Veel bruggen in Nederland zijn de komende jaren toe aan grondig onderhoud of vervanging. Om dat zo kosten- en milieuvriendelijk mogelijk te doen, werkt onderzoekster Wenjun Cao aan een model dat circulaire potentie van bruggen in kaart brengt. Die kennis helpt Nederland op weg richting een volledig circulaire economie in 2050.
Spoorbruggen, ophaalbruggen, viaducten, sluisbruggen. Nergens ter wereld liggen zoveel bruggen per vierkante kilometer als in Nederland. Hoeveel exact is onbekend, maar alleen Rijkswaterstaat beheert er al ruim duizend. Een groot deel van die bruggen gaat richting het einde van haar levensduur, zegt Wenjun Cao, assistant professor Engineering Structures aan de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen. “Veel infrastructuur in Nederland is kort na de Tweede Wereldoorlog aangelegd, net als in veel andere West-Europese landen. Een betonnen of stalen brug gaat gemiddeld zo’n honderd jaar mee. Mede door toename van verkeer is steeds vaker onderhoud nodig of moeten bruggen de komende jaren deels of volledig worden vervangen.”
Waarde van goede infrastructuur
Cao raakte als kind gefascineerd door bruggen toen ze nog in China woonde. “Ik ben opgegroeid in een plaatsje net buiten Shanghai. Om in de grote stad te komen, moesten we per veerboot de Yangtze rivier oversteken. Toen in 2008 de Sutong brug open ging werd de reistijd verkort van drie uur naar 1 uur en bloeide mijn woonplaats economisch helemaal op. Toen zag ik voor het eerst het belang van goede infrastructuur en de waarde van een brug. Door die interesse ben ik Civil Engineering gaan studeren in China. Daarna heb ik vijf jaar als bridge engineer gewerkt en heb ik een PhD gedaan in Singapore.”
Mijn doel is om een framework op te zetten, zodat circulariteit geïntegreerd wordt bij zowel aanleg, als onderhoud als demontage van infrastructuur.
Koploper circulariteit
Afgelopen juni kwam Cao naar Delft. “Gezien de vervangingsopgave en ontwikkelingen rondom circulariteit is Nederland een interessant land. Nederlanders zijn koploper op het gebied van circulariteit en aanverwant onderzoek. Maar op het gebied van infrastructuur is nog relatief weinig onderzoek gedaan naar hergebruik. Het ontbreekt nog aan een goede holistische aanpak. Mijn doel is om een framework op te zetten, zodat circulariteit geïntegreerd wordt bij zowel aanleg, als onderhoud als demontage van infrastructuur. In eerste instantie ligt de focus van mijn onderzoek op bruggen.”
Voordelen voor Nederland
Circulair bouwen levert volgens Cao diverse voordelen op. “Minder productie van staal en beton zorgt voor minder CO2-uitstoot. Bovendien wordt bij de huidige manier van recycling veel energie verbruikt, met name voor het scheiden van de materialen van een onderdeel, het vermalen en daar weer iets nieuws van produceren. Deze stap is niet nodig als de onderdelen op zichzelf nog potentie hebben en bijvoorbeeld in een nieuwe constructie verwerkt kunnen worden. Efficiënt hergebruik van bruggen draagt dus bij aan het behalen van de doelen rond klimaat en circulariteit. Daarnaast zijn er kostenvoordelen. Als ik in mijn berekeningen uit ga van een gemiddelde kostenbesparing door circulaire strategieen van 5 tot 15 %, dan hebben we met elke 1% van de wegensector die de aanbevolen strategie aanneemt een potentiele markt van 15 tot 53 miljard dollar tot 2040. Nederland kan zich ontwikkelen als circulariteitspionier en de kennis exporteren naar andere landen. Ook Duitsland en Frankrijk staan bijvoorbeeld voor een vergelijkbare vervangingsopgave.”
Circulariteitslabel
Voor haar onderzoek wil Cao de circulaire potentie van bruggen in kaart brengen. Daarvoor gaat ze onder andere bestuderen in welke staat bruggen verkeren, uit welke materialen ze bestaan en in welke omgeving ze liggen. Cao: “Op basis van die informatie kunnen we inschatten in hoeverre en op welke manier een brug aan het einde van z’n levensduur hergebruikt kan worden. Elke brug krijgt dan een circulariteitslabel, zoals je dat ook hebt met energielabels voor huizen. De classificatie geeft aan in welke mate de brug of onderdelen ervan geschikt zijn voor reparatie (repair), verandering van functie (reuse), hergebruik van onderdelen (rebuild) of recycling.”
Veranderen van functie
Met name het veranderen van de functionaliteit noemt een Cao een revolutionaire benadering. “Je ziet het de laatste jaren al vaker bij gebouwen, bijvoorbeeld een oude fabriek waar nu een restaurant in gevestigd is. Zo kun je ook de functie van infrastructuur veranderen. Een brug die niet meer geschikt is voor zwaar verkeer kan worden ingericht als voetgangersbrug. Ook rebuild is redelijk nieuw. Bij rebuild worden bijvoorbeeld onderdelen van een brug die overbodig is, gebruikt voor een andere brug in het gebied. Belangrijk daarbij is wel om naar de geschiktheid van materialen te kijken en naar de omgeving.”
Als je een brug slim ontwerpt en modulair bouwt, kun je ‘m als een soort lego weer uit elkaar halen aan het einde van de levensduur en onderdelen hergebruiken.
Hulp van kunstmatige intelligentie
De grote uitdaging is om al die duizenden bruggen in Nederland in kaart te brengen. Elke brug tot op detail bestuderen, is ondoenlijk. Maar dat is ook niet nodig, zegt Cao. “Voor het verzamelen van data schakelen we de hulp in van kunstmatige intelligentie. Met sensoren en drones kunnen we een bruggen nauwkeurig bestuderen. Die data combineren we vervolgens met informatie over de leeftijd van de brug, het structuurtype en materiaalgedrag. Die informatie kunnen we dan ook gebruiken voor vergelijkbare bruggen in vergelijkbare omgevingen. Op basis van een data-analyse rolt er dan per brug een circulariteitslabel uit de computer. Voor mijn onderzoek ga ik dus ook veel samenwerken met AI-specialisten.”
Platform betere samenwerking
Doel van Cao is om uiteindelijk een platform te ontwikkelen waarop overheden en bedrijven informatie kunnen delen en vinden voor circulaire omgang met bruggen. Cao: “Voor optimale circulariteit is samenwerking door de hele keten belangrijk. Niet alleen bij onderhoud, maar ook bij nieuwbouw. Slim ontwerpen kan helpen bij het efficiënt demonteren van onderdelen en hergebruiken van materialen aan het einde van de levensduur van een brug. Als je een brug bijvoorbeeld modulair bouwt, kun je ‘m als een soort Lego weer uit elkaar halen. Dat geldt voor bruggen, maar ook voor andere infrastructuur, zoals autowegen en spoorwegen. Het onderzoek heeft dus veel potentie.”
