Recyclen voor vliegtuigonderdelen: Ilse ten Bruggencate wint twee awards met masteronderzoek

De afgelopen jaren zat Ilse met haar team al volop in het onderzoek naar de recycling van materialen. Bijvoorbeeld voor veiligheidsschoenen en access panels. Onderzoek waar veel nieuwe projecten op volgden, vertelt ze. “En elke keer als zo’n project afgerond was, zei iemand: ‘Maar zou ik dat materiaal nu nóg een keer kunnen recyclen?’” Niet alleen een nieuwsgierige, maar ook een relevante vraag, omdat grote industrieën als de vliegtuig- en automotive-industrie de komende jaren te maken krijgen met Europese wetgeving die bepaalt dat bedrijven zorg moeten dragen voor materialen die terugkomen, aan het eind van de levensduur van hun eigen producten. Ilse: “Nu is het nog niet zover, maar in de toekomst gaat dat een probleem worden. Als vliegtuigen aan het eind van hun levensduur zijn, zit je met materiaal dat moeilijk te recyclen is. Die hoeveelheid gaat toenemen. Daarom is er onderzoek nodig naar recycleprocessen en hun invloed op de materiaaleigenschappen.”

Vijf keer recyclen

Dus besloot Ilse voor haar tweejarige deeltijdmaster Polymer Engineering bij NHL Stenden en Windesheim onderzoek te doen naar de herhaalde recycling van het materiaal van vliegtuigonderdelen, C/PPS (Carbon Fibre Reinforced Polyphenylene Sulphide). “Al mijn lopende onderzoeksprojecten zaten op het vlak van recycling en het leek me goed om daarbinnen iets uit te diepen voor mijn master. Ik koos ervoor om de onderzoeksvraag in te kaderen: hoe kan dit materiaal herhaaldelijk, vijf keer, gerecycled worden, waarbij zoveel mogelijk van de mechanische eigenschappen behouden blijven? Een vliegtuig heeft een levensduur van 20 tot 25 jaar, dus met vijf keer recyclen zit je al op een periode van meer dan 100 jaar.”

Bewegende klepjes

Terug naar die bewegende klepjes op de uiteinden van de vleugels of een staartstuk. Want gaat het om die bewegende delen? “Niet helemaal. Omdat materiaalgebruik in de luchtvaart erg nauw komt, richten we ons in eerste instantie op minder kritische onderdelen. Kijken we bijvoorbeeld naar de klepjes, dan proberen we gerecycled materiaal toe te passen voor toegangsluiken in de vleugels. Of voor de afdekkapjes die de scharnieren van de kleppen beschermen. Ze geven toegang tot iets dat eronder zit. Een onderhoudsmonteur verwijdert ze bij controle- of onderhoudswerkzaamheden. Hier valt al veel winst te behalen. Want momenteel worden deze onderdelen van nieuwe en zeer kostbare materialen gemaakt, terwijl dat voor deze toepassing eigenlijk niet nodig is.”

Relevantie

Voor haar onderzoek startte Ilse met een literatuurstudie naar de relevantie van haar onderzoeksvraag. Er was genoeg data te vinden over de recycling van consumentenafval, maar nauwelijks van dit soort composieten uit de vliegtuigindustrie. “Afval dat je thuis in de plastic-container gooit, heeft een kortere levensduur en wordt vaker gerecycled. Dat verwerkingsproces is anders. Maar over de recycling van de hoogwaardige materialen waar ik mijn onderzoek op richtte, was er nauwelijks data te vinden. De relevantie voor dit onderzoek was er dus zeker.” Vervolgens focuste Ilse zich op de samenstelling van de composiet: een vezel en een polymeer. Wat zou er gedurende het proces van vijf keer recyclen gebeuren met die materialen?

Wind, uv-straling, vervuiling

Daarna startte Ilse met het daadwerkelijk maken van het materiaal, vertelt ze. Ze recyclede het vijf keer en analyseerde de testresultaten. Wel onder lab-omstandigheden. “Normaal gesproken zou zo’n materiaal jaren onderdeel van een vliegtuig zijn, onder invloed staan van wind, uv-straling en vervuiling. Dat heb ik hier buiten beschouwing gelaten. Het zou onderwerp van vervolgonderzoek kunnen zijn. Nu lag de focus op het verwerkingsproces, omdat alleen daar al heel veel complexe mechanisme plaatsvinden.” Ilse had als hypothese dat herhaaldelijke recycling zou leiden tot een afname in de mechanische eigenschappen van het materiaal, veroorzaakt door afname in vezellengte en degradatie van het matrixmateriaal. “Op basis van de literatuur verwachtte ik dat dit na de tweede of derde recycleronde zichtbaar zou worden in de mechanische eigenschappen van het materiaal.”

Onderbouwing

Dat werd bevestigd door de tests, die na de eerste recycleronde juist een kleine toename in de eigenschappen lieten zien, maar daarna een procentuele afname ervan. Het materiaal is dus best vijf keer te recyclen, legt Ilse uit, maar de vraag is voor welke toepassingen het nog gebruikt kan worden. Zo kan het nog steeds mogelijk zijn het composiet in te zetten voor niet-structurele toepassingen. “Als je me van tevoren gevraagd had of recycling mogelijk zou zijn, had ik gezegd: ‘Ja, waarom niet?’ maar daarbij had ik niet kunnen antwoorden wat de precieze effecten van recycling waren. Laat staan een onderbouwing kunnen geven. Door dit onderzoek is die precieze onderbouwing er voor dit materiaal wel.”

SAMPE Award

Ilse rondde haar master al in februari van dit jaar af. In mei diende ze haar onderzoek in voor de SAMPE Benelux-prijs, die tijdens het congres van de vakorganisatie zou worden uitgereikt. De twee winnaars (voor het beste master- en PhD-onderzoek) mochten doorstromen naar de SAMPE Europe conferentie, aldus Ilse. “Omdat ik de Benelux-award had gewonnen, mocht ik inderdaad in oktober meedingen naar de Europese prijs. Voor het tweedaagse congres vinden de studentenpresentaties plaats.” Ook daar kwam Ilse met haar onderzoek als winnaar uit de bus. Het levert haar een deelname op aan het SAMPE USA-congres, terwijl de winnaar van dat congres zich juist mag presenteren in Europa. “Een mooi professionaliseringstraject, waarbij ik kennis mag uitwisselen met een groep andere winnaars die afkomstig zijn uit de hele wereld.”

Vervolgprojecten

Eindigt haar onderzoek hiermee? “Nee, ik zie dit als een onderdeel van een lange onderzoekslijn, waarop ook weer vervolgprojecten mogelijk zijn. Zo zijn onder andere twee studenten van de Saxion-opleiding Chemie voor hun minor Sustainable Advanced Materials aan de slag met een deelonderzoek naar het polymeer dat onderdeel is van het door mij onderzochte composiet. Zij zoomen daar verder op in. Andere studentengroepen hebben zich vanuit opleidingen als Werktuigbouwkunde, Mechatronica en Electrotechniek met verwante projecten beziggehouden. Dat is het leuke van werken bij Saxion: je kunt vervolgstappen of verdiepingsslagen een plek  geven in nieuwe studentenprojecten.”

Blauwdruk voor automotive-industrie

Kan haar eigen onderzoeksaanpak daarnaast een blauwdruk vormen voor vervolgonderzoek in de vliegtuig- of automotive-industrie? “Ja. Dit onderzoek kan de industrie handvatten geven om de eigen reststromen te verwerken. Zeker als daar in de toekomst nieuwe richtlijnen voor komen. Nu zijn er nog volop onzekerheden over de aanpak. Niet alleen over het recyclen zelf, maar ook over het herhaaldelijk verwerken van hetzelfde materiaal. Mijn onderzoek geeft een indicatie voor wat er met dit materiaal mogelijk is. De reden dat ik ben begonnen met C/PPS is dat er nog een grote economische restwaarde op zit. Het is kostbaar materiaal, dus is het ook extra relevant om daar als industrie nog iets mee te willen. Mijn onderzoek kan tevens een blauwdruk zijn voor de automotive-industrie, waar juist meer met glasgevulde materialen wordt gewerkt. Daar gaan deze vraagstukken in de toekomst ook spelen.”

Hecht team

Een master is een individueel traject. Toch wist Ilse zich enorm gesteund door haar collega’s van het lectoraat Lichtgewicht Construeren, vertelt ze met een glimlach. “We hebben een klein, hecht team. Dus eigenlijk doorloop je zo’n traject nooit helemaal alleen. Er is altijd iemand die meedenkt, bijspringt of even helpt met de machines waarmee we in ons lab werken. Ook was bijna het voltallige team aanwezig bij de verdediging van m’n masterscripte. Op een doordeweekse dag, met zoveel drukke agenda’s. Toen ik de zaal inkeek, gaf me dat een warm gevoel. Ondanks dat het mijn masteronderzoek was, voelde het alsof ik het niet alleen had gedaan.”

Fotografie: Thomas Busschers - Dienst Marketing Communicatie