Zo’n zestig jaar geleden werd de techniek afgeschreven, maar tegenwoordig lijkt de industrie weer brood te zien in FricDiff: een ‘nieuwe’ manier om met name azeotropische mengsels te scheiden.

Conventionele destillatie is een eenvoudige en robuuste techniek, maar zeer energie-intensief. In de petrochemie gaat ongeveer 90 procent van de voor scheidingstechnieken gebruikte energie op aan destillatie. In Nederland alleen al verbruiken destillatieprocessen ongeveer 180 PJ per jaar, equivalent aan een jaarlijkse CO₂-uitstoot van tien megaton. Bovendien is het niet mogelijk diverse mengsels met deze techniek eenvoudig op te werken, doordat een azeotroop aanwezig is. Het bekendste voorbeeld hiervan is 96 procent ethanol.

Alternatief

FricDiff zou een alternatief kunnen vormen. Die techniek is gebaseerd op scheiding door verschil in wrijvingsweerstand, friction difference, van stoffen met een verschillende molecuulgrootte. Als hulpstof wordt een inert gas gebruikt met grote moleculen, bijvoorbeeld CO₂, waar het gasmengsel tegenin moet stromen. Het gas laat de kleine moleculen makkelijker door dan de grote en hierdoor treedt scheiding op. Via condensatie maakt men de stof vervolgens vrij uit het CO₂.

Om menging van het inerte gas en het mengsel te voorkomen, moet er een filter tussen de gasstromen worden geplaatst. Met macroporeuze filters is het de Technische Universiteit Eindhoven in 1999 voor het eerst gelukt op een goedkope, energiezuinige manier azeotropische mengsels te scheiden, zonder daarvoor additionele milieubelastende stoffen nodig te hebben. De gassen diffunderen door de openingen van het filter, die met hun diameter van enkele micrometers relatief groot zijn. “De gassen zien weinig wand en hebben er dus geen last van. De selectiviteit van het proces is daardoor stukken groter dan bij een ‘normaal’ filter”, zegt Piet Kerkhof, hoogleraar fysische technologie en de projectleider aan de TU/e.

Kerkhof vertelt dat de techniek al in de jaren vijftig is geïntroduceerd, maar dat die nogal verschilde van die van nu, zowel in techniek als in beoogde toepassing. “Oorspronkelijk vond de scheiding in de open ruimte plaats, waardoor de afstand waarover diffusie kan plaatsvinden vrij groot was en doormenging optrad. Bovendien wilde men de techniek gebruiken voor de scheiding van isotopen; een veel lastigere toepassing dan die van nu.”

In een KIEM-project van SenterNovem is een testmodel ontwikkeld dat in staat was het principe, in de vorm van een scheiding van ethanol en water, op kleine schaal te demonstreren. Vanwege dit succes is in 2004 een consortium in het leven geroepen waarin de Technische Universiteiten van Eindhoven en Delft naast enkele industriële bedrijven als Akzo Nobel, Shell, Purac, Bodec en GTI FIB samenwerken aan verdere ontwikkeling van de techniek. De TU’s doen experimenten en modellering op membraanschaal en de bedrijven kijken naar de economische haalbaarheid in eigen productieprocessen. Het vier jaar durende project moet in 2009 een demo opleveren die tientallen liters per uur kan scheiden.

Andere gassen

Naast het gebruik van het inerte CO₂ worden ook nog andere gassen onderzocht, zoals stikstof of cfk’s. “Voordelen van CO₂ zijn, behalve dat het werkt natuurlijk, dat het heel goedkoop is en niet brandbaar of explosief, en dat het de ozonlaag niet aantast. Bovendien is het bij de meeste bedrijven wel voorhanden.” Ook voor de macroporeuze filters worden nog verschillende materialen onderzocht. Zowel roestvast staal, grof keramisch materiaal, als gesinterd teflon is een optie. “We hebben samen met de industrie een inventarisatie gemaakt van de materialen die commercieel verkrijgbaar, makkelijk verwerkbaar, bestand tegen de gebruikte temperaturen en druk én goedkoop zijn. Bovendien moeten ze zowel op kleine als op grote schaal kunnen worden toegepast.”

“Het is natuurlijk de vraag of de techniek de huidige scheidingen kan vervangen”, zegt Kerkhof, “maar ik ben er nog steeds optimistisch over. De impressies die we tot nu toe hebben bevestigen de beperking in energiegebruik.” Inmiddels is de praktijk steeds dichter bij de theorie komen te liggen en worden de foutenmarges in de opschaling steeds kleiner. “Akzo en Shell gaan nu na wat de mogelijkheden zijn en of vervanging van de destillatieopstellingen rendabel is.” Kerkhof zelf heeft genoeg vertrouwen in de theoretische berekeningen, maar “ombouwen van fabrieken doe je niet zo lichtvaardig. Destillatiekolommen gaan lang mee en het is niet gebruikelijk te slopen voordat ze ‘op’ zijn.”