De beste las is geen las. Als stalen onderdelen dan toch verbonden moeten worden, blijkt dit veel beter te gaan met een composietverbinding dan met een las. Deze innovatie van Tree Composites in Delft verlengt niet alleen de levensduur van de fundering van windmolens en bruggen, maar biedt ook nieuwe kansen voor de Europese staalindustrie.
Minder zwaar werk, lichtere staalconstructies en vijf keer langere levensduur
Booglassen is al ruim een eeuw de standaardmanier om stalen objecten aan elkaar vast te maken. Deze methode heeft echter flinke nadelen. Een las vormt een zwakke plek in een constructie, zeker bij wisselende belastingen. Daardoor moeten ontwerpers veel dikker staal gebruiken om een gelast object dezelfde levensverwachting te geven als een ongelaste constructie.
Bij de TU Delft bedacht universitair hoofddocent Marko Pavlovic een alternatief in de vorm van een composietmanchet dat om de verbinding wordt aangebracht. Dankzij de manchet worden krachten veel beter verdeeld, waardoor 40 tot 60 procent minder staaldikte nodig is. De composietverbinding is ook veel minder gevoelig voor materiaalmoeheid dan een las en gaat daardoor meer dan vijf keer langer mee. In de manchet zijn sensoren te verwerken voor monitoring van de status van de verbinding. Verder zijn veel handelingen bij het lassen niet meer nodig, zoals voorverwarmen, binnen- en buitenlassen, wachttijden en lasinspecties. Dat scheelt in arbeidsuren en de noodzaak om zeer gespecialiseerd personeel in te zetten.
‘We zijn ooit begonnen met een veredelde papier-machémethode’
Enorme kostenreductie mogelijk
Om deze innovatie naar de markt te brengen, startte Pavlovich in 2020 het bedrijf Tree Composites, samen met ceo Maxim Segeren en commercieel directeur Peter Bogers. Segeren heeft een achtergrond in offshoretechnologie en zag in de vinding van Pavlovic direct een oplossing voor de pijnpunten in bijvoorbeeld de fundering van windmolens op zee. Die bestaat uit een vakwerk van buisconstructies met veel laswerk op kritieke knooppunten. ‘We hebben nu funderingen op zee staan die na 25 of 35 jaar ontmanteld moeten worden, omdat de levensduur van de gelaste verbindingen is verstreken’, zegt hij. ‘Stel dat over 35 jaar de staalprijs veel hoger is dan vandaag, dan lopen de kosten van onze elektriciteit gigantisch op. Wanneer de levensduur een factor vijf langer is, levert dat een enorme kostenreductie op.’
Hoe de composietverbinding exact is opgebouwd, wil Segeren niet in detail toelichten. ‘Het is voor ons een kwestie van tijd voordat anderen dit concept gaan kopiëren. We hebben patenten, maar een belangrijk deel van onze kennis zit in de manier waarop we de technologie toepassen en opschalen.’
Proces volledig te automatiseren
Voor het werken met de composietmanchetten is geen lange opleiding nodig zoals bij lassen. Booglassen is hooggespecialiseerd werk, zeker bij zware constructies. Een klein foutje in een las heeft grote invloed op de levensduur. Ervaren lassers zijn bovendien een uitstervende soort, constateert Segeren, omdat het lange trajecten vergt voordat een medewerker dit soort laswerk mag doen. Het is ook zwaar werk. De lasser moet zowel aan de buitenkant als aan de binnenkant de verbinding maken, wat betekent dat iemand ook in de buis moet kruipen om het werk te doen.
Voor een composietverbinding is dat allemaal niet nodig. ‘Een collega concludeerde laatst dat een weekje training voldoende is’, zegt Segeren lachend. ‘Ik denk dat klanten waarschijnlijk wel een iets uitgebreidere opleiding willen, maar we maken de procedure zo eenvoudig en reproduceerbaar mogelijk zodat we deze uiteindelijk volledig kunnen automatiseren.’
Tree Composites maakt daarbij gebruik van de aanwezige ervaring met het maken van turbinebladen van windmolens. ‘We zijn ooit begonnen met een veredelde papier-machémethode. Je neemt dan een stukje glasvezel. Dat smeer je in met hars en daar breng je een volgend stukje glas op aan. Vervolgens plak je het geheel op het staal, laag voor laag, totdat de manchet de juiste vorm, dikte en sterkte heeft’, schetst Segeren. ‘De afgelopen vier à vijf jaar hebben we een methode ontwikkeld waarin we het glas volledig voorbereiden in een vorm. Dan doen we er een zak omheen en brengen op basis van vacuüm-infusietechnologie de hars erin. Dat is vergelijkbaar met de productie van windturbinebladen.’
De voorbereiding van het glas is nu al volledig geïndustrialiseerd. Een volgende stap is dat het proces van glas tot afgeleverd knooppunt verder wordt geautomatiseerd. Deze fase zal eind 2028 afgerond zijn. Er zijn al vergevorderde plannen voor een fabriek waarin het hele proces kan worden afgerond zonder dat er een mensenhand aan te pas komt. De aanpak kan een reddingsboei zijn voor de Europese staalindustrie. De toegenomen uitbesteding van laswerk buiten de EU vergroot ketenafhankelijkheid en zet de Europese staalproductie onder druk, omdat deze bedrijven hun staal bij lokale fabrieken bestellen.
Composiettechnologie biedt antwoord op de renovatiegolf van Rijkswaterstaat
De fundering van offshore-windturbines, maar ook van substations waar de kabels van afzonderlijke windmolens bij elkaar komen, zijn voor Segeren een overtuigende businesscase. Hij ziet echter veel meer toepassingen, bijvoorbeeld bij projecten van Rijkswaterstaat voor de renovatie van bruggen en viaducten. ‘Er is nu een grote achterstand in het onderhoud. In veel gevallen betekent dit dat een object moet worden weggehaald en een nieuw ervoor in de plaats komt. Dat kost vele miljoenen. We kunnen deze composietmethode ook toepassen om bestaande stalen constructies te versterken. Zo verleng je de levensduur, in plaats van alles te vervangen.’ Hij benadrukt dat de schaalbaarheid van de methode de mogelijkheid biedt om de manchetten op locatie aan te brengen. ‘On-site zijn we dan binnen een paar dagen klaar.’
Onbekendheid nog een obstakel
De reden dat de methode nog niet breed omarmd wordt, zit volgens de ceo vooral in de onbekendheid die met een compleet nieuwe aanpak gepaard gaat. Banken die projecten financieren wijzen naar de verzekeraars die op hun beurt eerst uitgebreide analyses van gerenommeerde externe classificatiebureaus willen zien. Tree Composites speelt hierop in met een uitgebreid test- en validatieprogramma.
Zo zijn de afgelopen jaren grootschalige testcampagnes uitgevoerd, waaronder vermoeiingstesten en full-scale belastingsproeven op jacket-constructies. Deze testen, uitgevoerd onder representatieve omstandigheden, vormen de basis voor samenwerking met het Noorse classificatiebureau DNV, dat ook certificering verzorgt voor de maritieme sector en offshore-industrie. Segeren durft dan ook met zekerheid te stellen dat de composietverbindingen beter presteren dan lasverbindingen en minimaal vijf keer langer meegaan. ‘We zijn nu bezig met een uitgebreide kwalificering die alle variaties in constructies afdekt. Zo hoef je niet een volledig kwalificatieproces door als de hoek iets verandert of onderdelen groter of kleiner zijn. Het moet gewoon een geclassificeerd product zijn dat mensen direct kunnen gebruiken.’
Verder speelt ook het traditionele kip-eiverhaal waarbij klanten pas geïnteresseerd zijn bij grote volumes en korte levertijden. Daarvoor is kapitaal nodig, maar investeerders tonen pas interesse als er harde toezeggingen zijn vanuit de markt. Segeren: ‘Onze uitdaging is om een groot genoeg ‘kipje’ te kunnen maken. Waarschijnlijk kunnen we binnenkort een flinke subsidie inzetten voor het bouwen van de eerste fabriek.’
Link Magazine en Make Next Platform zijn een strategische samenwerking aangegaan. In de rubriek Flink volgt Link in elke editie een van de ledenbedrijven — van ambitie tot realisatie. In de vorige editie van Link magazine publiceerde wij een artikel met Paul Vosbeek van Quinteq.
