Productie duurzaam cement opgeschaald

De Britse start-up Material Evolution ontwikkelde in 2020 een duurzaam alternatief voor cement. Na succesvolle kleinschalige tests was het bedrijf klaar voor de volgende stap richting industriële productie. De oprichters namen contact op met de poederverwerkingsexperts van Hosokawa Micron voor advies en ondersteuning bij de opschaling. Vandaag de dag staan ze op het punt een faciliteit te openen met een capaciteit van 120.000 ton per jaar. 

Toen Dr. Liz Gilligan ontdekte dat Ordinary Portland Cement (OPC) een van de grootste veroorzakers van CO₂-uitstoot is, besloot ze actie te ondernemen. “Cement is het op één na meest gebruikte product ter wereld, na drinkwater. Het traditionele productieproces van cement veroorzaakt een chemische reactie die CO₂ vrijgeeft en vereist enorme hoeveelheden warmte-energie,” legt ze uit.

“Ik geloof dat iedereen kan en moet bijdragen aan het oplossen van de klimaatcrisis. De beloning is van planetaire waarde. Daarom heb ik, na mijn promotieonderzoek in duurzaam cement, het lab letterlijk in de garage van mijn ouders opgezet en ben ik begonnen cement te herdefiniëren,” vertelt ze. Dit leidde in 2020 tot de oprichting van Material Evolution.

Een duurzaam alternatief

Het duurzame alternatief van Material Evolution voor OPC is gebaseerd op een proces dat alkali-fusie wordt genoemd. “In plaats van cement bij hoge temperaturen te bakken, bereiken we een vergelijkbaar resultaat door verschillende poederachtige grondstoffen samen te voegen. Dit vermindert de CO₂-uitstoot tijdens de productie met 85% en levert een duurzamer eindproduct op. Bovendien wordt ons product gemaakt van industrieel afval, wat bijdraagt aan een circulaire economie,” aldus Dr. Gilligan.

Nieuwe duurzame-cementfabriek in aanbouw in Wrexham, VK

Van concept naar marktintroductie

“Toen we het concept op kleine schaal hadden bewezen in onze pilotfabriek in Middlesborough, wilden we het product zo snel mogelijk commercialiseren,” zegt Clark, Chief Operations Officer en mede-oprichter van Material Evolution. Hij deelt Dr. Gilligans urgentie om de klimaatcrisis aan te pakken. “Via via hoorde ik dat Hosokawa Micron experts zijn in poederverwerkingstechnologie. We hebben contact met hen opgenomen om de mogelijkheden te onderzoeken om onze oplossing op industriële schaal te realiseren.” 

Homogene menging met hoge doorvoersnelheid

Marc Jacobs, Team Manager CMM bij Hosokawa Micron, hielp het team van Material Evolution bij het ontwerpen van de meest operationeel effectieve mengopstelling voor hun fabriek. “Voor het succes van onze fabriek waren homogene menging, hoge doorvoersnelheid en flexibiliteit van grondstoffen essentieel. We willen hoge standaarden van materiaalconsistentie, kwaliteit en reproduceerbaarheid garanderen voor onze klanten,” stelt Clark. 

“Normaal gesproken zouden we Liz en Sam uitnodigen op onze locatie in Doetinchem om hun wensen te bespreken en testen uit te voeren in ons Testcentrum,” zegt Jacobs. “Maar dit gebeurde allemaal tijdens de COVID-beperkingen, dus we hebben veel Zoom- en Teams-gesprekken gehad.” 

“In december 2021 kwamen Marc en zijn collega Dirk de Jong, Service Engineer, naar Middlesborough met het voorgestelde demo-apparaat. Dirk had persoonlijk meegewerkt aan het ontwerpen en ontwikkelen van de machines en prototypes. Ze kwamen op mijn 30e verjaardag aan – het was een geweldig verjaardagscadeau!” herinnert Dr. Gilligan zich. 

Systeem op zwaartekracht

“Het systeem werkt op basis van zwaartekracht. Marc en Dirk hebben ons zelfs geholpen met het bouwen van een stellingenstructuur om de menger en doseerapparatuur op de juiste hoogte te brengen. Daarna hebben ze alle machinebediening ingesteld en ongeveer een week besteed aan het optimaliseren van de doorvoersnelheden,” voegt Clark toe. “Aan het einde van de proef hadden we ongeveer 20 ton materiaal geproduceerd. In echte start-up-stijl hebben we de grenzen van het pilotsysteem opgezocht. Hosokawa dacht aanvankelijk aan één tot vier ton per uur,  maar we haalden zelfs zes ton per uur. Het was een leerzaam proces voor beide partijen.” 

Ongeduld ontmoet pragmatisme

“Ik sta niet bekend om mijn geduld, dus na de succesvolle proef op locatie stond ik te popelen om commercieel te starten,” bekent Dr. Gilligan. “Marc was erg pragmatisch en behulpzaam. Hij regelde dat we alle apparatuur - die was geïnstalleerd om te kunnen testen op locatie – konden overnemen, in plaats van te wachten op nieuwe apparatuur. Deze pilotplant staat er nu al drie jaar, met slechts enkele optimalisaties, zoals een transportsysteem en een takel voor het heffen van poeders. Dat scheelt veel handmatig werk!”

Meng- en doseerinstallatie bij Material Evolution, producent van duurzaam cement

Toegewijd aan duurzaamheid

“Voor mij zijn openheid en eerlijkheid de belangrijkste pijlers van een samenwerking; de planeet heeft geen tijd voor spelletjes. We moeten elkaar uitdagen om echt verschil te maken, en Marc was een geweldige sparringpartner die niet bang was om kritische vragen te stellen,” stelt ze. 

“Ik waardeer ook dat Hosokawa zich echt inzet voor duurzaamheid. Veel bedrijven claimen duurzaam te zijn, maar bij Hosokawa voel je dat het meer is dan loze woorden. Ze nemen deel aan allerlei initiatieven – van het verkleinen van hun eigen CO₂-voetafdruk tot het ontwikkelen van processen voor het terugwinnen van carbon black.” 

Toekomstgericht opschalen

De industrie reageert al positief op hun OPC-alternatief, volgens Clark: “De bouwsector is traditioneel voorzichtig en huiverig voor verandering. Daarom hebben we actief gezocht naar klanten die onze duurzaamheidsdoelen delen en enthousiast zijn over innovatieve, groene technologieën.” 

Een vroege klant is een producent van bouwstenen in Wrexham, waar Material Evolution een nieuwe fabriek bouwt. “Onze pilotfabriek in Middlesborough kan tot 96 ton per dag produceren, nog steeds batchgewijs. Maar zodra we de nieuwe faciliteit in Wrexham openen, zullen we 120.000 ton per jaar produceren,” vertelt Clark. “De cementproducten gaan direct van onze fabriek naar de productieprocessen van de klant, wat vrijwel geen transportkilometers betekent.” 

Op naar continue productie

“Het is een geweldig gevoel om van experimenten in de garage van mijn ouders, naar een pilotfabriek en nu naar continue productie te gaan. We zijn zeer tevreden met de samenwerking met Hosokawa tot nu toe en hopen dat ze onderdeel blijven van onze reis terwijl we verder opschalen,” besluit Dr. Gilligan.