19/07/2024
Door Ad Spijkers
RockFarm in Berlijn bouwt duurzame natuurstenen muren van CO2-bindend lavasteen met behulp van een Yaskawa cobot.
Al bij de oprichting begin 2020 wilde het bedrijf het groeiende mondiale klimaatprobleem tegengaan met een schaalbare oplossing. Het jonge bedrijf bouwt muren van een bijzonder materiaal, namelijk lava. Het vulkanisch gesteente bindt CO2 uit de omgevingslucht of uit de uitlaatgassen van chemische processen door versnelde verwering van het gesteente. Het materiaal slaat de gassen op de lange termijn op door het eerst op te lossen en vervolgens in het gesteente te mineraliseren.
Werking
De innovatie van RockFarm is het verpulveren van het opslagbare gesteente. Het sterk vergrote oppervlak versnelt het proces aanzienlijk. Daarnaast kan het steenmeel regelmatig vervangen worden. Het steenmeel wordt een jaar lang in de muur opgeslagen in talrijke reactiekamers, die vochtig worden gehouden en afwisselend worden aangepast aan zure en basische waarden om de verwering van het gesteente verder drastisch te versnellen. Het proces wordt aangestuurd via een innovatieve dakconstructie, geproduceerd in eindeloos 3D-printen. Het omvat mechatronische assemblages die de verwering van het steenmeel kunnen controleren.
Het potentieel van de uitvinding is groot. Een mogelijk toepassingsgebied betreft biogasinstallaties, waarvan er alleen al in Duitsland ongeveer 9.500 zijn. Deze produceren allemaal rookgas, overeenkomend met ongeveer 17 miljoen ton biogeen CO2 per jaar.
Eisen aan de robot
Behalve voor het innovatieve gebruik van versnelde steenverwering wordt het RockFarm-concept geprezen voor een tweede bijzonderheid. De opslagwanden – waarvan sommige honderden meters lang zijn – worden niet handmatig gebouwd, maar met robots. De ontwikkelaars hadden al de nodige kennis van de constructie van conventionele natuurstenen muren. Ze probeerden nu een proces te combineren dat goedkoop was en tegelijkertijd de hoogst mogelijke kwaliteit in afwerking bood, waardoor de muur jarenlang zowel verkoopbaar als stabiel bleef.
Bij het ontwerp van de robotrandapparatuur waren speciale competenties vereist. De benodigde procestijden voor de wandconstructie kunnen alleen worden bereikt met een multifunctioneel gereedschap dat tegelijkertijd drie totaal verschillende taken in de wandconstructie kan uitvoeren. Deze eis werd opgelost met een eigen ontwikkeling van de 3D-printer.
Ook de zoektocht naar de robot zelf was intensief. De geautomatiseerde omgang met natuurlijke materialen kan kleine verstoringen in het proces veroorzaken, wat de tussenkomst van een mens noodzakelijk maakt. Er was dus een cobot nodig die veilig kon worden ingezet in direct contact met mensen.
Keuze
Het toepassingsgebied ligt buitenshuis, wat betekent dat de robot moet kunnen werken in een stoffige omgeving of in de regen. Meerdere beschikbare, potentieel geschikte cobots konden dat niet. Dit veranderde met de eerste cobot uit het Yaskawa-portfolio, de HC10DTP. Deze heeft een draagvermogen van 10 kg is ontworpen in beschermingsklasse IP67 (stofdicht en beschermd tegen spatwater).
Een ander voordeel was de lange voedingskabel die de besturing en de manipulator over een lengte van maximaal 30 m met elkaar verbindt. Hierdoor kan de controller op een aanhanger worden gemonteerd en het hele systeem van netstroom voorzien. Alleen de robot beweegt flexibel – als aan een lange lijn – gemonteerd op een mobiel chassis. Anders zou de controller altijd samen met de robot en een extra batterij moeten worden verplaatst.
Net als de andere cobotmodellen uit de DTP-serie beschikt de HC10DTP over praktische bedieningsknoppen op de pols. Deze maken het gemakkelijker om de robot met de hand in te leren, omdat niet elke positie op het handbedieningspaneel van de robot hoeft te worden bevestigd. Ook kunnen randapparatuur en robots eenvoudig mechanisch worden aangesloten.
Een ander voordeel is de kabel- en mediageleiding binnen de robotarm met een bereik van ruim 1.300 cm. De interne installatie van de kabels vermijdt interferentiecontouren en zorgt voor robuustheid tijdens het gebruik.
Gebruik
Uit oude rapporten blijkt dat een soldaat per maand ongeveer 3 m van de Chinese muur kon bouwen. Een rotswandbouwer maakt tegenwoordig handmatig ongeveer 1 m muur per dag. Door robotautomatisering kan ruim 10 m worden gerealiseerd, afhankelijk van de onderliggende omstandigheden.
De robot heeft de praktijktest doorstaan, ook in de regen. RockFarm gebruikt het model nu standaard en trekt de aandacht van potentiële klanten en investeerders. Daarnaast zal het RockFarm-concept ook in franchise door tuin- en landschapsboeren worden aangeboden. De inzet van de robot waarborgt vervolgens de kwaliteit van het eindproduct.
Het RockFarm-team denkt alweer verder. Zo wordt er gedacht aan hogere CO2-opslagwanden, bijvoorbeeld voor de omheining van zonne-energiesystemen of als geluidsschermen op verkeersroutes. Met de HC20DTP met een draagvermogen van 20 kg en een arm met een bereik tot 1,9 m zou dit mogelijk moeten zijn. Met Yaskawa is de oplossing ook internationaal schaalbaar – de robotfabrikant is immers wereldwijd aanwezig.
Foto: Yaskawa