-keramische producten. Alle producten zijn gestookt met de brandstoffen aardgas (referentieproef), bio-propaan, biogas en waterstofgas. Tijdens de stookproeven zijn naast temperatuur ook de concentraties zuurstof, koolstofdioxide, koolstofmonoxide en stikstofmonoxide geregistreerd.

Het stoken met alternatieve duurzame gassen heeft, afhankelijk van het gebruikte gas, in meer of mindere mate een direct gevolg voor de ovenatmosfeer en daarmee ook op de rookgasemissies. Met name de NOx-emissie kan een probleem vormen wanneer wordt overgeschakeld naar waterstofgas. In algemene zin is vastgesteld dat het stoken met alternatieve, duurzame gassen voor het merendeel van de producten geen afwijkingen in de producten zal geven.

In enkele specifieke gevallen leidt dit echter tot producten met afwijkende fysische eigenschappen en/of productkleur, met name bij het stoken met biogas en met waterstofgas. In deze gevallen zijn daardoor aanpassingen in het stookproces nodig.

Het stoken met alternatieve brandstoffen vraagt ook om aanpassingen van branders en branderinstallaties in bestaande, maar ook voor nieuwe ovens. Tevens zal bij het gebruik van alternatieve brandstoffen het aspect veiligheid, voornamelijk voor waterstof, opnieuw moeten worden beschouwd en zal de overheid dienen te zorgen voor een nieuwe wetgeving. In algemene zin is vastgesteld dat het stoken met alternatieve, duurzame gassen voor het merendeel van de producten geen afwijkingen in de producten zal geven.

Met de uitgevoerde branche onderzoeken heeft TCKI laten zien over de expertise en de benodigde onderzoeksmiddelen te beschikken om bedrijven maar ook branches te ondersteunen in het beperken van de CO₂-emissie.

Kwantitatieve mineralogische analyse en in situ hoge temperatuurmetingen met XRD.

Röntgendiffractie (XRD) wordt bij TCKI al jaren ingezet voor de identificatie van kristallijne materialen. Deze materialen worden gekenmerkt doordat de atomen waaruit zij bestaan zijn gerangschikt in een repeterend patroon, het kristalrooster. De afstanden tussen denkbeeldige vlakken in deze structuur is kenmerkend voor specifieke mineralen. Met röntgendiffractie wordt een beeld verkregen van de verdeling van deze vlakken in de kristalstructuur, hetgeen de basis vormt voor identificatie.

De techniek wordt breed ingezet voor bijvoorbeeld:

1. Onderzoek naar en de identificatie van (ongewenste) verkleuringen
2. Onbekende (bouw)materialen of reactieproducten van allerhande processen
3. De interne controle van kleien en toeslagstoffen
4. Het bepalen van de hoeveelheid amorfe (niet-kristallijne) verbindingen in een materiaal

Hierbij bestaat de mogelijkheid om zowel volledige producten als zeer kleine hoeveelheden materiaal te analyseren. Naast analyses bij kamertemperatuur, kan onderzoek worden gedaan naar mineraalomzettingen op hoge temperatuur met behulp van hoge temperatuur röntgendiffractie (HT-XRD). Tevens kan deze techniek ingezet worden, om bijvoorbeeld de reactiviteit van grondstoffen te bepalen na calcinatie.

TCKI beschikt nu over de mogelijkheid om kristallijne verbindingen met behulp van XRD niet alleen te identificeren, maar daarnaast ook te kwantificeren. Dit wordt gedaan door het uitvoeren van modelberekeningen, waarin de kristalstructuur van de geïdentificeerde mineralen een belangrijk gegeven is. Bij het uitvoeren van de berekeningen worden individuele diffractogrammen van geïdentificeerde mineralen berekend en in variërende verhoudingen gecombineerd, totdat het gecombineerde diffractogram exact overeenkomt met het gemeten diffractogram.

Door deze benadering hoeven geen standaarden te worden gebruikt en kunnen niet alleen eenvoudige maar ook meer complexe materialen zoals kleien worden geanalyseerd. De techniek is hiermee breed inzetbaar. Kwantitatieve mineralogische analyse is in het bijzonder goed inzetbaar bij onderzoek naar de aard en samenstelling van onbekende (bouw)materialen, interne kwaliteitscontrole en ‘Research & Development’ in het algemeen.