Lang zullen ze leven

Plotseling staat veroudering als een urgent probleem op de agenda. Want ga maar na: de hele golf aan wegen, sluizen, gebouwen en installaties die hier tussen de jaren vijftig en zeventig gebouwd zijn met een levensduur van zo’n vijftig jaar is toe aan inspectie, groot onderhoud of vervanging.

In Nederland ziet professor Klaas van Breugel (Civiele Techniek en Geowetenschappen) nog geen bruggen instorten, maar in de Verenigde Staten draagt tien procent ervan het predicaat ‘zwaar verdacht’. Het American Concrete Institute bericht dagelijks over verouderende infrastructuur, weet Van Breugel. Hij is voorzitter van het op 28 februari te openen Ageing Centre als deel van het Delft Centre for Materials (DCMat).

Het onderzoekscentrum is geïnspireerd door de Concrete Sustainability Hub van het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology (MIT) en het Materials Ageing Institute in Parijs. Dat laatste instituut bestudeert vooral veroudering onder invloed van radioactieve straling met het oog op eindberging van radioactief afval en het op termijn ontmantelen van oude kerncentrales.

Het verouderingsinstituut van het MIT legt de nadruk op duurzaamheid. “Een langere levensduur van gebouwen en infrastructuur betekent minder belasting voor het milieu. Dat is ook duurzaamheid”, legt Van Breugel uit.

“Uiteindelijk gaan alle materialen kapot”, zegt DCMat-voorzitter prof.dr.ir. Sybrand van der Zwaag (Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek). “Maar waar je het meeste last van hebt, is onvoorspelbaar falen. De uitdaging van het Ageing Centre is om die onvermijdelijke verouderingsprocessen beter en meer geïntegreerd te beschrijven.” Daarvoor hebben de initiators al in een vroeg stadium samenwerking gezocht met andere vakgebieden zoals natuurkunde, scheikunde, bouwkunde, maar ook wiskunde en biotechnologie (zie figuur). “Wij willen als eerste in Nederland veroudering over de volle breedte aanpakken”, zegt Van der Zwaag. “Dat is de uitdaging.”



Oud

Veroudering is overigens geen nieuw onderzoeksgebied. Neem dr.ir. Tom Scarpas, die al jaren onderzoek doet naar veroudering van asfalt. Of het onderzoek naar veroudering van beton, corrosie van staal en vermoeiingsonderzoek, dat ook allemaal bij civiele techniek plaatsvindt. Of neem de manier waarop de vliegtuigindustrie met veroudering omgaat. Vliegtuigen worden ontworpen en gebouwd op een levensduur van veertig jaar. Ze worden zwaarder belast dan de meeste auto’s, ze maken meer uren en gaan toch veertig jaar mee. Dat is volgens Van der Zwaag te danken aan een traditie van ontwerp, monitoring, onderhoud die gericht is op veiligheid, zelfs in het geval van falen.

Fail-safe ontwerp wil zeggen dat een vliegtuig bij een gebrek niet direct neerstort, maar met een scheur in de romp toch veilig kan landen. “Dat kun je ook voor gebouwen bedenken of voor elektrische infrastructuur: dat een falen in een systeem niet catastrofaal wordt.”

Een week na dit interview zat het publiek bij de Amerikaanse Superbowl in het donker vanwege een stroomstoring in New Orleans. Het onderstreept de actualiteit van het onderwerp in een samenleving die leunt op verouderende infrastructuren.

Van der Zwaag schat dat er aan de TU 25 promovendi actief zijn met onderzoek dat gerelateerd is aan veroudering. Hij zou graag wiskundigen met biologen, architecten, natuurkundigen en elektrotechnici twee dagen op de hei willen samenbrengen om hen te laten leren van hoe men in andere disciplines tegen veroudering aankijkt. Dat moet een begin worden van een samenwerking over de disciplines heen.

Hoogleraar productontwerp dr. Christos Spitas (Industrieel Ontwerpen) definieert veroudering als ‘tijdsafhankelijk functioneren van een product’. Hij vindt dat veroudering een aandachtspunt moet zijn bij het ontwerpen, net als kosten, materiaalgebruik, veiligheid en zo meer. Traditioneel probeerden fabrikanten de veroudering tegen te gaan door hun producten zo degelijk mogelijk te maken. In het tijdperk van consumentisme werd veroudering juist aangejaagd om de doorloopsnelheid te verhogen en daarmee de productie en de omzet. In het huidige tijdperk van duurzaamheid is dat consumentisme dubieus geworden en moeten producenten zich opnieuw verhouden met de veroudering van hun producten. “Wij zijn geen predikers perse voor duurzaamheid”, zegt Spitas. “Als wetenschappers vinden we dat je meer moet weten van de veroudering van producten, zodat je verantwoorde keuzes kunt maken. Veroudering moet net zo goed deel uitmaken van je ontwerp als elke andere ontwerpoverweging.”



Nieuw

Eerder had het onderzoekscentrum DCMat met zelfherstellende materialen een groot succes. Er is in verschillende Europese landen voor tientallen miljoenen euro’s in onderzoek gestoken, en dat heeft zich ook terugverdiend.

In vergelijking met het onderzoek naar zelfherstellende materialen zal onderzoek aan het Ageing Centre fundamenteler zijn, denkt Van Breugel. “Veroudering begint op atomair en op moleculair niveau waar spanningen en drukken heersen. We willen die processen begrijpen, vertragen en elimineren.” Van der Zwaag voegt eraan toe dat het onderzoek anderzijds ook een sterkere link naar ontwerpers en constructeurs zal hebben.

In eerste instantie zal het centrum zich richten op civieltechnische materialen als beton, staal en bouwmaterialen. Daar gaan grote bedragen in om, denkt Van der Zwaag. “En iedereen is beducht voor onvoorziende uitgaven. Van woningcorporaties tot elektriciteitsbedrijven – iedereen houdt geld achter de hand om het hoofd te kunnen bieden aan onvoorzien catastrofaal falen.”

Stel nu dat je de conditie van oude wegen, bruggen, gebouwen en viaducten beter kunt bepalen. Dan weet je wat er aan onderhoud en reparaties te verwachten valt. “Er ligt een grote opgave voor de inventarisatie van het erfgoed van een halve eeuw geleden”, zegt Van Breugel. Hij zou graag sensoren inzetten om veroudering van civieltechnische structuren te meten. “Een auto heeft tegenwoordig 40 tot 60 sensoren en die hoeft maar tien jaar mee. Als je bruggen en wegen ook met sensoren uitrust, kun je ze eens in de zoveel tijd vanuit de auto inspecteren. Door vroegtijdig ingrijpen kun je dan  miljoenen besparen op onderhoudskosten.”

Veeleisend

Klinkt dat als sciencefiction? Niet voor professor Spitas die al een patent heeft aangevraagd op een sensor die de groei van scheuren meet. Zulke sensors gaan online diagnostiek mogelijk maken. Spitas: “Je ziet dan wat de huidige status is en wanneer iets kapot gaat. Op basis daarvan kun je onderdelen vervangen. Straks kan zelfs een mixer vertellen hoe lang die nog meegaat. We kennen dat nu van accu’s in je laptop, maar dat komt ook voor mechanische onderdelen.”

Spitas, die eraan werkt om veroudering op te nemen in ontwerpsoftware, verwacht dat consumenten in eerste instantie niet veel zullen merken van de subtiele voortgang op het gebied van veroudering. Zo zullen producten niet perse langer meegaan, verwacht hij. Wel zal het falen beter voorspelbaar worden, en minder toevallig. Uiteindelijk kan dat ertoe leiden dat consumenten veeleisender gaan worden. Maar of dat nou zo fijn is?

Het centrum zelf zal wel tien jaar nodig hebben om zijn naam te vestigen, denkt Van der Zwaag. “Als er tegen die tijd een grote infrastructurele calamiteit plaatsvindt, wie gaan ze dan bellen om te vragen wat er is misgegaan? Ik hoop dat het Ageing Centre tegen die tijd zo’n reputatie heeft opgebouwd dat men als eerste de TU Delft gaat bellen. Met vragen als: Leg uit wat er gebeurd is. Leg uit hoe dat te voorkomen. Als wij het innovatieve kenniscentrum op dat gebied zijn, komen de onderzoeksgelden daar naartoe.”

Wie Europees succesvol wil zijn, moet aantoonbaar lokaal succes hebben, stelt DCMat-voorzitter Sybrand van der Zwaag. Zo zal ook het Ageing Centre zich eerst lokaal moeten bewijzen. Veroudering is dichterbij dan je denkt.



TU-campus

Veel gebouwen stammen uit de jaren zestig en zijn aan renovatie toe. Ook de kernreactor is dit jaar vijftig jaar in bedrijf. Hoe lang kan die nog mee? Welk gebouw moet bij renovatie de voorkeur hebben: civiele techniek of toch elektrotechniek? Het Ageing Centre kan voorspellingen doen over welk gebouw de meeste kans loopt op ongeplande schade. Bij renovatie kan het Ageing Centre bepalen hoe verouderingsgevoelig het nieuwe ontwerp is. Van der Zwaag: “Waar anders kunnen vliegtuigbouwers en architecten overleggen over faalveilige oplossingen?”

Oude binnenstad

Historisch, cultureel, architectonisch en maatschappelijk staat er veel op het spel. Maar de veroudering slaat toe. Huizen verzakken, stenen verschilferen, rioolbuizen breken en de ondergrond kantelt. Het Ageing Centre kan de zwakke plekken van de verouderende stad identificeren om veiligheid en functioneren te waarborgen en om catastrofaal falen te voorkomen.



Botlek

Prachtig hightech industriegebied van veertig tot vijftig jaar oud. Het is van groot belang dat de installaties veilig blijven functioneren, ondanks de voortschrijdende veroudering. Van der Zwaag wil methoden uit wiskunde, bouwkunde, luchtvaarttechniek, civiele techniek, materiaalkunde, chemie en biotechnologie samenbrengen om een beter zicht te krijgen op de veiligheid van het gebied. Bijkomende complicatie: het grote aantal betrokken partijen.