FOWABA-BIO | A Food Waste-Based Bio-Composite for 100% Biobased Facade Cladding

Façades have a high environmental and economic impact: they contribute 10-30% to GHG emissions and 30-40% of the building investment of new buildings [1]. Modern façades are highly optimized complex systems that consist of multiple components with varying life cycles [2]; however, many of the materials they employ are critical, and have a high CO2 footprint [3, 4]. New bio-composite facades products have emerged (a) whose mechanical properties are comparable to those of aluminum or glass fibre; (b) have a lower energy footprint; and (c) can fully or partially biodegrade [5]. Moreover, primary material sourcing from different waste streams can significantly lower the end products’ pricing. Still, their aesthetic qualities have not been sufficiently explored, so the scalability of their production remains limited.
This project will develop specific combinations of bio-composites using food waste fillers and a biopolymer resin. Sheet samples will be made from these combinations and further tested against their mechanical properties, water resistance, aging and weathering. A Life Cycle Analysis will further consolidate the samples’ energy footprint. A new facade cladding tile product system with complex geometry using the overall best performing material composition will be designed and prototyped [17]. Emphasis will be given to the aesthetical properties of the tiles and their demountability. The system tiles will be further applied and tested at 1:1 scale, at The Green Village. During the project, an advisory board consisting of several companies within the building industry will be systematically consulted and their feedback will help the overall design process and their respective end products.

Eindrapportage

hoogwaardige biocomposiet gevelbekledingsmaterialen en ontwikkeld tot een geïntegreerd, demonteerbaar geveltegelsysteem. Het project combineerde materiaalwetenschappelijk onderzoek met architectonisch ontwerp en prototyping om de kloof tussen laboratoriumhaalbaarheid en toepassing op bouwschaal te overbruggen.

Op materiaalniveau werden zeven voedselafvalstromen onderzocht: hazelnootschillen, pistachenootschillen, bierbrouwafval, mangopitten, avocadopitten, gebruikte theeblaadjes en dadelpitten. Deze werden verwerkt tot fijne korrelige vulstoffen en gecombineerd met een biogebaseerde furaanhars. Er werden vlakke composietplaten geproduceerd en systematisch getest op buigsterkte, stijfheid, slagvastheid, waterabsorptie en vorst-dooibestendigheid. Optische microscopie werd gebruikt om de homogeniteit van de microstructuur en de beschadigingsmechanismen te beoordelen. De resultaten toonden aan dat vulstoffen uit voedselafval niet onderling uitwisselbaar zijn: hazelnoot- en pistachenootschillen presteerden aanzienlijk beter dan de andere stromen, met een buigsterkte tot 62,6 MPa, een lage wateropname, een hoge duurzaamheid en een stabiel verwerkingsgedrag. Deze twee vulstoffen werden technisch geschikt bevonden voor gevelbekledingsapplicaties.

Op productniveau heeft het project deze bevindingen vertaald naar een volledig biocomposiet geveltegelsysteem. In samenwerking met een ontwerpstudio en industriële partners zijn vier complementaire tegelgeometrieën ontworpen en geproduceerd, waaronder vlakke, reliëf- en hoektegels. Samen vormen ze een coherent bekledingssysteem dat een gebouw volledig kan omhullen zonder dat er extra gevelmaterialen nodig zijn. Er werden acht tegels op ware grootte vervaardigd met composietmaterialen op basis van hazelnoot- en pistachenootschillen, en er werd een testopstelling gebouwd om de installatielogica en visuele prestaties te valideren. Een geveltoepassing op ware grootte is gepland in The Green Village.

Het project toont aan dat biocomposieten op basis van voedselafval kunnen voldoen aan de belangrijkste technische, esthetische en systemische eisen voor gevelbekleding, wat een concrete stap is in de richting van circulaire, koolstofarme gebouwschillen.