Tropisch hardhout van een Hollandse populier

In een tijd waarin men bewust wordt van de aantasting van het tropische regenwoud, hebben onderzoekers van het Koninklijke/Shell-Laboratorium Amsterdam (KSLA) een proces ontwikkeld waarmee snelgroeiende, en dus goedkope houtsoorten kunnen worden omgezet in kwalitatief hoogwaardig hardhout. Het unieke van het nu ontwikkelde proces is dat het plaatsvindt zonder toevoeging van chemicaliën, die opzichzelf weer een belasting voor het milieu vormen.

De belangstelling voor dit PLATO-proces (Proving Lasting Avanced Timber Option) is zeer groot. De overheid heeft toegezegd de verdere ontwikkeling te willen ondersteunen.

Hoewel bijna alle afdelingen van het KSLA hun steentje hebben bijgedragen, moet Herman Ruyter toch wel als de geestelijke vader van het PLATO-proces worden beschouwd. Ruyter is een enthousiast chemisch technoloog, die al meer ontdekkingen op milieugebied op zijn naam heeft staan. Zo ontwikkelde hij in het begin van de jaren tachtig - de olieprijs beliep toen nog zo'n $ 33 per vat - een proces om diesel en benzine te maken uit plantenmateriaal en zaagsel. Ruyter: ""Toen kwam ik voor het eerst in aanraking met houtchemie. Uit die ervaring is eigenlijk het PLATO-proces geboren.''

Hout op zichzelf is een schitterend materiaal, het is buigzaam, licht en sterk, een gevolg van zijn structuur. Alle houtsoorten bestaan uit cellen, die als een honingraat zijn gerangschikt. De celwanden bestaan uit lange vezels opgebouwd uit koolhydraten. Dit zijn biologische polymeren, lange moleculen samengesteld uit eenvoudige basiseenheden. Er zijn grofweg drie verschillende componenten te onderkennen: allereerst cellulose, dat het grootste aandeel levert, en daarnaast hemi-cellulose en lignine. De lignine vormt hierbij de "wapening', waar de (hemi-) cellulose weer omheen zit.

Het verschil tussen hemi-cellulose en cellulose is dat in hemi-cellulose de ketens veel korter zijn. De celwanden van nieuw gevormde cellen bestaan zelfs voor het grootste gedeelte uit hemi-cellulose, dat pas na verloop van tijd wordt omgezet in cellulose, en dan nog slechts gedeeltelijk.

Dit proces noemt men verhouten. Nu zijn het vooral de laagmoleculaire, korte ketens die bij het gebruik van houtprodukten voor problemen zorgen. Hierdoor kunnen de celwanden namelijk vocht opnemen, wat het hout erg kwetsbaar maakt voor aantasting door schimmels en houtrot. Omdat de zogenaamde tropische hardhout-soorten als Azobe en Meranti relatief weinig hemi-cellulose bevatten ten opzichte van populierehout, zijn zij bij uitstek geschikt voor gebruik onder moeilijke omstandigheden (in sluisdeuren, kozijnen etc.).

Speciale plantages

Tropische hardhout groeit echter langzamer dan populierehout, terwijl de vraag ernaar groter is. Een mogelijkheid om aan de ontbossing een halt toe te roepen zou geboden worden door het opzetten van speciale plantages, maar dat gebeurt bij lange na nog niet voldoende en levert bovendien pas op termijn resultaat op.

Het is daarom van het grootste belang dat gezocht wordt naar alternatieven voor het gebruik van tropisch hardhout. Op dit moment wordt het impregneren van snelgroeiende houtsoorten zoals spar of den het meest toegepast. Hierdoor krijgen schimmels geen kans, omdat ze worden vergiftigd. Het impregneren geschiedt met zoutoplossingen (bijvoorbeeld wolmaniseren) of met zogenaamde creosoot-olie (carbolineum), die grotendeels bestaat uit steenkoolteer, een proces dat men creosoteren noemt.

Hoewel verrotting op deze manier inderdaad wordt tegengegaan, zijn beide processen zeer milieu-onvriendelijk: het wolman-zout bevat arsenicum en allerlei metalen, terwijl de creosoot-olie vol zit met - al dan niet vluchtige - koolwaterstoffen. Sommige waterschappen zijn er tegenwoordig dan ook al toe overgegaan om het impregneren van beschoeiingen voor slootkanten etc. te verbieden, omdat het geïmpregneerde hout niet alleen uitdampt, maar ook omdat de componenten op den duur uitwassen of bezinken, waardoor het slib vervuilt. Minister Alders sprak onlangs zijn voornemen uit om het creosoteren volledig te verbieden. Er bestaat dus duidelijk behoefte aan een schoner alternatief, en het PLATO-proces lijkt daarvoor de ideale kanshebber.

Bakeliet

Ruyter zag in 1988 een veelbelovende mogelijkheid. Het was al langer bekend dat wanneer hout onder druk in een waterige oplossing wordt verhit, er depolymerisatie optreedt. De cellulose- en hemicellulosepolymeren worden afgebroken in hun basiseenheden, aldehyden, en ook de lignine depolymeriseert, waarbij fenolen ontstaan. Gelijksoortige chemicaliën vormen de basis van synthetische harsen als bakeliet, de eerste kunststof.

Ruyter: ""Ik vroeg me af of het niet mogelijk zou zijn om die aldehyden en de fenolen weer met elkaar te laten reageren als een soort tweecomponentenlijm. En dat lukte: er ontstond inderdaad een bakelietachtige netwerkstructuur. Veel belangrijker is echter dat na afloop van de reactie het hemi-cellulose is omgezet, waardoor houtrot geen kans meer krijgt.''

Toch waren niet alle problemen direct opgelost. Een nevenreactie die optreedt is de vorming van azijnzuur. Hierdoor wordt het hout aangetast, er treedt verbrossing op. Deze verzuring verloopt echter langzaam en als de gewenste reacties nu maar snel worden uitgevoerd, hetgeen een procestechnisch probleem is, is er niets aan de hand.

Het PLATO-proces begint met vers gekapt hout, dat in zijn geheel in een speciaal reactievat (een zogenaamde autoclaaf) onder toevoer van stoom snel wordt verhit tot zo'n 200 ß8C. Hierbij loopt de druk op tot zo'n 25 atmosfeer. Dit is de cruciale eerste stap, waarbij een deel van de componenten in de celwanden depolymeriseert en het hout week wordt. Na een half uur wordt de druk er langzaam afgehaald en wordt in een tweede stap het weke hout voorzichtig ontwaterd in een oven. Hierbij vormt zich door uitharding rondom het nog aanwezige cellulose het voor het PLATO-produkt kenmerkende "harslaagje'. Tevens wordt de oorspronkelijke honingraat-structuur weer verkregen.

Het zo verduurzaamde hout absorbeert tot zeven keer minder vocht, wat de vormvastheid zeer ten goede komt: het hout 'werkt' veel minder. Verder is het sterker dan het uitgangsprodukt, termietbestendig en vlamvertragend. Ook knoesten en andere onregelmatigheden worden als het ware "verlijmd', waardoor ze veel minder storend zijn. Bovendien kan door tijdens het drogen te persen de dichtheid (en daarmee de sterkte) worden vergroot, en kunnen vierkante blokken en zelfs ook specifieke vormen, zoals bijvoorbeeld goten, worden verkregen. Een groot voordeel van dit laatste is natuurlijk dat geen hout meer verloren hoeft te gaan bij de latere verwerking (zagen).

Elektrisch verwarmen

Deze werkwijze bleek echter alleen maar goed te werken voor hout met diktes tot 4 centimeter. Dikkere stukken worden door het toevoeren van stoom niet meer gelijkmatig verwarmd, zodat daarvoor alternatieven moesten worden gezocht. Maar ook hiervoor werd na veel experimenteren een oplossing gevonden. Ruyter: ""Dat was de grote verdienste van mijn collega Peter Rem. Hij ontdekte dat het mogelijk was om het hout elektrisch te verwarmen.''

Hierbij worden grote plaatelektrodes boven en onder tegen het te behandelen hout gebracht, waarna er een wisselstroom door wordt gevoerd. Dit proces, Ohmse verwarming, is zo geschikt omdat het afhankelijk is van de elektrische eigenschappen (weerstand) van het materiaal, die worden bepaald door de aanwezigheid van water. Omdat dat van nature al gelijkmatig over het hout is verdeeld, treedt ook over dikkere stukken hout een zeer gelijkmatige en snelle verwarming op.

Toen eenmaal de juiste omstandigheden voor het proces door middel van een kleine proefopstelling in Groningen waren vastgesteld en er voldoende PLATO-produkt kon worden verkregen, was het zaak de eigenschappen van het nieuwe produkt uitgebreid te testen. Daartoe werden in het voorjaar van 1992 in samenwerking met Rijkswaterstaat een aantal beschoeiingen gemaakt, die op verschillende lokaties in Nederland onder verschillende omstandigheden werden geplaatst (zout of zoet water, zure of basische grond, boven of onder water en bodem).

Hoewel de resultaten van dit experiment tot nu toe veelbelovend zijn, omdat verrotting inderdaad zeer effectief blijkt te worden tegengegaan, zal het duidelijk zijn dat langduriger proeven uiteindelijk definitief uitsluitsel zullen moeten bieden. Ruyter: ""Als het nieuws echter slecht zou zijn geweest, dan hadden we dat nu al wel geweten. We zijn dus erg optimistisch! Bovendien hebben we hier op KSLA ook al het rottingsproces onder veel extremere omstandigheden kunnen testen, en dat gaf ook prachtige resultaten.''

Om de voordelen van het PLATO-proces objectief te kunnen vaststellen, werd door een onafhankelijk onderzoeksinstituut, het Instituut voor Toegepaste Milieu Economie (TME) een zogenaamde levenscyclus-analyse uitgevoerd. Hoewel het proces op grond van alleen de produktiekosten (investeringen en energie) natuurlijk niet concurrerend kan zijn, dienen ook de maatschappelijke kosten (milieubelasting etc.) in beschouwing te worden genomen. En dan ziet het er voor PLATO erg goed uit.

Ruyter: ""Qua kapitaal vergt het waarschijnlijk niet echt veel, omdat we niet te maken hebben met een exotische technologie. Daarnaast is het PLATO-proces ook energetisch niet eens zó veel ongunstiger als creosoteren, als dat tenminste op de enige door VROM goedgekeurde wijze gebeurt: na droging van het hout en onder vacuüm.''

Kernaktiviteiten

Nu zal het een ieder duidelijk zijn dat deze unieke technologie niet echt past binnen de "kernactiviteiten' van een oliemaatschappij als Shell. Daarom werd getracht het onderzoek zoveel mogelijk af te ronden, zodat het aan geïnteresseerden buiten Shell kon worden aangeboden. Ruyter: ""Henk Groeneveld, werkzaam bij de Research Coördinatie, is daarna als een missionaris met het PLATO-proces op pad gegaan. Hij heeft er uiteindelijk voor gezorgd dat contact gelegd werd met de overheid. Daarbij heeft hij vele weerstanden moeten overwinnen, zowel binnen de eigen Shell-organisatie als bij de verschillende ministeries, omdat van beide kanten zoiets nog niet eerder was vertoond.''

Een en ander leidde tot uitgebreid overleg tussen vertegenwoordigers van Shell-Research en ambtenaren van de ministeries van Economische Zaken, VROM, en Landbouw en Visserij. Dit resulteerde uiteindelijk op 9 september jongstleden in een toezegging van de overheid om het project actief te zullen ondersteunen. Daarnaast zijn er ook mogelijkheden via een stimuleringsfonds van de Europese Gemeenschap.

Voor de verdere ontwikkeling van het proces moeten er nu allereerst bedrijven uit de houtveredelingssector worden gevonden, maar de belangstelling daarvoor is op dit moment al erg groot. Het KSLA zal bij dit alles vooralsnog een actieve rol blijven spelen. Ruyter ziet de toekomst van het proces in elk geval erg positief in: ""We hebben al aangetoond dat het PLATO-proces uitstekend werkt met eucalyptushout, een snelgroeiende houtsoort die vooral in de tropen voorkomt. Daar groeien bomen bovendien het hele jaar. Je zou je dus kunnen voorstellen dat een ontwikkelingsland op grote schaal eucalyptusbomen gaat kweken, het hout daarvan ter plaatse PLATOniseert en het vervolgens via de reeds bestaande transportkanalen vervoert. Maar ook dichter bij huis zijn er zeker goede mogelijkheden bijvoorbeeld via de grootschalige aanplant van populieren.''

    • Rob van den Berg