Zeolieten spelen een sleutelrol in de petrochemische industrie. Maar je kunt die katalysator nog veel efficiënter maken door de poriën te vergroten. Het Leuvense bedrijf Zeopore Technologies levert daarin maatwerk.

Je kent zeolieten misschien wel van kattenbakvulling, waarin ze het ideale absorptiemateriaal zijn. Maar ook in de aardolieraffinage en petrochemie zijn die mineralen heel belangrijk. En recenter vinden ze tevens hun weg in de omzetting van hernieuwbare grondstoffen, zoals biomassa en plastic afval. Dankzij de poriën in het materiaal kun je de grondstofmoleculen selectief en efficiënt omzetten in de gewenste eindproducten. Nu het veld verandert, zoeken katalysatorfabrikanten naar manieren om zeolieten duurzamer te maken, en op maat voor elke toepassing. De Leuvense start-up Zeopore Technologies speelt hierop in.

Mesoporisatie

Sleutelen aan de poriën van zeolieten heet mesoporisatie. Hierbij maak je de van nature aanwezige gaatjes van circa 1 nm diameter toegankelijker met grotere mesoporiën, van 3 tot 20 nm. ‘In een oorspronkelijk zeolietkristal zijn de poriën zo klein dat alleen individuele moleculen naar binnen kunnen’, legt Danny Verboekend uit, technologiedirecteur van Zeopore.

Verboekend vervolgt: ‘Maar als één molecuul erin zit, kan er geen andere meer voorbij. Zoals de nauwe straatjes van Brussel, waar één geparkeerde auto direct een opstopping veroorzaakt. Door nu een extra netwerk van grotere mesoporiën aan het zeoliet toe te voegen, kunnen er tegelijkertijd meer moleculen in en uit het kristal. Dat zorgt voor een grotere kata­lytische activiteit. Door de porositeit – grootte en aantallen poriën – zeer precies te tunen, kun je tevens grotere hoeveelheden van de meest waardevolle producten maken.’

Er zijn meerdere katalysatorfabrikanten die met mesoporisatie werken, waaronder het Amerikaanse Rive Technology, een vroegere spin-out van MIT. De bestaande technieken hebben enkele nadelen volgens Verboekend. ‘Zo gebruiken die het dure organische molecuul cetyltrimethyl­ammoniumbromide, CTAB, dat als een soort zeep werkt om de gaten uit te hollen. Het probleem is dat je het materiaal er na afloop weer af moet branden op hoge temperatuur. Dat is niet erg duurzaam en kan bovendien de stabiliteit van het gemaakte zeoliet aantasten. Ook kun je met die methode slechts één bepaalde poriegrootte maken en werkt het op slechts één type van de ongeveer vijftien bekende industriële zeolieten.’

‘Op al die gebieden overtreft de methode van Zeopore die van Rive’, stelt ceo Kurt Du Mong trots. ‘Wij hebben methodes ontwikkeld die zeer kostenefficiënt zijn, omdat ze gebruikmaken van standaardchemicaliën en -processtappen. Die processen zijn niet schadelijk voor het zeoliet en zijn toepasbaar op alle types zeolieten. Bovendien kunnen wij heel precies de grootte, kwaliteit en de interconnectie van de mesoporiën sturen. Daarmee is het mogelijk om de maximale katalytische performantie te behalen, en ook veel breder te gaan in applicatiegebieden.’

Postsynthetische technologie

Finetunen van de poriën is mogelijk dankzij een postsynthetische technologie. ‘Wij starten met het zeoliet dat de katalysatorfabrikant ontwikkelde en verbeteren dat door middel van een behandeling in water of stoom’, legt Verboekend uit. ‘In dat water zit een zuur of base die heel precies een klein beetje materiaal oplost van het zeolietkristal, waardoor er grotere poriën ontstaan. Wat er precies op nanoschaal gebeurt, is wetenschappelijk zeer lastig aan te tonen. Maar we weten heel goed de precieze concentraties van de benodigde chemicaliën en de omstandigheden waaronder het proces moet plaatsvinden om de optimale zeolieteigenschappen te krijgen die je beoogt voor een bepaalde industriële toepassing.’

De technologie is het resultaat van bijna vijftien jaar onderzoek. Al tijdens zijn promotieonderzoek aan de ETH-universiteit in Zürich hield Verboekend zich bezig met mesoporeuze zeolieten, wat hij in 2014 voortzette aan de KU Leuven onder leiding van Bert Sels. ‘Reeds vanaf het begin streefden we naar een industrieel relevant proces’, geeft Verboekend aan.

‘Het feit dat je een heel performante mesoporisatie kunt bereiken met eenvoudige chemicaliën en apparatuur blijkt nu een schot in de roos.’ De businesscase rondom de technologie bleek ook snel gemaakt. ‘Als concurrenten al met een minder efficiënte methode de markt kunnen bestormen, zouden wij dat ook zeker moeten kunnen!’, vertelt Verboekend over de in december 2017 opgerichte start-up.

Samenwerken

Op dit moment probeert Zeopore naar de markt toe te werken. Du Mong: ‘Wij zijn al een tijd bezig met verschillende sample exchanges. Daarbij sturen onze klanten, vaak multinationals met een stevige marktpositie in katalysatorontwikkeling en -vermarkting, eerst hun zeoliet aan ons op. Wij verbeteren dat en zij testen het vervolgens in een pilotinstallatie op industriële grondstoffen en procescondities. Die eerste resultaten zijn veelbelovend, maar soms nog niet optimaal. Dit bereiken we in de tweede stap : de joint development-fase. We gaan dan intensief samenwerken om een zeoliet te maken dat maximale performantie bereikt en maximaal is aangepast aan de productielijn van de klant.’

Verboekend licht toe: ‘Wij produceren de zeolieten als poeders. Maar die zeolietpoeders moeten we nog wel eerst geschikt maken voor industriële toepassingen. Dat doen we door ze om te zetten in macroscopische katalysatorstukjes, van enkele millimeter tot centimeters in grootte, wat lijkt op ongekookte stukjes pasta. Die omzetting is nodig om ervoor te zorgen dat je, in de industriële reactorbedden, de juiste gas- of vloeistofstromen kunt behalen zonder ongewenste drukopbouw. Die katalytische ‘pastastukjes’ op de juiste manier maken is cruciaal, en is vaak de expertise van onze klanten. Goed samenwerken is dan uitermate belangrijk.’

Momenteel lopen er meerdere van die samenwerkingen. Zodra zo’n fase een positief resultaat heeft voor beide partijen, kan de commerciële fase van start gaan. ‘Daarbij kunnen we de licentie voor het gebruik van onze technologie verkopen aan de klant’, zegt Du Mong. ‘Dit is het default-model. Maar het zou ook kunnen dat wij het verbeterde zeoliet aanleveren, volgens het product supply-model. Een aantal klanten met wie wij nu praten, staan ook daar positief tegenover.’ Bij dat laatste traject besteedt Zeopore de productie in eerste instantie uit aan een partner, om ondertussen te laten onderzoeken of het rendabel is zelf een installatie te bouwen.

Groeispurt

De toekomst ziet er in ieder geval goed uit voor Zeopore. Afgelopen zomer haalde de start-up nog een stevige financieringsronde van miljoenen binnen via het Sustainable Chemistry Fund van de Leuvense durfkapitaalgroep Capricorn Partners en bij de bestaande aandeelhouders Innovatin Fund, Gemma Frisius en de KU Leuven . Dat is genoeg om de komende jaren een flinke groeispurt te kunnen maken.

En interesse vanuit de markt is er zoals gezegd meer dan genoeg, geeft Du Mong aan. ‘Onze technologie maakt gerichtere en efficiëntere productieprocessen mogelijk met een geschat voordeel van tientallen miljoenen euro per jaar.’ Wat dat uiteindelijk voor de toekomst van het bedrijf betekent, weet hij nog niet. ‘Het zou goed kunnen dat een industriële partij ons op een gegeven moment overneemt. Hoewel ik het ook heel plezant zou vinden om uiteindelijk met Zeopore de beurs op te gaan. Hoe dan ook, er is genoeg werk aan de winkel!’

Bijschrift bij foto: Het team van Zeopore, van links naar rechts: Natalia Gonzalez Ogliastri (Quality Assurance Engineer), Danny Verboekend (cto), Martin d’Halluin (Development Engineer), Kurt Du Mong (ceo), Peter Vancampenhout (Development Engineer) en Sara Salhane (laborant/jobstudent).