logo idiomorf  
Bekijk de tekeningen op deze website en zie de kracht van de eenvoud
vorige afbeelding terug naar overzicht volgende afbeelding    
   
Infographic over chemische reactie van luchtzuiverende straatstenen  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
   

Wegdek ‘zuivert’ uitlaatgassen
Deze tekening is gemaakt om te laten zien hoe een nieuw wapen in de strijd tegen luchtvervuiling werkt: een straatsteen van speciaal beton dat stikstofoxides uit uitlaatgassen met behulp van zonlicht omzet in nitraat, dat bijna onschadelijk is. Bovendien stoot de klinker vuil af, waardoor de weg schoon blijft.

Zoekt u wetenschappelijke tekeningen als deze?
Wij hebben voor deze opdrachtgever van wetenschappelijke publicaties een serie infograpics gemaakt over hoe nieuwe wetenschappelijke en technische vindingen werken. Onze technische animaties en infografieken kunnen veel verheldering brengen. Deze maken het mogelijk om complexe wetenschappelijke onderzoeken inzichtelijk te maken. Dit bespaart u en de eindgebruiker moeite en tijd. Onze tekeningen kunnen gebruikt worden voor zowel gedrukte als digitale media. Neem contact met ons op voor een afspraak.

In het laboratorium liggen enkele stenen op een werkbank, uiterlijk niet te onderscheiden van doorsnee bestratingsmateriaal. In die onopvallende buitenkant schuilt een veelbelovende technologie. In de toplaag van ongeveer een centimeter is titaandioxide verwerkt. Hierdoor is de kleur net iets lichter is dan de rest van de steen. Het mineraal titaandioxide is ongevaarlijk voor mensen. Het geeft als E171 bijvoorbeeld een witte kleur aan tandpasta en medicijnen. De vorm waarin het wordt toegepast in de luchtzuiverende stenen heet anataas, een wit poeder dat uit nanokristallen bestaat.
Anataas is fotokatalytisch: het is uitsluitend actief zolang er ultraviolet licht op schijnt; in het donker werkt het niet. Ook als er een waterfilm of veel strooizout op de zogenaamde denoxsteen terechtkomt, wordt het rendement nihil.
Titaandioxide zet onder invloed van licht stikstofoxiden om in onschadelijke nitraatzouten, die ook in kunstmest voorkomen als voedingsstof voor planten. Met een regenbui spoelen de nitraatzouten van de steen af en verdwijnen in het riool. Uit proeven blijkt dat ook roet, fijnstof en andere organische verbindingen worden omgezet in water en koolstofdioxide. Zelfs algen en groene aanslag krijgen geen kans om zich op de stenen te hechten. Dat effect hebben is op buiten geplaatste stenen vastgesteld.
Japanse onderzoekers vroegen in 1997 als eersten patent aan op de toepassing van fotokatalytisch titaandioxide. Ze vervaardigden een straatsteen die geheel uit beton met anataas bestaat. Inmiddels wordt het materiaal ook sporadisch toegepast op dakpannen, in geluidswallen en als coating van asfalt. Hoe hoog het omzettingsrendement daarvan is, valt niet te zeggen.
Er is onderzocht met twee promovendi of titaandioxide werkelijk iets doet met schadelijke gassen. De resultaten van de laboratoriumproeven zijn veelbelovend: gemiddeld wordt 40 procent van de stikstofoxiden omgezet in onschadelijke nitraatzouten. Ook gingen zij na hoe het gebruik ervan betaalbaar gemaakt kan worden. Dat is een voorwaarde voor grootschalige toepassing ervan.
De aanscherping van de Europese norm voor stikstofoxiden, die in 2010 wordt verlaagd van 44 naar 40 microgram per kubieke meter, was de aanleiding om het onderzoek in Enschede te starten. Stikstofoxiden veroorzaken onder meer zure regen en smog. Tijdens warm zomerweer veroorzaakt smog veel ongemak bij astma- en andere carapatiënten. Vooral in stedelijke gebieden zijn maatregelen nodig om aan de toekomstige richtlijn te kunnen voldoen. Nu al wordt in steden geregeld de vastgestelde norm enkele malen overschreden.
Het vergde veel research om titaandioxide op een goede manier op de steen aan te brengen. „We hebben eerst geprobeerd om stenen met het mineraal te impregneren. Dat werkte niet. Door slijtage verdwijnt ruim 1 millimeter van de toplaag en daarmee ook de werkzame stof. De fabrikant maakt nu stenen met een toplaag van 8 tot 10 millimeter fijn beton met titaandioxide. De helft van deze dikte zou al voldoende zijn, maar technisch is dat niet mogelijk. Deze toplaag vertoont dezelfde slijtage als een gewone straatsteen. Je kunt zo’n laag in principe op alle soorten straatstenen aanbrengen”, aldus Brouwers.
De meerprijs hangt af van de hoeveelheid titaandioxide die in de steen is verwerkt. De Japanse steen is twee keer zo duur als een gewone straatsteen. De onze kost slechts 30 tot 40 procent meer, terwijl deze even goed functioneert. Vergeleken met gewone bestrating valt het kostenplaatje van een wegdek met denoxstenen 6 procent hoger uit. Een te verwaarlozen verschil.” Een proef in Hengelo moet uitwijzen hoe de steen uit Enschede in de praktijk werkt.

Project van nationaal belang
De Castorweg in Hengelo is aan een opknapbeurt toe. De gemeente en de Universiteit Twente grijpen die gelegenheid met beide handen aan om een proefproject met luchtzuiverende stenen op te zetten. Na veelbelovende laboratoriumproeven wil prof. Brouwers nu meten hoe de zogenaamde denoxsteen zich in de praktijk gedraagt. De Castorweg krijgt twee proefvakken, elk van 100 meter lengte. Een met de luchtzuiverende steen, het andere met gewone bestrating. Allerlei organisaties toonden belangstelling voor het proefproject, dat volgens de initiatiefnemers op landelijk niveau van betekenis is. De provincie Overijssel verleende subsidie in het kader van het programma ”Investeren in duurzaam Overijssel”, terwijl de Vereniging Nederlandse Gemeenten (VNG) en onderzoeksinstituten RIVM en TNO-MEP de ontwikkelingen in Hengelo met belangstelling zullen volgen.
De Castorweg is een vrijwel ideale testomgeving, vindt Brouwers: „Aan beide kanten van de straat is sprake van een hoge aaneengesloten bebouwing, bomen ontbreken en de overheersende windrichting staat haaks op de straat, zodat de stikstofoxiden nauwelijks verwaaien. De verkeersintensiteit is gemiddeld en de luchtkwaliteit voldoet uitstekend aan de norm.” Men hoopt een verbetering in de luchtkwaliteit te kunnen aantonen.
„Dit soort metingen is voor ons ook nieuw. Om de meetgegevens juridisch hard te maken, moeten ze volgens een bepaald protocol worden uitgevoerd. De luchtkwaliteit wordt niet gemeten, maar berekend aan de hand van verkeersdruk en verwaaiing. Als de denoxbestrating in deze proef een duidelijke verlaging van de concentratie stikstofoxide geeft, kan dat percentage in de toekomst worden meegenomen bij de landelijke berekening van de luchtkwaliteit.”
Naar verwachting zal de testweg in Hengelo eind dit jaar klaar zijn, zodat begin 2009 de metingen kunnen starten.

Regenbui
Regen zet de schadelijke stikstofoxides uit uitlaatgassen met behulp van zonlicht om in onschadelijk nitraat. Ook spoelt het water daarna de straat weer schoon. In de loop van 2009 moet blijken of het materiaal in de praktijk net zo goed werkt als in het laboratorium.