Menu Sluiten

Rijstkaf is sinds de oudheid bekend voor zijn goede iso-thermische eigenschappen. Door zijn resistentie tegen vochtpenetratie en zijn schimmelwerende eigenschappen werd het veelvuldig gebruikt voor het vervaardigen van bouwmaterialen. Bakstenen vervaardigd uit rijstresidu en klei zijn nog steeds na duizenden jaren in uitstekende staat.

Door zijn goede eigenschappen werd het ook gebruikt als stalstrooisel en daarna gebruikte men het als meststof bij de landbouw. Een andere toepassing waren de typische kookoventjes bedoeld voor huishoudelijk gebruik in de Mekong regio in Azië.

De meeste van die toepassingen verdwenen echter in de loop van de 19e eeuw door de opkomende industrialisatie en door gebruik van nieuwe technologieën en grondstoffen. In de 20e eeuw begon men rijst op zeer grote schaal te verbouwen met als resultaat een enorme hoeveelheid rijstkaf waarvoor men geen toepassing had, men aanschouwde het als een bijhorend afvalproduct en dit is in vele rijstproducerende landen nog steeds zo, meer dan 90% van de totale wereldproductie rijstkaf blijft ondanks het enorme economisch potentieel onbenut.

Hierbij de typische karakteristieke eigenschappen van rijstkaf:

Rijstkaf heeft een hoge gemiddelde kaloriewaarde: 3.410 kcal/kg, dit is bijna 60% van steenkoolwaarde wat voor een biomassa uitzonderlijk hoog is.

Ondanks dat het een goede potentiële energiebron is, is het geen “easy fuel”, het is moeilijk te ontbranden zonder toevoeging van extra zuurstof en extra toevoeging van zuurstof is technisch niet eenvoudig gezien de lage massa van het rijstkaf. Bovendien geeft het rijstresidu erg veel restas: 17-26%, veel meer dan hout; 0,2-2%, of kolen; 12,2%. Dit betekend wanneer het uitsluitend gebruikt wordt voor energiedoeleinden men erg grote hoeveelheden as moet verwerken. Bij ongecontroleerde verbranding ontstaat bovendien kristallijne silisciumoxide die carcinogeen is.

Handling van rijstkaf is moeilijk door zijn laag soortelijk gewicht, 70-110 kg/m3, 145 kg/m3 wanneer het gevibreerd is en 220 kg/m3 in pelletsvorm. Het is dus erg bulky en bovendien erg stoffig.

De schilletjes van de rijstkorrel zijn erg abrassief, verwerken van de rijstkaf vereist bijzonder kwalitatief materiaal.

Rijstkaf is een goede biologische thermische isolator.

Omdat het een hoog silica gehalte heeft (SiO2), heeft rijstkaf bijzonder eigenschappen: het is in hoge mate resistent tegen bepaalde invloeden en elementen. Het heeft een bijzonder hoge resistentie tegen vochtpenitratie en is in hoge mate schimmelwerend.

Rijstkaf heeft een hoog hygroscopisch vermogen en een sterke korrelstructuur.

Door onder meer zijn hoge vochtresistentie ontbind het traag wanneer men het gebruikt op het veld. Het composteringsproces komt dan ook traag in werking.

Het is het enige niet-ophopende oplosmiddel dat van oorsprong uitsluitend plantaardig is.

Toepassingen:

  • Bodemverbeteraar in de agrarische industrie.
  • Additief bij bio meststoffen.
  • Veeteelt: zoötechnische strooisellaag in stallen, maneges, rundvee en pluimveehouderijen.
  • Economisch vulmiddel veevoederindustrie.
  • Voedingsbron stoomgeneratoren.
  • Gasification: gas voor kookvuren en elektrische generatoren.
  • Pyrolysis: high-tech toepassingen; silicadioxide, chip industrie, Li-batterijen, RHA-cementindustrie.
  • Brandstof bij biomass-elektriciteitscentrales (rijstresidupellets).
  • Staalindustrie. Oplosmiddel in de olieontginningsindustrie; het enige niet-ophopend middel dat van uitsluitend plantaardige oorsprong is.
  • Hoog hygroscopisch ondersteuningsmidddel farmaceutische en chemische industrie.

Bijzondere toepassingen: spuitbeton met silica fume

Silica fume staat sterk in de belangstelling van betontechnologen. Dat toevoeging van silica fume aan beton bijdraagt aan de sterkte-ontwikkeling is reeds geruime tijd bekend. De steeds grotere projecten eisen grotere sterkte en flexibiliteit van het te gebruiken beton. Als een hoge sterkte wordt nagestreefd,moet de kostprijsverhoging worden afgewogen tegen de meerwaarde van het beton.

Toevoeging van silica fume aan spuitbeton geschied niet alleen om de betoneigenschappen aanzienlijk te verbeteren, maar ook om de hoeveelheid terugslag te beperken. Dit levert een belangrijke netto besparing in de productiekosten.

Spuitbeton wordt op heel grote schaal gebruikt, zonder spuitbeton zou het bijvoorbeeld niet mogelijk zijn grote projecten zoals bruggen of hoge gebouwen te realiseren. Spuitbeton is een mengsel van cement, zand, grind en water dat door middel van perslucht op een ondergrond wordt gespoten en tegelijk wordt verdicht. Spuitbeton wordt in betonmixers op de begane grond klaargemaakt voor gebruik en kan door speciale betonpompen honderden meters hoog gepompt worden. Een onvermijdelijk en vervelend bijverschijnsel is de terugslag. Dit is het gedeelte van de spuitbeton dat terugkaatst als het de ondergrond raakt. Terugslag impliceert materiaalverlies, opruimkosten en overlast voor de omgeving. Vooral op grote hoogte en off-shore is dit een dure nevenkost. Terugslag heeft ook een effect op de bouwtijd, terugslag opruimen kost tijd wat vooral bij hoogbouw zeer nadelig is. Hoe hoger de beton moet worden gepompt, hoe hoger de terugslag.

Silica fume of microsilica zijn zeer fijne amorfe silica-bolletjes van gemiddeld 200nm doorsnede en hoge specifieke oppervlakte: 15-30m2/g. Het is een reactief puzzolaan. Het neemt deel in de puzzolane reactie waarin het reageert met de calcium hydroxyde vrijgezet bij de hydratie van cement ter vorming van gehydrateerde reactieproducten met bindende eigenschappen.

Als de microsilica toegevoegd wordt aan het betonmengsel worden de holtes tussen de grotere cementdeeltjes opgevuld met de microsilica waardoor een betere “packing” of vulling ontstaat. Hiermee ontstaat ook een beton met een hogere duurzaamheid: door de veel kleinere holtes is het beton minder doorlaatbaar en beter bestand tegen het indringen van potentieel schadelijke oplossingen die bvb. chloriden of sulfaten kunnen bevatten en kunnen leiden tot expansie en, fracturatie van het beton.

Silica fume of microsilica is een puzzolaan, dat wil zeggen dat het met vrije kalk (Ca(OH)2) reageert tot een calciumsilicaathydraat. Als men silica fume toevoegd bij cement bij productie van beton en bij gelijke waterhoeveelheid leidt het tot een verhoging van de sterkte terwijl de permeabiliteit verlaagt. Voor een volledig gebruik van de hoeveelheid vrije kalk die vrijkomt bij de hydratatie van normaal portlandcement kan er maximaal ongeveer 20% silica fume t.o.v. de cementmassa worden toegevoegd.

De terugloop van de terugslag was bij toevoeging van microsilica een bijzonder gunstig neveneffect en levert een kostenbesparing van gemiddeld 0,3% op.

De toevoeging van silca fume aan het beton kan op eenvoudige wijze en behoeft geen grote investeringen. Silica fume kan aangeleverd worden als droge stof en slurrie. Microsilica als droge stof is vaak gecompacteerd, waarbij de afzonderlijke, zeer kleine silica fume deeltjes samengebald zijn tot grotere zogenaamde agglomleraties, die hebben een groote van ongeveer 0,1 mm. Als droge stof wordt de silica fume dan gemengd met het droge spuitbetonmengsel. Dat moet zodanig gebeuren dat de agglomeraties uiteenvallen, technisch bestaan daar eenvoudige oplossingen voor.

Slurrie bestaat uit in water gedispergeerde silica fume waarbij de gewichtsverhouding silica fume/water ongeveer1:1 is. De slurrie wordt dan tegelijk met het water in de spuitkop aan het spuitbeton toegevoegd. Dit is een techniek die is gebruikt bij onder meer het One World Trade Center en de Burj Dubai. Zonder toevoeging van microsilica zou men nooit in staat zijn geweest zulke projecten te realiseren.

De hoge dichtheid van het beton geeft een aanzienlijke langere levensduur bij off shore projecten, toevoeging van silica fume gebeurd dan ook op grote schaal bij dergelijke projecten. Door de toename van off shore projecten, fundamenten voor windmolenparken, bruggen en tunnels en de vraag naar steeds grotere en prestige gerichte projecten waarbij hoogte en overspanning steeds een grotere rol spelen zal de komende jaren de vraag naar silica fume of microsilica alleen maar toenemen.

Er is ook onderzoek gedaan voor alternatieven voor microsilica zoals toevoegingen van polymeren, vliegas, tras, staalvezels en koolstofvezels. Microsilica geeft echter het technisch beste resultaat en is het economisch gunstigste toevoegingsmiddel.

Grondstof lithiumbatterijen

Lithiumbatterijen zijn populair vanwege hun lage gewicht en grote energiedichtheid. Ze worden dank zij deze eigenschappen gebruikt in compacte energiebehoeftige consumentenelectronica. Door het toenemend gebruik van deze toestellen zoals gsm en tablets is de productie van lithiumbatterijen de laatste decennia explosief gestegen. Door de fabrikanten worden heel wat middelen in research gestopt, niettegenstaande de kwaliteit en opslagcapaciteit de laatste jaren zeer sterk verbeterd is valt er nog heel wat aan batterijtechnologie te sleutelen en te verbeteren.

De elektroden van de batterijen bestaan uit grafiet, dit is een vorm van koolstof. Door de steeds herhaalde cycli van laden en ontladen vallen die elektroden na verloop van tijd uit elkaar, dit omdat die laadcycli gepaard gaan met het zwellen en krimpen van de elektroden als gevolg van de mobiliteit van het lithium-ion.

Silicium zou een goede vervanger zijn van de koolstof omdat een batterij met siliciumelektroden ruim 10x meer lading kan bevatten dan elektroden uit koolstof. Het probleem is dat silicium nog sneller uit elkaar valt door krimpen en uitzetten dan koolstof. De levensduurte ( het aantal laadcycli ) van de batterijen is dan ook heel beperkt met gebruik van silicium.

Laatste onderzoeken tonen aan dat siliciumelektroden met kunstmatige nanostructuur werken en deze belangrijke nadelen kunnen verholpen worden, hetgeen als resultaat zou zijn dat men een 10x krachtiger batterij met langere levensduur zou kunnen produceren.

Het Koreaans Instituut voor wetenschap en technologie in Daejeon heeft heel wat research gestopt wat betreft batterij en nanotechnologie en denkt een oplossing te hebben gevonden wat betreft de nadelen van de siliciumtechnologie. Volgens dr. Jang Wook Choi , verbonden aan het wetenschapscenter, kan men met de schilletjes van de rijstkorrel (rijstkaf) deze problemen verhelpen. Rijstkaf is zeer rijk aan siliciumoxide (silica). De schilletjes van de rijstkaf bevatten microgaatjes, deze zijn bedoeld om zuurstof naar de rijstkorrel toe te laten. Deze gaatjes zorgen ervoor dat het daaruit gewonnen silicium poreus wordt. In die poriën is dan plaats voor de lithium-ionen/-atomen, resultaat is dat de siliciumelectrode door het laden en ontladen niet steeds opzwelt en krimpt zodat de silicium na herhaalde cycli niet uit elkaar valt.

Om te bewijzen dat deze theorie daadwerkelijk werkt heeft dr. Jang Wook Choi siliciumoxide uit rijstkaf omgezet in puur silicium en daarvan electroden voor batterijen gemaakt. Na 200 laad en ontlaadcycli bleek de capaciteit van de batterij stand te houden, bij een batterij met op klassieke wijze geproduceerd silicium gaat de capaciteit reeds na 10 – 15 cycli al behoorlijk bergafwaarts. De elektroden gemaakt van rijstkafsilicium blijken van betere kwaliteit dan de koolstofvariant en dit met een ruim 10x hogere capaciteit.

Of deze kafelectroden ook daadwerkelijk zullen worden toegepast is afhankelijk van de uiteindelijk kosten in vergelijking met die van grafiet-lithiumbatterijen. Het instituut is nu bezig met onderzoek hoe men rendabel puur silicium kan winnen uit de rijstkaf.

“Husk powder” en pellets

Rijstkaf is een 100% biologisch product. Het ruwe basismateriaal, de schilletjes van de rijstkorrel zelf, kan men door zijn bijzondere eigenschappen moeilijk rechtstreeks verwenden.

Als bodemverbeteraar zou het principieël uitstekend kunnen worden aanwend. Zijn hoog siliciumgehalte wordt door planten erg gemakkelijk opgenomen. Het zorgt voor stevige celwanden, het beperkt waterverlies in de plant en het voorkomt schimmelinfecties. Rozen, rijst, sla, riet, bamboe, en komkommerachtigen blijken het meest te profiteren van een goede siliciumvoorziening. Alleen aardbeien reageren negatief op siliciumopname. Het mengen van rijstkaf door potgrond verhoogd de siliciumopname, het is dus een uitstekende grondverbeteraar. Voorwaarde is wel dat de schilletjes gebroken worden, het zogenaamde grinding proces, dit verminderd de afbreekwaardetijd. Het kaf moet dus grof gemalen worden voor een goed resultaat.

Een belangrijke toepassing is de productie van pellets, deze kunnen worden aangewend voor thermische toepassingen zoals voedingsbron voor stoomturbines en electrische krachtcentrales, dezelfde productielijn kan ook pellets produceren voor stalstrooisel. Voor de productie van pellets van 6mm (standaardmaat) heeft men een specifieke richtwaarde van 3 à 4 mm voor de deeltjes die de pelletpers binnenkomen. Het is dan ook noodzakelijk dat het ruwe materiaal, de rijstkaf een voorverwerking ondergaat; een grinding proces Men kan na het grinden de grondstof dus zowel voor grondverbeteringsproducten als voor pellets aanwenden.

Voor meer rendabele grondstoffen te produceren zoals toevoegingsmiddel voor de veevoederindustrie en basisproduct voor pyrolyse is het noodzakelijk dat het kaf fijn gemalen wordt, dit met een gemiddelde korrelgroote van -0,05 mm. Rijstkaf heeft een sterke korrelstructuur, het is echter door het hoge silica gehalte, zijn abrassieve eigenschap en lage massa bijzonder moeilijk fijn te malen.