Reportage Hout als bouwmateriaal

De boom als basis voor alles: hoe hout het materiaal van de toekomst kan worden

Beeld Eline van Strien

Wolkenkrabbers, ramen, auto’s, batterijen: die kun je straks allemaal van hout maken, volgens de pioniers van de duurzame houtrevolutie. Hoe werkt dat? 

Het is nu alleen nog beton dat uit de grond steekt langs het water van de Amstel in Amsterdam. Maar in het voorjaar van 2021 verrijst hier, op een steenworp afstand van het NS-station Amsterdam Amstel, de hoogste houten woontoren van Nederland.

Haut gaat het 73 meter hoge gebouw heten, de naam een gebbetje, tegelijk verwijzend naar het materiaal en het Franse woord voor hoog. De uitstraling wordt luxe. Metershoge ramen, met mooi uitzicht op de rivier. De appartementen hebben prijskaartjes (rond een miljoen) die voor het grootste deel van de bevolking onbetaalbaar zijn. En toch draagt dit gebouw zijn steentje bij aan een betere wereld. Althans, dat is de bedoeling van vastgoedontwikkelaar Lingotto. ‘Bouwen met hout is veel duurzamer dan bouwen met beton’, zegt projectontwikkelaar Thijs Croon van Lingotto. ‘Met Haut willen we laten zien dat het kán, duurzaam bouwen en toch luxe leveren.’

Het gebouw vormt, met soortgelijke panden die over de hele wereld worden neergezet, de voorhoede van een duurzame houtrevolutie die zich de komende jaren moet voltrekken. En dan niet alleen in de bouw, waar steeds ambitieuzere projecten op stapel staan – in Japan maakt men zelfs plannen voor een 350 meter hoge houten wolkenkrabber, die rond 2041 af moet zijn – maar nadrukkelijk ook daarbuiten. Van houten auto’s en machine-onderdelen tot hout als bron van nieuwe plastics, lijmen en verpakkingsmaterialen.

Impressie van Haut, de 73 meter hoge houten toren die wordt gebouwd in Amsterdam Beeld Zwartlicht - TeamV

Het voordeel van grootschaliger gebruik van hout – in de bouw, in de fabricage of in de chemie – is dat je op die manier de uitstoot van het broeikasgas CO2 voorkomt. ‘Voor elke ton koolstof die je in hout opsluit en gebruikt in de bouw, bespaar je ongeveer 4,4 ton aan CO2-emissies’, zegt hoogleraar Europese bossen Gert-Jan Nabuurs van Wageningen Universiteit.

Bomen groeien door fotosynthese, het chemische proces waarbij ze voedingsstoffen als suikers maken uit CO2. Daarbij gebeurt in essentie niets anders dan het plukken van koolstof uit koolstofdioxide en dat aan elkaar rijgen tot onder meer de lange suikerketens die hout zijn stevigheid geven.

Zonder schade

Wanneer je aan duurzaam bosbeheer doet – dat wil zeggen: je plant nieuwe bomen om de gekapte exemplaren te vervangen en zorgt dat het bos gezond en leefbaar blijft – kun je hout oogsten zonder schade aan de natuur. Van dat hout kun je bouwen, zonder dat het veel fossiele energie kost. ‘Het onderhoud van zo’n boom, die daar zeventig of tachtig jaar staat, kost nauwelijks energie’, zegt Nabuurs.

De enige fossiele brandstoffen die je verbruikt, zijn voor het zagen en vervoer. Tegelijk bespaar je op nog een andere manier: je gebruikt geen of minder materialen als plastic, aluminium, beton of staal. ‘De productieprocessen van die materialen, die bijvoorbeeld bij hoge temperatuur plaatsvinden, verbruiken ook weer veel fossiele brandstoffen’, zegt Nabuurs.

Logisch dus dat Croon en collega’s Haut in eerste instantie helemaal van hout wilden maken. ‘Helaas bleek dat vanwege de vorm van het gebouw in combinatie met de Amsterdamse ondergrond niet te doen’, zegt Croon. Het gebouw moest voldoende ‘stijf’ zijn, bouwwereldjargon voor een gebouw dat niet te veel buigt in de wind. ‘Onze berekeningen lieten zien dat we staal nodig hadden voor extra stevigheid.’ Die hoeveelheid werd bij nieuwe berekeningen steeds groter en dat is onwenselijk omdat staal milieuonvriendelijk is. Daarom hakten ze al snel de knoop door: de kern wordt van beton, met daaromheen houten wanden en vloeren.

Beeld TeamV / ARUP

Denk daarbij overigens niet aan vertimmerde planken, die ooit in zijn geheel uit een boom gezaagd zijn. Het hout in dit soort bouwprojecten is altijd zogeheten CLT (Cross Laminated Timber), kruislaaghout in het Nederlands: kruislings op elkaar gelijmde lamellen die samen extra stevig zijn. ‘We hebben daar grote blokken van op kantoor staan – je moet het materiaal toch kunnen zien en voelen als je ermee gaat werken’, zegt Croon. ‘Het ziet er gewoon uit als hout, als een soort grenen.’

Het materiaal is zo stevig dat Croon zelfs gelooft in een gebouw dat volledig uit hout bestaat. ‘Op een andere locatie zou het moeten kunnen zonder beton en met een acceptabele hoeveelheid staal’, zegt hij.

Daarvoor moet wel een ander probleem worden opgelost: de ramen van het gebouw. ‘Als je een gebouw in zijn geheel maakt van CLT, is het waarschijnlijk wel stevig genoeg’, zegt Croon, maar dan kunnen er vermoedelijk geen ramen in zitten of op z’n best heel kleine. ‘En dan wil niemand daar wonen of werken.’

Uit Zweden komt voor dat probleem binnenkort wellicht een oplossing: doorzichtig hout. Dat is overigens in eerste instantie niet bedoeld om ramen te vervangen. De Zweedse onderzoekers die het maakten, presenteerden het vooral als hip materiaal om spannende, lichtere, meer natuurlijke gebouwen van te maken.

Wie hout doorzichtig wil maken, moet eerst goed snappen waaruit het materiaal eigenlijk bestaat: cellulose, stevige suikerketens die hout zijn hardheid geven, aan elkaar geplakt met lignine, een organisch polymeer dat goed aan cellulose bindt. ‘We halen eerst al dat lignine uit het hout’, zegt Céline Montanari, verbonden aan het Zweedse KTH Royal Institute of Technology. ‘Daarna vullen we het overgebleven hout met een doorzichtige vloeistof.’ Dat vult de van cellulose gemaakte houtcellen op en geeft het geheel weer stevigheid. De cellen, enkele nanometers tot micrometers groot, sluiten de vloeistof goed op, zodat die niet zomaar kan weglekken. Wat je overhoudt, ziet eruit als doorzichtig hout. Niet perfect doorzichtig zoals gewoon glas, zegt Montanari, ‘maar het is een goede vervanging voor bijvoorbeeld matglas’.

Warmte opslaan

Montanari presenteerde haar onderzoeksresultaten in april op een bijeenkomst van de American Chemical Society en daarna stond haar telefoon direct roodgloeiend. Websites en kranten over de hele wereld stortten zich op het maffe materiaal. Toch was de ontdekking niet nieuw, zegt ze nu. ‘Mijn collega’s hadden eerder al laten zien dat je hout doorzichtig kunt maken. Wij wilden daaraan alleen een extra functionaliteit toevoegen. We wilden het hout ook warmte laten opslaan.’

‘Normaal’ doorzichtig hout hield al tienmaal meer warmte vast dan glas. Dat is gunstig omdat je dan minder energie nodig hebt om een ruimte op temperatuur te houden. Dat maakt zo’n gebouw duurzamer, maar de onderzoekers wilden er nog een schepje bovenop doen. Ze voegden een nieuw materiaal toe,  polyethyleenglycol, dat warmte kan opslaan en die gedurende de avond, als de zon onder is, langzaam maar zeker weer afgeeft. Op die manier moet het materiaal nóg iets meer energie besparen. En dan bespaar je ook nog eens aan het begin, omdat hout doorzichtig maken minder energie verbruikt dan de productie van glas, dat je tot meer dan duizend graden moet verwarmen om te bewerken.

‘We doen hier veel onderzoek naar hoe je hout kunt gebruiken’, zegt Montanari. ‘We weten nu dat ramen van hout mogelijk zijn en we kijken ook naar zonnecellen van hout. Zo hopen we bij te dragen aan een wereld waarin hout veel ouderwetse materialen kan vervangen.’

In de Verenigde Staten denkt men zelfs al na over auto’s van hout. Of nou ja: van bewerkt hout. Vorig jaar beschreven onderzoekers van de universiteit van Maryland, aangevoerd door materiaalkundige Liangbing Hu, in het vakblad Nature hoe ze erin slaagden hout om te toveren tot een staalachtig materiaal.

De crux van die methode schuilt opnieuw in het verwijderen van het grootste deel van de lignine. Hu en collega’s bereiken dat door hout een aantal uur te laten soppen in een chemisch bad. Daarbij is het overigens cruciaal dat niet álle lignine verdwijnt. Je hebt een beetje nodig om de cellulose bij elkaar te houden.

Kleine kanaaltjes

Cellulose bestaat uit lange fibers, gelegen in de groeirichting van de oorspronkelijke boom. Tussen die fibers zitten kleine kanaaltjes die dienstdoen als een soort wegennetwerk, waardoor de boom water en voedingsstoffen pompt. 

‘Voor de sterkte van hout zijn die microkanaaltjes eigenlijk onhandig’, zei Hu na zijn publicatie tegen de podcast van Nature. Het zijn plekken waarop hout kan breken of scheuren. ‘Daarom verwijderen we die kanaaltjes.’ Dat gebeurt door het materiaal bruut samen te persen bij hoge temperatuur, zodat de kanaaltjes instorten. De samengeperste cellulosefibers blijven vervolgens dankzij het overgebleven lignine aan elkaar plakken.

‘Het materiaal dat op die manier ontstaat is nog steeds hout, maar is wel tien tot twintig maal sterker’, zei Hu. Gemeten naar gewicht is het vier à vijf maal sterker dan staal. Het is zelfs sterker dan de titaanlegeringen die worden gebruikt in de vliegtuigindustrie. Dat maakt het materiaal in potentie zeer geschikt voor toepassingen waarbij je sterk materiaal nodig hebt dat niet zoveel weegt. Vliegtuigen liggen voor de hand, maar ook auto’s en windmolens staan op het verlanglijstje.

Hu ontving recentelijk 3,6 miljoen dollar van de Amerikaanse overheid om auto’s te maken van dat soort superhout. In eerste instantie moet hout vooral het staal in het chassis vervangen, maar op termijn kunnen misschien zelfs bewegende motoronderdelen van hout worden gemaakt.

Ondertussen kijkt Hu zelfs naar de mogelijkheden om de zware metalen in batterijen te vervangen door hout, vertelde hij tegen het populairwetenschappelijk tijdschrift New Scientist. ‘We werken aan een houten batterij waarvan je de onderdelen in de houtporiën stopt’, zei hij. Mogelijke toepassingen: mobiele telefoons, auto’s en andere voertuigen met batterijen of accu’s.

Verslaving aan olie

Aan het Zweedse KTH Royal Institute of Technology, waar Montanari haar doorzichtige hout ontwikkelde, gaat men nog een stap verder. ‘We proberen het gebruik van hout als duurzaam alternatief zo veel mogelijk op te rekken in ons onderzoek’, zegt zij. Haar collega’s werken onder meer aan manieren waarmee ze de verslaving aan olie en andere fossiele bronnen van de chemische industrie te lijf kunnen gaan.

Ze dromen van houtraffinaderijen, waarin chemici cellulose en lignine uit elkaar kunnen pulken en de nuttige delen kunnen hergebruiken. Geen vreemde gedachte, wanneer je je realiseert dat lignine een mengelmoes van organische stoffen is die in de verte wel wat wegheeft van ruwe olie.

Chemicus Krijn de Jong (Universiteit Utrecht) vergelijkt die nieuwe houtchemie met de opkomst van aardolie. ‘Daar maakte men eerst alleen lampolie van. De rest werd in zee gedumpt en in brand gestoken. Wat moet je ermee, was de gedachte.’

Pas later, toen de chemische industrie volwassen werd, bleek dat olie niet alleen nuttig is om lampen te laten branden, maar dat je het ook kunt bewerken. Tot alles van de kerosine waarop vliegtuigen naar hun verre bestemmingen vliegen, tot het plastic dat in supermarkten om je komkommer zit. ‘De kunst is om álles te gebruiken, omdat je anders te veel afval krijgt’, zegt De Jong. ‘Dat is met aardolie gelukt, maar met bijvoorbeeld steenkool niet. Daarvan wordt gezegd: verbrand het maar in elektriciteitscentrales.’

Wie met een chemische blik naar hout kijkt, ziet dat het een beetje tussen olie en steenkool in zit. Het zijn allemaal verzamelingen van koolstof, waterstof en zuurstof, die op net iets andere manieren aan elkaar geplakt zijn. In hout is dat bijvoorbeeld in de vorm van de suikerachtige cellulose, waarvan je brandstof kunt maken. Of lignine, dat chemisch zo in elkaar steekt dat je er goede plastics van kunt bouwen.

Suikerketens

‘De vraag is: in hoeverre wil je de oorspronkelijke chemische eigenschappen van het hout intact laten?’, zegt De Jong. Waar men in Zweden meent dat je gebruik moet maken van de suikerketens en andere organische verbindingen die het hout te bieden heeft, ziet hij zelf meer heil in het volledig uit elkaar pulken tot de basale bouwsteentjes.

‘Van wat er al in hout zit kun je prima lijm, verf en bioplastics maken, maar ik denk dat dat een bescheiden markt is’, zegt hij. Hij gelooft meer in raffinaderijen die al het koolstof, zuurstof en waterstof uit hout trekken, om daar nieuwe materialen van te boetseren.

Beeld Eline van Strien

Het voordeel is dat een chemische centrale die dát kan veel meer lust dan alleen hout. ‘Wij denken aan het bouwen van een omnivoor’, zegt De Jong. ‘Daar kan ook gft in en zelfs huisafval’, zegt hij. Dat laatste is bijvoorbeeld interessant in de Verenigde Staten, waar nog vaak ouderwetse landfills gebruikt worden,  stortplaatsen waar afval zich opstapelt zonder dat het wordt verbrand. Een chemische centrale die dat afval omzet in iets nuttigs kan dan uitkomst bieden.

Ook in Nederland werkt men aan zulke fabrieken. Zo bouwt het Canadese bedrijf Enerkem samen met AkzoNobel in Rotterdam aan een centrale die afval moet ombouwen tot methanol, een duurzaam alternatief voor olie. De centrale moet, als alles naar planning verloopt, zo’n 350 duizend ton huisafval per jaar verwerken en daar 270 miljoen liter methanol van maken.

Volgens De Jong zijn het dat soort grootschalige projecten die laten zien dat er – in elk geval economisch – meer brood zit in het volledig afbreken van hout in omnivore centrales. ‘Maar het blijft moeilijk om te zeggen welke kant het opgaat.’ Het kan zelfs nog uitdraaien op een combinatie: eerst de bruikbaarste chemische bouwstenen uit het hout hergebruiken en alles dat daarna overblijft uit elkaar trekken tot de basale bouwsteentjes.

Wat gebeurt er als mensen als Hu, Monari en De Jong in hun opzet slagen? Wat als de houtrevolutie doorzet en hout in zowel de bouw als de chemische industrie een serieuze uitdager wordt van ouderwetse, fossiele producten? Is er dan op aarde wel voldoende hout?

Bosbouwer Gert-Jan Nabuurs is duidelijk: niet genoeg om de gehele fossiele industrie te vervangen. Wil je bijvoorbeeld de wereldwijde productie van plastics vervangen door houtgebaseerde bioplastics, zo rekent hij voor, dan heb je daar zo’n driekwart van de huidige wereldoogst van hout voor nodig. Toch is hij positief. Nabuurs schat dat de houtrevolutie – wanneer je echt ál het beschikbare materiaal uit duurzame bossen gebruikt voor dit soort toepassingen – uiteindelijk ongeveer eenvijfde van de fossiele taart kan overnemen. ‘Een bijdrage kan de sector dus zeker leveren, maar natuurlijk niet alles.’ Fossiele brandstoffen zijn volgens hem bovendien zodanig ingebed in onze samenleving, dat het nooit lukt om dat met één oplossing te vervangen. ‘Helemaal niet in een wereld met negen miljard mensen, die je allemaal wilt voorzien van een bepaalde levensstandaard’, zegt hij. Maar dat de houtrevolutie kans van slagen heeft, is volgens hem duidelijk.

Wie dit verhaal over twintig jaar terugleest, zou dat dus zomaar kunnen doen op een houten tablet, loungend op het houten balkon van een appartement op de dertigste etage. Ver daaronder racen houten auto’s over het asfalt, hun tanks gevuld met methanol gewonnen uit huisafval, hun houten voorruiten glimmend in de warme Nederlandse zon. En die persoon zou grinniken bij het idee dat dat vroeger bijzonder genoeg was om krantenkolommen mee te vullen.

Niet al het hout is gelijk geboren

Hout uit duurzaam beheerde bossen kun je grofweg indelen in twee categorieën: hout geschikt voor mooie planken, voor de bouw dus. En al de rest: hout te dun of lelijk om te gebruiken, snijverlies dat optreedt bij het zagen van planken, enzovoort. Gert-Jan Nabuurs van de universiteit Wageningen, schat dat de eerste categorie, het mooie hout, zo’n 30 tot 40 procent van het totaal vormt.

Van het slechte deel van het hout gaat het merendeel naar papierfabricage, zo’n 50 procent in totaal. Andere delen worden gebruikt voor bijvoorbeeld houtpanelen. Wat overblijft, belandt bij de energiesector, als alternatief voor fossiele brandstoffen. ‘Dat soort biomassa levert nu een bijdrage van ongeveer 7 procent aan de totale energievoorziening van Europa’, zegt Nabuurs. Volgens hem kan dat, wanneer landen investeren in duurzaam bosbeheer nog opgerekt worden tot maximaal 12 procent.

Wonen in hout

In de huidige generatie houten woongebouwen, zie je aan de binnenkant bijna niet dat het gebouw hoofdzakelijk uit hout bestaat. In het Amsterdamse Haut, bijvoorbeeld, zie je aan de binnenkant alleen houten plafonds. De rest is afgedekt om de brandveiligheid te verhogen én om geluidsoverlast te voorkomen. Desondanks geeft het hout dát je ziet, de bewoners wel een beter gevoel, denkt projectontwikkelaar Thijs Croon. ‘Hout is knuffelbaar. Het geeft meer comfort, het ademt een betere sfeer. Dat is niet meetbaar, maar het telt wel mee’, zegt hij. ‘In een houten ruimte voel je je gewoon beter.’

Houten wolkenkrabber in Japan

Het moet het hoogste houten gebouw ter wereld worden. Het Japanse houtbedrijf Sumitomo Forestry wil ter gelegenheid van zijn 350ste verjaardag (in 2041) een 350 meter hoog, 70 verdiepingen tellend gebouw maken. Het gebouw zal volgens de ontwerpen vooral uit hout bestaan, met slechts 10 procent staal. Het binnenste is een opengewerkt raamwerk van balken, dat gebouwd is om in het aardbevingsgevoelige Japan overeind te blijven. Vanaf balkons aan alle kanten van het gebouw, moeten planten groeien. In totaal zal naar schatting 185.000 kubieke meter hout in het gebouw worden gebruikt, stelt het bedrijf in een persbericht.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden