Kunststof mast

Barbie wist het al in de late jaren vijftig: plastic is fantastic. Alleen om er ook meteen hele hoogspanningsmasten van te bouwen… toch kan het.

Op papier.. nee wacht, in theorie biedt kunststof een hele serie voordelen die de sterke punten van beton, metaal en hout combineert. Zo isoleert kunststof van nature zodat het weinig gevoelig is voor lekstroom. Het is net als hout maar weinig gevoelig voor temperatuurstress of vorstbarstjes, terwijl je er wel in kan schroeven en boren. Het hoeft niet geverfd te worden. Het gaat niet rotten, het weegt minder dan beton en je kan het ook nog eens op kleur maken zodat schilderen om conserverings-, esthetische- of veiligheidsredenen niet nodig is.

Dus waarom zien we masten zoals de exemplaren op de foto hieronder in de Ardennen dan niet veel vaker?

Proefmastvak van Elia bij Malmedy in de Ardennen, waar een mastvak met 70 kV-masten (110 kV ready) is uitgevoerd met bipole-masten waarvan de torens uit carbonvezelen kokers bestaan. Er is voor twee palen met een schoor gekozen om extra sterkte te krijgen en zo risico’s te verminderen. Het is een proefproject dat de komende tijd goed gemonitord zal blijven. Foto door Tom Börger.

Dat we kunststof in de hoogspanningsmastenbouw toch maar zelden zien heeft op zijn beurt net zulke goede redenen. Een kunststof mast vraagt om veel materiaal. Bij carbonvezel kan dat nog vrij beperkt blijven omdat het licht en stijf materiaal is, maar carbonvezel is per kilo prijzig materiaal en er is momenteel nog geen industrie om op grote schaal precies deze objecten te maken, omdat.. tja, een beetje kip of het ei, omdat er geen afzetmarkt is. Je kan in plaats van voor kunststof kiezen voor het ruim voorhanden zijnde recycleplastic zoals dat in paaltjes langs de straten en in sommige lantaarnpalen gebruikt wordt, te herkennen door hun plompe vorm ten opzichte van aluminium of staal.

Dat geeft meteen al een probleem aan, het heeft een lagere stijfheid zodat een dikker mastlichaam nodig is. Ook dat dikkere mastlichaam zelf is zwaardere en dat vraagt dan weer om extra sterkte en dus dikte. Je ziet waar dit heen gaat, net zoals Tsiolkovski dat voor raketten zag en wat we op het aardoppervlak het struisvogelprobleem noemen. Je komt met recycleplastic weg met een lantaarnpaal, maar voor een grote hoogspanningsmast is het gewoon te zacht en te zwaar. Tevens is er een kwaliteitsvraagstuk. Beheersbaar weliswaar, maar bij recycleplastic zit je met het gietprobleem wanneer je zes of tien meter lange kokerdelen wil maken die met gemak een paar ton wegen.

   

De fabrikant van deze carbonvezelen masten in België is een Canadese firma. Te verwachten is dan ook dat men in Canada een grotere markt bedient. Foto’s door Tom Börger.

Wanneer het kokers zijn wil dat nog, maar buismasten zijn om economische, esthetische en technische redenen meestal licht conisch. Dat is een ingewikkelde vorm om te maken, ook van kunststof. Men zou kunnen overwegen om de methode van betonmasten, met een rotatiemal, ook voor kunststof toe te passen. Niet nodig is het om te zeggen dat dit een duur en nog grotendeels onontgonnen terrein is.

Vooral een markt bij expliciete voordelen

Kunststof gedraagt zich anders dan metaal. Waar een metalen koker binnen zijn buiggrenzen weer terugveert bij wind of andere tijdelijke krachten, kan kunststof langzamerhand blijvend vervormen. Of bij carbonvezel, er kunnen haarscheurtjes ontstaan. Zet je een kunststof mast jarenlang in weer en wind (en vooral in de zon), dan kan een netto zijwaartse kracht zorgen voor permanente verbuiging die niet meer terugveert. De mast moet daardoor dikwandiger worden gemaakt dan een vergelijkbare metalen buismast. UV-straling zorgt voor degradatie van kunststof. Dat is tegen te gaan door cadmium in het plastic bij te mengen, maar je raad het al: dat is tegenwoordig verboden vanwege giftigheid en recyclevraagstukken. Het nadeel van hout dat kunststof deelt is dat het in brand kan. Voor elk van de voordelen van kunststof geldt eigenlijk dat een ander materiaal dat specifieke voordeel in grotere mate biedt.

Mastkop van een van de kunststof masten in het proefvak bij Malmedy. Alle hang- en sluitwerk is nog steeds van gegalvaniseerd ijzerwerk. Kunststof isolators, dat is dan wel weer stijlvol op een kunststof mast. Foto door Tom Börger.

Metaal is stijver dan kunststof en heeft geen last van temperatuur, UV-licht of een vooralsnog nauwelijks beschikbaar fabricageproces voor zeer grote delen aan één stuk. Hout op zijn beurt is veel goedkoper en nog veel duurzamer dan gerecycled plastic. En beton is stijver, zodat het niet uitbuigt in de bochten als er jarenlang een asymmetrische trekkracht op komt te staan. En een vakwerkmast heeft voor op alle andere soorten dat je hem aan zeer kleine delen kan aanvoeren en zonder zware kraan in elkaar kan zetten. Kunststof masten zijn ondanks het lage gewicht van kunststof alsnog grote zware objecten.

Eerst ervaring opdoen

De voordelen van kunststof zijn er dus vooral als je wel van een experimentje met een middenweg houdt, of wanneer één specifiek probleem echt van bepalende doorslag is. Denk aan een vochtig en klimaat waarin zowel verrotting (hout) als vorstschade (beton) voorkomt. In de lage landen hebben we precies zo’n klimaat. In theorie zou een kunststof paal met adequate bescherming tegen UV-licht het eeuwen vol kunnen houden, langer dan hout of beton.

De bouwwijze van deze kunststof masten is gelijk aan metalen buismasten, licht conische delen worden gestapeld en lopen klem over elkaar, waarna de zwaartekracht ze op hun plek houdt. Nu maar hopen dat krimp en uitzet bij deze overlap geen haarscheurtjes oplevert. Om onder andere dit te zien is tijd nodig, veel tijd. Vandaar een proefvak. Foto door Tom Börger.

Of dat echt zo is, daar kunnen we maar op één manier achter komen. En met die manier is men voorzichtig. In de hoogspanningswereld is men niet zo van de Pippi Langkous-mentaliteit (‘ik heb het nog nooit gedaan dus ik denk dat ik het wel kan’). In het verleden zijn er met overenthousiaste vernieuwingen vervelende dingen gebeurd, waarvan het debacle met nekaldietmoffen in middenspanningskabels een beruchte situatie is. Netbeheerders willen best eens wat nieuws proberen, maar graag eerst op beperkte schaal. Of in betere woorden, op beheersbare schaal. Je wil niet dat je na duizenden mastvernieuwingen met mastmodelletje CarbonWonder V3.25 na vijftien jaar plotseling ontdekt dat de gebruikte kunststofmix haarscheurtjes ontwikkelt waardoor je voortijdig die hele mastenpopulatie moet vervangen…

Voor hoogspanningslijnen geldt dat hij het vooral gewoon moet doen. Er hangt teveel vanaf om allerlei experimenten te rechtvaardigen. Een proeftracé zoals bij Malmedy in de Ardennen, opgeleverd in 2017, is dan ook de beste manier om ervaring op te doen. Maak een paar soorten, zet ze neer, en laat de weergoden erop los. In de jaren erna wordt er streng gemonitord hoe alles zich houdt. En wees niet verbaasd als er na tien of twintig jaar een keer wordt besloten om een exemplaar volledig te vervangen, puur om de bestaande mast aan destructief onderzoek te onderwerpen: doorzagen, stuk trekken of zelfs afvoeren naar een testlab, om te zien of de kunststof is gedegradeerd en zo ja, hoe precies. Hoe de toekomst van kunststof in het mastenpark zal zijn is momenteel dus nog ongewis, al is het een ontwikkeling om zeker een schuin oog op te houden. Als een Canadese fabrikant deze masten levert, met al het woeste weer dat daar voorkomt, dan hebben kunststof masten wellicht een goeie kans in ons klimaat.