Aan de TU Delft onderzoekt chemisch technoloog Wiebren de Jong hoe je het overschot aan duurzame elektrische energie dat op ons afkomt kunt benutten. ‘Het mooie van elektrochemische conversie is dat je er goed mee kunt sturen.’

Het gebouw van de faculteit werktuigbouwkunde, maritieme techniek en technische materiaalwetenschappen (3mE) van de TU Delft ademt een sfeer waarin ook een chemisch technoloog zich zeker thuis voelt. Via diverse gangen en vele werkruimtes waar onderzoekers op praktische schaal werken, kom je uit bij de afdeling process & energy waar Wiebren de Jong (48) werkzaam is. Het lab van die afdeling, het grootste in zijn soort bij universiteiten in Nederland, telt twee verdiepingen met daarin plaats voor technologieopstellingen om nieuwe processen te ontwikkelen tot een voor de industrie relevante schaal. Een daarvan toont De Jong op de foto hieronder: de Sabatierreactie, waarmee je indirect CO₂ kunt vastleggen (zie het artikel ’Dragers voor waterstof gezocht’).

De Jong bracht sinds zijn promotie het grootste deel van zijn werktijd door aan de TU Delft en is daar vanaf december hoogleraar large-scale energy storage. Die rol blijkt hem op het lijf geschreven te zijn. Zo kan hij meer onderzoekslijnen uitwerken dan als universitair hoofddocent, meer en waar nodig op hoger niveau samenwerkingsverbanden aangaan en, iets dat hem nauw aan het hart ligt, meer mensen begeleiden. Coachen, zoals hij het zelf noemt.

 

‘Denk over de grenzen van faculteiten en whatever heen’

Inhoudelijk draait De Jongs werk om grootschalige energieopslag en -conversie. De basis voor zijn huidige onderzoek ligt in de thermische en chemische omzetting van biomassa. Op dat laatste vlak is hij sinds juli 2016 ook honorary professor aan de RUG, waar hij ooit de eindopdracht van zijn post-master-ontwerpersopleiding procestechnologie uitvoerde. In de ontrafeling van biomassa stuit je een keer op de minder makkelijk te verwerken delen, zoals lignine. Daar komt de ervaring van De Jong met de vergassing van diverse soorten biomassa om de hoek kijken. Dat levert – na reiniging en upgrading – een mengsel van CO en H₂ op: syngas, dat een basis vormt voor waterstofproductie, maar evengoed voor bijvoorbeeld methanol.

 

Daarmee is de cirkel rond, want in Delft draait het om power to x, oftewel power to molecules. Hoe kun je die wispelturige hernieuwbare energie zo goed mogelijk opslaan?

‘In 1996 ging ik werken aan de vergassing van biomassa, toen nog vooral ten behoeve van gasgestookte elektriciteitscentrales. Maar van het ruwe productgas kun je ook synthesegas maken om chemicaliën te produceren, een hoogwaardigere bestemming. Dat idee heeft inmiddels een enorme vlucht genomen. En zeker nu we met zon- en windenergie steeds meer intermitterende bronnen hebben, duikt de vraag op hoe je omgaat met dat fluctuerende aanbod. Hoe regel je die opslag? Elektrolyse van water tot waterstof met zuurstof als bijproduct is een cruciale stap, maar we hebben nog geen infrastructuur voor waterstofopslag en -distributie.

Synthesegas kan hiervoor als een platform dienen, waarbij je uit de toegevoegde fluctuerende waterstofstromen bijvoorbeeld methanol kunt produceren. Ook ammoniakproductie is een optie, al kent die stof zo zijn eigen plussen en minnen. CO₂ is wat mij betreft een heel belangrijke stroom om te benutten. Uiteindelijk hebben we al die verschillende moleculen nodig om alle toepassingen te kunnen bedienen. Ook gaan we steeds meer toe naar de elektrificatie van de procesindustrie, en die ontwikkeling werkt het power to x-verhaal en zeker ook elektrochemische conversie in de hand.’

 

In jouw hoogleraarschap is de nadruk meer op CO₂ komen te liggen. Vanwaar jouw focus hierop?

 

 

Je houdt de praktijk continu in het oog. Vandaar dat je probeert het proces op te schalen richting de praktijk. Tot waar ga jij?

De Jong zegt breed glimlachend: ‘We zijn met de opstelling de zuurkast al ontgroeid.’ Om serieus door te gaan: ‘We willen de reactorprocessen ontwikkelen tot op een relevante schaalgrootte voor de industriële toepassing. Cruciaal daarbij is dat we de fenomenen zoals die spelen op industriële schaal zichtbaar krijgen. Zorgt een probleem dat we nu op labschaal zien aan de elektrodes ook op die schaal voor problemen?

Voorlopig kijken we nog in een cel hoe we genoeg CO₂ in een waterige oplossing kunnen brengen, en of we het dan omgezet en voldoende selectief krijgen. En welke rol spelen stofoverdracht- en warmteoverdrachtprocessen? Maar eerst moeten we voldoende CO₂ in die oplossing zien te krijgen om überhaupt voldoende moleculen per uur te kunnen maken.’

 

De elektrochemie lijkt op de weg terug…

‘Dit veld is inderdaad lange tijd onderbelicht geweest. Voor de CO₂-omzetting is in dit kader vanzelfsprekend elektriciteit nodig, maar die wil je wel zo selectief mogelijk benutten, zodat je niet eindigt met een heel scala aan moleculen die je daarna weer moet scheiden in allerlei energie-intensieve downstreamprocessen. Het mooie van elektrochemische conversie is dat je er goed mee kunt sturen. Door met de potentiaal te spelen, kun je aansturen op, bijvoorbeeld, een molecuul als mierenzuur.

 

‘150 m verderop is voldoende om afstand te creëren’

Elektriciteit is de laatste jaren veel goedkoper geworden. Voorheen hoorde je ‘gebruik ervan voor de chemische industrie is te duur, niet efficiënt genoeg’. Die markt is nu zodanig aan het kantelen dat je het kunt gebruiken om selectief moleculen te maken. En dat vergt ontwikkeling van nieuwe technologie.’

 

Op Twitter noem je jezelf een possibility thinker. Sluit dit aan op bovenstaande dat je wel brood ziet in die technologieontwikkeling?

‘Zo zou je het ook kunnen uitleggen, maar ik bedoel het meer in de trant van: hoe ga je om met tegenslagen? Zie je dan uitwegen of klap je dicht? Wat als er veranderingen plaatsvinden, zoals verhuizingen, hoe ga je daarmee om? Ik zie verhuizingen die ik in het verleden heb meegemaakt, en die zeer zeker ook veel gedoe met zich meebrachten, als kansen om nieuwe onderzoekslijnen op te starten, andere samenwerkingen met groepen om je heen te vormen, nieuwe infrastructuur aan te boren. Zo verhuisden wij in 2004-2005 al eens (naar het oude API voor ingewijden, red.) en toen zijn we intensiever gaan samenwerken met de procestechnologen, met een lijn rond bioraffinage als gevolg. Voorheen zaten wij daarvoor als energietechnologen te veel op afstand.’

 

Je komt over als een bruggenbouwer.

‘Samenwerken is voor mij inderdaad een heel belangrijk aspect. Fragmentarisch bezig zijn met onderzoek werkt niet, daarmee kom je niet tot een ideaal geïntegreerd proces. Dan mis je ook de kritische massa om een technologie daadwerkelijk de samenleving in te krijgen. Drie jaar terug verhuisden we naar onze huidige locatie en dit keer resulteerde dat in een nauwe connectie met de afdeling materiaalkunde hiernaast. Voorheen zaten we maar 150 m verderop, maar dat is voldoende om afstand te creëren.

 

‘Juist kleine hightechbedrijven kunnen heel snel opereren en nieuwe technologie ontwikkelen’

Als hoogleraar krijg je nog meer kansen om onderzoekslijnen op te zetten en samenwerkingen aan te gaan. Kortom, het is een rol die bij mij past. Ik probeer nu ook de onderzoeksvelden uit mijn tijd als universitair hoofddocent – biomassavergassing en bioraffinage – samen te smeden met de ‘nieuwe’ lijnen van elektrochemische conversie en CO₂-gebruik. Daar een coherente groep onderzoekers van te kweken, is best een klus. We komen nu als team, en dat is inclusief de bachelor- en masterstudenten, eens per twee weken samen om onderzoeksresultaten te delen en elkaar beter te leren kennen.’

 

Op Twitter noem je ook start-up support. Trekt het ondernemerschap jou?

‘Ik vind het in ieder geval heel leuk om te zien hoe een hightechonderneming ontstaat. Zo werkte een afstudeerder van mij, Gerton Smit, jaren terug aan een systeemstudie naar natte biostromen. Hoe kun je die benutten? Hij werd ondernemer. Zijn start-up Gensos ontwikkelt superkritische vergassingssystemen en bestaat inmiddels meer dan zes jaar. Hij bouwde met John Harinck, eveneens van de afdeling process & energy, het concept uit, en samen vroegen we subsidie aan. Het is mooi om te zien hoe mensen hun droom volgen en ik help ze graag bij dat proces. Tegelijkertijd komt er een heel interessant stuk fundamenteel en toegepast onderzoek bij kijken, waar ik met plezier aan bijdraag.

Toentertijd begonnen niet zoveel studenten voor zichzelf. Nu zie daarvoor je steeds meer studenten enthousiast worden. En YES!Delft helpt sterk mee om die ondernemingen te faciliteren. Volgens mij kunnen juist kleine hightechbedrijven heel snel opereren en nieuwe technologie ontwikkelen. Daar komen de nieuwe ideeën dan ook sneller vandaan.’

 

En daar horen multidisciplinaire teams bij.

‘Dat is de toekomst voor dit soort kleine hightechbedrijven, over de grenzen van faculteiten en whatever heen denken. Dat past niet alleen bij mij, daar gaat het naartoe. En daarmee kunnen we masterstudenten des te beter kennis laten maken als ze start-ups als voorbeeld hebben, waar ze stage kunnen lopen en zien hoe het er in de praktijk aan toe gaat. Daar komt ook andere kennis dan die van chemie en transportverschijnselen bij kijken, zoals hoe ontwikkel ik mijn prototype tot een businessmodel? En kies je er dan voor om je product te verkopen of heeft bijvoorbeeld leasen de toekomst? Over dit soort dingen had ik voor de start van Gensos nooit zo nagedacht.’

Toegevoegd op 9 mei: De dag na publicatie van dit interview werd officieel bekend dat Wiebren de Jong deelneemt aan VoltaChem. Sinds april werkt hij binnen dit programma samen met TNO, Coval Energy, CE Delft, Mestverwerking Friesland en Team FAST aan het optimaliseren van de directe elektrochemische omzetting van CO₂ naar mierenzuur. Voltachem wil eind dit jaar een elektrochemische reactor opleveren die op kleine schaal continu mierenzuur kan produceren. Zie verder de website van dit electrification of the chemical industrie-iniatief.

CV Wiebren de Jong

December 2016-heden: hoogleraar large scale energy storage, TU Delft (sinds 2005 universitair docent en vanaf 2010 universitair hoofddocent)

Juli 2016-heden: honorary hoogleraar, RUG, integrated thermochemical biorefineries

1992-1994: ontwerpersopleiding procestechnologie (PDEng), TU Twente

1986-1991: chemische technologie, TU Twente