“De onophoudelijke stroom van hernieuwbare klei”

Om uit te zoeken of dit kan, zijn we ongeveer een jaar geleden met een onderzoek gestart. Ondanks dat het geen wetenschappelijk onderzoek is en we vooral praktijkgericht te werk zijn gegaan, komen er opmerkelijke dingen naar voren. Collega’s Wouter de Weger en Jelle van Spanje hebben het onderzoek opgezet en uitgevoerd.

Op de foto: Jelle (links) en Wouter (rechts).

Jelle: “Met twee veldproeven is onderzocht of we zwevende deeltjes in rivierwater, zoals silt en klei, kunnen winnen uit het rivierwater. Hierbij is gekeken naar de mogelijkheid om het winnen van rivierklei te sturen en te versnellen. De veldproeven stonden in ons 'fieldlab’ naast de Waal bij Bemmel, bij onze zandwinlocatie. We zijn gestart met het winnen van rivierstof op basis van een natuurlijke maar gecontroleerde sedimentatie. Dit houdt in dat we bij dit experiment door het reguleren van de stroomsnelheid van het water in zekere mate hebben kunnen bepalen welke stofdeeltjes we willen winnen.”

Wouter: “Bij de proef hebben we gebruik gemaakt van twee opstellingen. De één met IBC-containers (een bulkcontainer) en de ander met een filterhuis. In de containers werkten we met een zoutbekkenprincipe. Door rivierwater in de container te laten staan, zinken de deeltjes naar de bodem. Door steeds het ‘schone’ water te verwijderen en nieuw rivierwater toe te voegen, ontstaat er een sedimentlaagje. In het filterhuis hebben we een actief systeem aangebracht waarbij rivierwater continu door een bezinkbak wordt gepompt. Door de afnemende stroomsnelheid in de bezinkbak kan het stof sedimenteren en wordt er zo een slib/klei- laag op de bodem afgezet.”

Doel van het onderzoek is om vast te stellen of rivierwater nog altijd kleideeltjes meevoert die voor keramische toepassing geschikt zijn. Waar blijft dit riviersediment? Stroomt dit weg naar zee of zit het niet meer in het rivierwater?

Wouter: “Het idee om dit te gaan onderzoeken, is ontstaan uit de theoretisch bewezen haalbaarheid van hernieuwbare klei. Je zou een grote en langdurige pilot op kunnen zetten om hernieuwbare klei te winnen. De keramisch geschikte klei die we nu winnen uit de uiterwaarden varieert sterk in ouderdom. Deze klei is geschikt voor het maken van onder andere bakstenen en dakpannen. De vraag is of hernieuwde klei zoals dit vermoedelijk in het rivierwater zit ook keramisch geschikt is. Is de in het rivierwater aanwezige stof überhaupt in voldoende mate aanwezig en bruikbaar? Je kunt onze proef zien als een extra check in het onderzoek naar de hernieuwbaarheid van rivierklei. Het doel is om te kijken of de kleideeltjes uit rivierwater in de verre toekomst bruikbaar zijn voor de steenfabrieken en dus voor onze dochteronderneming Delgromij (kleileverancier).”

Jelle: “Een mooie bijkomstigheid van dit onderzoek is dat je ook parameters die een rol spelen bij versnelde sedimentatie kunt onderzoeken. Als je een begrip vaststelt, is het naar ons idee ook zaak om te onderzoeken of de theorie van zo’n begrip of parameter overeenkomt met de praktijk. In de praktijk kom je namelijk veel variabelen tegen. Denk bijvoorbeeld maar eens aan hoog- en laagwater en fluctuaties in sedimentafvoer van de rivier.”

Met de Universiteit Utrecht en TNO is de samenwerking opgezocht voor dit onderzoek. Dr. Marcel van de Perk van Universiteit Utrecht deed al eerder onderzoek. Toevallig ook in Bemmel waar ons fieldlab zich bevindt. Brancheorganisatie Koninklijke Nederlandse Bouwkeramiek (KNB) is aangehaakt bij het onderzoek om te kijken wat rivierstof kan betekenen in de toekomst voor de grofkeramische industrie.

Arie Mooiman (KNB): “Versterking van circulariteit en duurzaam grondstofgebruik zijn belangrijke actielijnen uit de door KNB opgestelde Technology Roadmap Bouwkeramiek 2030. Klei uit de grote rivieren is een hernieuwbare grondstof. Dat past goed binnen de ambities van circulair bouwen. Alle reden om te onderzoeken of er wellicht meer klei kan sedimenteren dan nu op natuurlijke wijze al het geval is. De resultaten uit de praktijkproef zijn positief. Een mooie volgende stap lijkt ons een project waarbij een uiterwaardengebied na kleiwinning wordt ingericht op optimalisatie van de sedimentatiesnelheid.”

Kleiwinning in Nederland is een continu proces. Noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het riviersysteem op orde blijft. Kleiwinning geeft nieuwe natuur, biedt bescherming tegen hoogwater én biedt de grondstof voor duurzame keramische bouwmaterialen zoals bakstenen en dakpannen. Daarnaast is klei een belangrijke grondstof voor infrastructurele werken zoals dijken. Maar is er in de toekomst genoeg klei? Dat lijkt er wel op als je weet dat klei in grote hoeveelheden voorradig is en bovendien een zogenaamde hernieuwbare grondstof is.

Wouter: “Studies van Van der Meulen et al. (2009, 2011) hebben aangetoond dat gebruik en afzetting van rivierklei sinds 1850 in evenwicht is en dat je in het uiterwaardengebied genoeg klei kunt winnen. Echter bij afnemende concentraties zwevend sediment (stof) in rivierwater en andere variabelen zoals hoogwater kan er een kentering in deze balans ontstaan. Om inzicht te krijgen in de toepasbaarheid van recent afgezette rivierklei en om de mogelijkheden voor efficiënte sedimentvang te onderzoeken is initiatief genomen om dit op eenvoudige wijze te testen.”

• De gewonnen rivierstof is toe te passen voor de productie van bijvoorbeeld bakstenen en dakpannen. De rivierstof in het fieldlab bevatte veel vette kleideeltjes. Als klei te vet is, scheurt het. Mengen is daarom noodzakelijk om de gewenste kleireceptuur te krijgen. Als je het laagsgewijs opbouwt, is er veel mogelijk.
• Ondanks de wijzigende omstandigheden kun je op de eigenschappen van de gewonnen rivierstof sturen. De onderzochte afzettingen tonen aan dat rivierklei voldoet aan de definitie van een hernieuwbare grondstof. Voorwaarde is wel dat sedimentatie plaatsvindt onder de juiste omstandigheden. Dit kun je optimaliseren.
• Doorgaans is het organisch stofgehalte in de klei hoog; dit is juist voor keramische klei een aandachtspunt. Uit het onderzoek blijkt dat het percentage organisch materiaal door rijping snel afneemt.
• Ook het kalkgehalte in de onderzochte rivierstof is aan de hoge kant. Kalk zorgt voor de geelkleuring van het keramische product. Bij Waalklei varieert het kalkaandeel van 2 tot 13%. Het kalkaandeel in de monsters van het filterhuis liggen tussen de 15 en de 25%. Bij de IBC-containers lag dit percentage hoger, met een uitschieter naar 40%. Opvallend genoeg nam de concentratie kalk af naarmate het experiment vorderde. Mogelijk zijn de hoge kalkconcentraties te wijten aan de aanwezigheid van algen in zowel het filterhuis als de IBC-containers. Hier hebben we geen diepgravend onderzoek naar gedaan.

“Projectgebieden leveren we vaak op als natuur. Veelal met een daaraan gekoppelde functieverandering van agrarisch naar natuur. Waarbij gebieden vaak ook voldoen aan hoogwaterveiligheidsopgaven en/of een recreatieve invulling krijgen. Waar de functieverandering naar natuur heeft plaatsgevonden, mag je later geen delfstoffen meer winnen. Natuur mag ook natuur zijn zonder status. Daarom is het belangrijk om de mogelijkheid open te houden voor grondstoffenwinning. Het is verstandig om te blijven zoeken naar alternatieve manieren om in de toekomst hernieuwbare klei te kunnen winnen.”

De proef wordt, dankzij zijn aard en uitvoering, gezien als voorzet voor langjarig vervolgonderzoek door bijvoorbeeld een veldpilot. Dit onderzoek zou zich kunnen richten op het zorgvuldig bepalen van de variabelen en het inrichten van een veldproef die langjarig gevolgd wordt. Het gaat dan om variabelen die het meeste invloed hebben op het verkrijgen van toepasbare klei en het optimaliseren van de sedimentatiesnelheden. En te onderzoeken hoe we deze deeltjes grootschalig kunnen laten sedimenteren.

Wouter: “Naar mijn idee is als vervolg concreet en onafhankelijk onderzoek nodig. Dat kan passen bij een (wetenschappelijk) onderzoek vanuit een universiteit of hogeschool. Waarbij we de samenwerking opzoeken met de praktijk, de gebruikers van klei. Van daaruit kunnen wij een gebiedsinrichting maken om op gestuurde en geoptimaliseerde, maar natuurlijke wijze klei te winnen. Dan denk ik aan het winnen van rivierstof dat je in het gebied kunt opvangen en laten rijpen. Bijkomend voordeel is dat je meteen zorgt voor waterberging en mogelijk een fijne leefomgeving voor vogels. In de zomer laat je dit gebied grotendeels droogvallen om de gewonnen rivierstof te laten rijpen. Een belangrijke randvoorwaarde is dat de bestemming voor dit grootschalige onderzoek kleiwinning moet blijven. Je moet het zien als een winlocatie waar je de komende 100 jaar met een natuurlijk proces aan de gang gaat.”

Bij K3 zetten wij alle zeilen bij om van sediment in rivierwater een goede grondstof te maken voor de bouwopgave in Nederland. Daarmee kunnen we mooie landschappen ontwikkelen met ruimte voor de natuur en recreatie. Hoe zit het met jou? Ben je bijvoorbeeld werkzaam in het onderwijs of volg je een studie die aansluit bij een vervolgonderzoek? Dan vinden wij het leuk om van je te horen.