Minder recyclage dankzij meer Rationeel MateriaalGebruik (RMG)

Van populistisch politiek drukwerk tot allerhande reclamefolders, ondanks een vermanende sticker op vele brievenbussen worden die toch lustig volgepropt met zaken waar de meeste bestemmelingen eigenlijk geen boodschap aan hebben. Maar eerlijk toegegeven, van mijn energieleverancier, mijn distributienetbeheerder en van zij die mij water leveren, weet ik de ‘boekskes’ wel te waarderen.

© Frans Vos - Zaakvoerder Materials Consult bvba




‘Rationeel EnergieGebruik (REG)’ en ‘duurzaam waterbeheer’ zijn immers termen die ik een warm hart toedraag en waarvan ik vind dat ze nog meer aandacht mogen krijgen. Het zal onze portemonnee, ons milieu en de toekomstige generaties aanzienlijk ten goede komen. Maar waarom passen we diezelfde principes zo weinig toe op de wijze waarop we producten produceren, onze technische materialen kiezen en over hun gezondheid waken?

Near-net shaping, de toekomst van de maakindustrie

Bij vele productietechnieken gaat er enorm veel materiaal verloren, waarbij van het restmateriaal soms slechts een gedeelte recycleerbaar is. Bovendien moet veel van dat restmateriaal dan nog grondig worden gereinigd alvorens het aan het eigenlijke recyclageproces kan worden onderworpen, met alle waterverliezen tot gevolg; een hypotheek op onze watervoorraden en dus op ons milieu en de gezondheid van de wereldbevolking. Het meer inzetten op zogenaamde ‘near-net shaping’ technieken zou tot heel wat minder materiaalafval, minder recyclage en dus ook tot minder waterverbruik leiden. Een pure win-win: Verlaagde recyclagekosten, gecombineerd met de zorg voor onze toekomstige waterreserves en dus voor onszelf en onze kinderen. Een concreet voorbeeld wat betreft het effect van bv. 3D-printen, inmiddels de best gekende near-net shape techniek.

Zoals eerder in ALURVS door Ko Buijs werd beschreven, zit in een Airbus A380  ongeveer 15 ton aan titanium-onderdelen vervat die worden geproduceerd door middel van verspanende technieken. Het titaniumgewicht dat daarvoor nodig is vóór verspaning bedraagt 140 ton, wat betekent dat voor iedere Airbus A380 maar liefst 125 ton titaniumspanen moeten worden gerecycleerd, ofwel 90% van het titanium. Bovendien worden die spanen ‘gedowncycled’, hetgeen inhoudt dat de titanium onderdelen die van gerecycleerd titanium worden vervaardigd, niet meer voor vliegtuigproductie mogen worden ingezet. De Airbus A380 zal niet meer worden geproduceerd, maar gelijkaardige verhoudingen zijn van toepassing voor andere vliegtuigtypes. Dit gigantisch materiaalverlies zou drastisch kunnen worden ingeperkt indien de meerderheid, bij voorkeur alle titaniumonderdelen, via 3D-printen zou worden vervaardigd, een techniek waarin de vliegtuigindustrie dan ook volop aan het investeren is.
Uiteraard gaat die redenering niet enkel op voor titaniumonderdelen, die op zich slechts een kleine metaalfractie uitmaken in verhouding tot de enorme verhouding stalen onderdelen die onze technische wereld kenmerken. Een meer Rationeel MateriaalGebruik (RMG) start met ervoor te zorgen dat er gewoonweg minder grondstof en minder materiaal wordt gebruikt om tot die onderdelen te komen. Meer middelen inzetten om het marktaandeel van near-net shaping te vergroten en zelfs tot de marktleider in de vormgevingstechnieken te maken, is daarbij een eerste stap.   



 

Materiaalkeuze als integraal deel van design

Een ander vakgebied waarop winsten kunnen worden geboekt, is een verbeterde materiaalkeuze. Al te vaak stel ik vast dat industriële designers en engineeringbureaus zich laten leiden door oude recepten wat betreft de selectie van het materiaal waaruit ze bv. een vat, een leiding, een pomphuis enz. gaan vervaardigen. De kort-door-de-bocht redenering is dan veelal ‘We hebben dergelijke componenten steeds uit dat materiaal gemaakt, dus we gaan dat opnieuw doen’ of ‘Die coatingbescherming van dat koolstofstaal is niet ideaal, dus laat het ons maar vervangen door een roestvast staal’. Dergelijke redeneringen gaan volledig voorbij aan het concept van ‘systeemdenken’, dat voor een goede materiaalselectie nochtans onontbeerlijk is.

‘Systeemdenken’ houdt het besef in dat het materiaal waaruit een reactorwand, een leiding, een pompwiel enz. is vervaardigd slechts voor een (zeer) beperkt deel de corrosie- en slijtagerisico’s van die wand of dat pompwiel bepaalt. Bij schade-analyse van de meeste corrosie- en slijtageproblemen blijkt dat het niet zozeer het materiaal, maar wel de omgevingscondities zijn die de corrosie of slijtage in de hand hebben gewerkt. Eén van de belangrijkste dooddoeners daarbij is dat bij de oorspronkelijke materiaalselectie te weinig werd rekening gehouden met transiënten zoals starten, stoppen, tijdelijke overschrijding van de ontwerptemperatuur, onverwachte contaminanten, tijdelijke condensvorming of onderhoudsperiodes enz. 

Ook goed voor heel wat schade is dat er bij ontwerp onvoldoende wordt mee rekening gehouden dat bv. een leiding steeds 2 verschillende ‘omgevingen’ ziet, met name de omgeving in contact met de binnenwand van de buis en de omgeving aan de buitenwand van de buis. Een aanvullende denkfout die daarbij soms wordt gemaakt is dat ‘het product in de buis wel het meest agressieve zal zijn’ en dat ‘de buitenkant wel niet zo’n vaart zal lopen’. Niets is minder waar. Jaarlijks worden enorme verliezen geleden omdat te weinig rekening werd gehouden met de risico’s op ‘Corrosie onder isolatie’ (Vooral bekend onder zijn Engelse naam ‘Corrosion Under Insulation (CUI))’, een corrosiefenomeen dat op wereldschaal de industrie vele miljarden per jaar kost’. Systeemdenken is dus ook het besef dat op het vlak van o.a. corrosiepreventie een leiding steeds 2 zijden heeft.

Een doordachte materiaalkeuze voor een leiding beseft dat het materiaal dienst doet in minstens 2 omgevingen, waarbij de kenmerken van deze omgevingen (samenstelling, temperatuur, druk, dauwpunt, ontwerp, …)  kunnen veranderen in de tijd. Een doordachte materiaalkeuze houdt rekening met deze wijzigende condities doorheen de volledige levenscyclus van de component, niet alleen in nominale productie, maar ook tijdens onderhoud en stilstanden. Hoeveel zijden een warmtewisselaar dan wel heeft, warmtewisselaarpijpen, pijpenplaten, vat en deksels in beschouwing genomen, laat ik met plezier aan uw eigen gedachtenoefening over. Al te veel corroderen en/of slijten industriële installaties en hun onderdelen (veel) sneller dan verwacht omwille van een ongunstige materiaalkeuze en is daardoor herstel door vervanging en dus recyclage nodig. Doordachtere materiaalkeuzes zouden dus tot een sterk verminderd recyclagevolume kunnen leiden.

Corrosie- en slijtagepreventie

Een doordachte materiaalkeuze is echter slechts één van de vele methodes om corrosie en slijtage te vermijden en dus over de gezondheid van uw materialen te waken.Een voorbeeld uit een heel andere sector: uw keuken. Roestvast stalen potten en pannen, bestek, de binnenzijde van uw vaatwasser enz., het is allemaal gemeengoed, maar door sommigen worden ze niet al te best onderhouden. En dan maar roepen en tieren dat “het roest”. Besef 1: ‘Roest is geen corrosie, maar het mogelijk gevolg van corrosie’. Besef 2: ‘Als je roest ziet, is het dus eigenlijk al te laat’ en is er al heel wat corrosie opgetreden. Nochtans is er een simpele basisregel om corrosie te vermijden: hou het droog. Met andere woorden: als je roestvast stalen gerei hebt gebruikt, was het dan onmiddellijk af, droog alle hoekjes en kantjes en bewaar het op een droge plaats. Een praktische tip: hoe goed en gesofisticeerd je vaatwasser ook is, de vaat komt er niet droog uit. Zodra je de vaatwasser opent, slaat waterdamp willens nillens neer op de vaat. Nadrogen met de keukenhanddoek is dus de boodschap. Nog een tip: Bewaar roestvast stalen gerei niet in kasten naast of boven de dampkap.

Hoe goed je dampkap ook is, als je je dagelijkse kost op het vuur hebt staan, zal er toch nog wat waterdamp links en rechts van de dampkap verloren gaan. Heb je dan roestvast stalen gerei in de nabij gelegen kastjes staan, dan zal de waterdamp op de koude oppervlakken neerslaan. Nog  een aanvullende keukentip: bewaar voor dezelfde reden ook geen gedroogd voedsel boven, links of rechts van de dampkap. Droog houden is dus de eerste regel om corrosie tegen te gaan, maar in je boiler, in de waterleidingen of voor je tuinlampen zal dat moeilijk gaan. Idem in de industrie: vele toestellen zijn in contact met water- en stoomfracties om zo hun werk te kunnen doen. Zonder water is er geen energieproductie mogelijk, geen reiniging en ook geen verfrissend drankje op een zomers terras. Hoe kunnen we corrosie van al die waterhoudende installaties tegen gaan? Wel, door rationeel met die materialen om te gaan. Het gebruik van allerhande waterbehandelingsmethodes, de juiste druk en temperatuur, het oordeelkundig controleren van die en nog vele andere parameters, het opstellen van een geschikte reinigingsprocedure en het ook effectief zo toepassen van die procedure, het zijn allemaal zaken die helpen om het materiaal intact te houden. Zolang het materiaal intact is, is er ook geen noodzaak om het via recyclage te verwerken.

Conclusie

Afvalbeheer gaat dus niet alleen over energiebewust materialen produceren en recycleren, maar ook over het drastisch verkleinen van de afvalberg door Rationeel MateriaalGebruik (RMG); door productietechnieken te gebruiken die tot minder recyclage leiden, door een doordachte materiaalselectie en door veel meer zorg te dragen voor de materialen die er al zijn. Door er voor te zorgen dat de reeds bestaande materialen intact blijven, niet ten koste van alles, maar binnen de limieten waarvoor zij oorspronkelijk werden gemaakt. Dat geldt voor uw keuken, voor de industrie en voor de overheid.Meer Rationeel Energiegebruik, meer duurzaam waterbeheer, EN “meer Rationeel Materiaalgebruik.” De volgende generaties zullen ons dankbaar zijn.