De onderzoekschool OSPT hoopt op 28 miljoen euro om zwaar in te kunnen zetten op groene procestechnologie.

Het is misschien wel een kwestie van erop of eronder voor de procestechnologen in Nederland. Verza­meld in de onderzoekschool OSPT hebben alle vijftig hoogleraren in 2001 het Groene Manifest ondertekend. Hiermee verplichtten zij zich het eigen onderzoek te focussen op duurzaamheid. Harrie van den Akker, hoogleraar TU Delft en directeur van de OSPT, verwacht dat dit een sterke troef is bij de aanspraak van de OSPT op veertien miljoen euro uit de aardgasgelden. De verdeling van die gelden in het kader van de BSIK-regeling (voorheen ICES/KIS) moet in november bekend zijn.

De Nederlandse chemische industrie draagt bij toekenning zeven miljoen bij aan het duurzaamheidsinitiatief ‘Green Process Technology’dat samen met ECN en TNO-MEP tot stand is gekomen. OSPT, ECN en TNO/MEP brengen uit eigen middelen ook nog eens zeven miljoen in. Hun voorstel ‘Green Process Technology’ maakt overigens deel uit van het grotere programma iCES (Integrating Chemistry and Energy for Sustainability). “Als we niks krijgen moet de OSPT zich afvragen of zij de missie van het Groene Manifest wel waar kan maken”, aldus Van den Akker.

Factor vier.

“De Onderzoekschool Procestechologie is echt uniek”, zegt Jan Harmsen, Hoogewerff-hoogleraar duurzame chemische technologie aan de TU Delft. “Nergens ter wereld zijn bijna veertig hoogleraren met honderdvijftig promovendi zo nauw met elkaar verbonden in een coherent onderzoeksprogramma.” Harmsen vervolgt: “Wij mikken met het Groene Manifest op procestechnologie die een verbetering van minstens een factor vier teweeg kan brengen. Nieuwe procesontwerpen moeten aanzienlijke voordelen op gebied van duurzaamheid, milieu, veiligheid en bedrijfsvoering leveren. Het toverwoord is hier procesintensificatie. Dit is te bereiken door unitoperaties bij het ontwerpen van een proces zo simpel en slim mogelijk te koppelen. Een andere mogelijkheid is om menging, scheiding, reactie en bijvoorbeeld warmteafvoer in één apparaat uit te voeren. Sleutelen aan de chemische architectuur is de laatste weg naar procesintensificatie: selecteer de beste reactieketen, vind betere katalysatoren en andere condities etcetera. Op al deze gebieden, die een beroep doen op heel uitlopende disciplines, is kennis aanwezig maar het is nogal hap-snap. Er is nog nauwelijks voldoende begrip om goed multifunctionele reactoren te ontwerpen. Juist het goed kiezen van alle parameters, zeg maar het meta-ontwerpen, is vooralsnog onmogelijk.” “Dat is de grootste uitdaging”, vult Van den Akker aan, “om dit voor alle mogelijke processen te weten te komen. Er zijn nogal wat merkwaardige processen op de wereld.”

“In een notendop zit het zo”, vertelt Harmsen, “we hebben een stroom uit de raffinaderij die we nergens voor kunnen gebruiken, daar mag de chemie mee aan de slag. Dan kraken we die, maar helaas is het proces zo dramatisch niet-selectief dat daar een hele lijst van stoffen uitkomt. Vervolgens gaan we zoeken wat we met de verschillende chemicaliën aankunnen, zodat er toch iets nuttigs uitkomt. Op het moment dat we zelf de grondstof kunnen kiezen, door bijvoorbeeld over te gaan op biomassa, zijn we vrij. De huisvrouw wil uiteindelijk een emmer waar water in blijft zitten en een koffiemolen die heel blijft. Die interesseert het niks of de spullen van polyetheen gemaakt zijn. Als het maar een vaste stof is, dus polymelkzuur is ook prima. Denk aan het uit biomassa verkregen polymelkzuur Nature Works van Cargill Dow. Dat is weliswaar een pure toevalstreffer ge­weest. Het zou mooi zijn als we dergelijke dingen systematisch aan konden pakken.”

Wat enigszins ontbreekt in de aanvraag is het onderzoek naar een betere energievoorziening. “Met Green Process Technology ben ik een beetje van energie afgebleven omdat ik dacht dat dit door andere programma’s gedekt zou worden”, antwoordt Van den Akker. Hij verwijst naar het zustervoorstel ‘Biofeed’ binnen de koepelaanvraag iCES.

Duurzaamheid

Onderzoek en ontwikkeling binnen OSPT zal dus vooral aan duurzame pro­cessen moeten geschieden. Een stuurgroep met leden uit wetenschap en industrie gaat de onderzoeksvoorstellen op wetenschappelijke merites en groen karakter beoordelen. Ook het onderwijs binnen de onderzoekschool zal zich focussen op duurzaamheid. Het voorstel Green Pro­cess Technology kent vijf onderzoekthema’s: procesarchitectuur, procesintensificatie, scheidingsmethoden, processystemen en -regelingen en computationele technologieën. De hoop is door een sterke samenhang in het onderzoek een zo aantrekkelijk mogelijke partner te worden voor (internationale) bedrijven. Dat de drie technische universiteiten in Nederland wellicht verenigd worden in één virtuele universiteit zorgt ook voor een verdere afstemming van de activiteiten. Van den Akker is niet enthousiast over de TU Nederland. “Als je kijkt naar schaalvergrotingsoperaties bij scholen en ziekenhuizen de afgelopen jaren in Nederland, dan zie je dat de kwaliteit zelden omhoog is gegaan en dat de overhead en de bureaucratie enorm zijn toegenomen.”

Bezorgde geluiden over het vertrek van de maakindustrie uit Nederland worden door Harmsen weggewuifd. “De chemische industrie in Nederland groeit harder dan het bruto nationaal product!” Van den Akker nuanceert: “Philips dreigt wel met vertrek en investeert bijvoorbeeld zwaar in Leuven en niet in Nederland.” “Maar als je in de buurt van Rotterdam kijkt dan worden er toch nog ontzettend veel nieuwe fabrieken neergezet”, aldus Harmsen.

De rol van Nederland is dus zeker niet over. Dat verhaal vinden beiden onzin. Amerikaanse bedrijven investeren, volgens Harmsen, juist graag in Nederland, vanwege het arbeidsethos, goed opgeleide mensen en de kennisinfrastructuur. En Van den Akker besluit: “Dat moeten we zo houden en daaraan wil de OSPT, samen met ECN en TNO/MEP, met het onderzoekprogramma Green Process Technology bijdragen.”

***Kader***

Lattice-Boltzmann

Uit de gelederen van de OSPT komen regelmatig bijzondere publicaties voort. Illustratief is deze momentopname uit een computersimulatie van botsende deeltjes in een turbulent stromingsveld. De ronde deeltjes staan model voor kristallen (grootte­orde 100 tot 1000 µm) in een kristallisator; de botsingen geven in werkelijkheid aanleiding tot het afbreken van kleine stukjes die weer uitgroeien tot grotere kristalletjes in de (over)verzadigde moedervloeistof. De ­simulatie betreft niet alleen de bewegingen van de botsende bolletjes, maar ook het stromingsveld van de vloeistof. De turbulente wervels veroorzaken de botsingen en de botsingen modificeren de turbulente wervels. De simulatie berekent al deze interacties expliciet, want het betreft hier een zogenoemde Directe Numerieke Simulatie. De gebruikte code is van het type Lattice-Boltzmann en is ontwikkeld aan de TU Delft in het ‘Kramers Laboratorium voor Fysische Technologie’.

Het plaatje toont een doorsnede door een periodiek doosje dat 2200 deeltjes bevat, onderworpen aan een opgelegd turbulent stromingsveld. De parallelle berekening besloeg ruim 2 miljoen roosterpunten. Hij werd uitgevoerd op een pc-cluster met zes Intel 700 MHz-processoren, dat er ongeveer vier dagen voor nodig had. Droom: in een vervolgstudie kunnen op basis van een dergelijke berekening de krachten tijdens de botsingen van echte kristallen worden berekend, en daarmee de frequentie waarmee fragmentjes afbreken.

Bron: A. ten Cate, Turbulence and particle dynamics in dense crystal slurries, proefschrift TU Delft, november 2002.

***Kader***

Sonochemie in kooldioxide

Een recent hoogtepunt binnen de OSPT is het onderzoek aan de TU Eindhoven naar ultrasoongeïnitieerde radicaalpolymerisatie, in vloeibaar CO₂ als oplosmiddel. Eind vorig jaar leverde het prof.dr.ir. Jos Keurentjes en zijn groep een publicatie op in Science. Het idee is dat met ultrasone geluidsgolven cavitatieverschijnselen worden opgewekt in de CO₂. Er ontstaan dampbellen, die op een gegeven moment weer uit elkaar klappen. Lokaal levert dat dermate extreme temperaturen en drukken op, dat zich vrije radicalen kunnen vormen die de gewenste polymerisatie inleiden. Vergeleken met de huidige industriële radicaalpolymerisaties, die veelal met organische oplosmiddelen en peroxiden als initiator werken, is dit principe veel schoner en veiliger.

Zie ook Chemisch2Weekblad nummer 3, 15 februari 2003.