Het Institute for Science and Technology, gevestigd op de Limburgse Brightlands Chemelot Campus, biedt toegang tot een pilot plant waarmee je vrijwel alle industriële chemische processen kunt opschalen.

Het Chemelot industriepark in Zuid-Limburg, waar onder meer DSM en Sabic zijn gevestigd, is enorm. De snelweg A2 en de intercitylijn naar Maastricht lopen er dwars doorheen. De nummering van gebouwen gaat tot in de honderden. Op hetzelfde terrein ligt ook de Brightlands Chemelot Campus. In gebouw 45 op die Campus huist het Chemelot Institute for Science and Technology (InSciTe). Buiten is het 35 oC, binnen, in de koelte van de airco, vertellen algemeen directeur Emiel Staring en projectleider en DSM-onderzoeker Olga Goor over het instituut en in het bijzonder over de faciliteiten van de Multi Purpose Pilot Plant.

Essentie

Om misverstanden te voorkomen, vertelt Staring eerst wat hij verstaat onder het begrip pilot plant: ‘De meeste mensen denken aan een proeffabriek op een industrieterrein waar je één specifiek chemisch proces opschaalt. Wij beschouwen ons hele instituut als pilot plant. We schalen er niet alleen de techniek op, maar bundelen ook de benodigde kennis over de chemie, de procestechnologie en de vermarkting van het uiteindelijke product.’ Daarmee vat Staring meteen de essentie van InSciTe samen. Het instituut helpt zijn partners om hun in het laboratorium ontwikkelde producten en processen op te schalen naar een niveau dat een uiteindelijke (demo)fabriek mogelijk moet maken.

De initiatiefnemers van InSciTe, de founding fathers zoals Staring ze noemt, zijn: de universiteiten van Maastricht en Eindhoven, DSM, het Maastricht Universitair Medisch Centrum+ en de Provincie Limburg. Het instituut begon in 2012 met € 60 miljoen in kas. Inmiddels hebben meerdere universiteiten en bedrijven zich aangesloten. De teller staat nu op 35 leden met een onderzoeksbudget van € 90 miljoen.

Nauwelijks pilot plants

‘Bedrijven als DSM hielden enkele decennia geleden het hele proces van laboratorium tot fabriek in eigen hand’, zegt Staring. ‘Die tijd is voorbij, vooral vanwege de miljoenen euro’s die dergelijk onderzoek kost en de onzekerheid van het succes. In Nederland zijn er daarom nog nauwelijks geschikte en veelzijdige pilot plants.’ Olga Goor, werkzaam bij DSM en projectleider Biobased and Circular Engineering Plastics (BiCEPs) voegt toe: ‘We zijn daarom heel erg blij met InSciTe.’

Goor maakt volop gebruik van de pilot plant. In een hoek van een enorme hal staat een opstelling van drie etages hoog, een zogenoemde skid. Door de hoogte helpt de zwaartekracht een handje bij het transport van reagentia en product door de skid. Hierin ontrafel je gerecycled polyetheentereftalaat (PET) tot monomeren en die meng je met biobased-monomeren om zo nieuwe thermoplastische elastomeren te maken. Goor: ‘DSM produceert hoogwaardige kunststoffen die aan strikte kwaliteitseisen moeten voldoen, denk aan kunststoffen in auto’s en elektronica, bijvoorbeeld het omhulsel van computerchips.’

Het is lastig die polyesters en polyamides te recyclen tot een kwaliteit die identiek is aan nieuw materiaal uit fossiele bronnen, aldus Goor. ‘Daarom breken we de polymeren af tot monomeren, zuiveren die en vullen ze aan met biobased-monomeren. Je kunt nooit 100 % van al het geproduceerde materiaal recyclen, omdat tijdens het gebruik materiaal verloren gaat, vandaar dat je moet aanvullen met nieuw materiaal om aan de marktvraag te blijven voldoen. Wij werken daarbij met biobased-grondstoffen.’

Nieuwe focus

‘InSciTe ontstond in 2012, op het moment van ongebreideld geloof in een biobased-industrie als alternatief voor de fossiele industrie’, zegt Staring. ‘Onze belangrijkste onderzoekslijnen liggen dan ook op het gebied van biobased-grondstoffen, maar inmiddels ligt de focus ook op hernieuwbare producten en recycling.’ De productie en de verwerking van lignine uit plantenvezels is een van de onderzoekslijnen.

Lignine is een harsachtige vaste substantie rijk aan aromatische koolwaterstoffen en geschikt als alternatief voor aardolie in de chemische industrie. ‘De natuur produceert elk jaar meer lignine dan we nodig hebben om aardolie als grondstof voor de chemische industrie te vervangen’, zegt Staring. Bijna de helft van de fabriekshal van InSciTe bestaat uit skids om de lignineproductie op te schalen. De andere poot waar InSciTe op leunt is de recycling van hoogwaardige kunststoffen, het domein van Goor dus.

Terwijl Staring vertelt, gaat het werk aan de skid van BiCEPs gewoon door. Goor discussieert met een technicus over de noodzaak van een filter (‘Als het verstopt, zit ik met een vat vol 250 °C heet materiaal dat ik niet kan laten afkoelen want anders stolt het’). Dit reactievat met hoge druk en temperatuur zit in het midden van de proefopstelling. Goor: ‘We maken hiermee 45 kilogram product per run in een halve dag, terwijl we in het lab, als alles goed gaat, hooguit 1 kilogram per dag kunnen maken.’

Volgens Goor is werken in een skid heel iets anders dan werken in het laboratorium. In het lab heb je de mogelijkheid heel complexe problemen op te lossen met complexe technieken, maar in een uiteindelijke fabriek wil je je proces juist zo simpel mogelijk houden. Staring: ‘In het lab ontwikkelen onderzoekers als het ware een nieuwe auto vanaf nul. Wij maken van het proces een Volkswagen, een simpele modulaire auto waarin iedereen kan rijden.’

Multi purpose

Op de begane grond van de skid van BiCEPs werken technici aan een waterbad waarin strengen nieuw gemaakt materiaal uit gerecycled PET en biobased-monomeren afkoelen en in stukjes worden gesneden. Staring legt uit over de opbouw van de skid. ‘De opstelling is vrij universeel bruikbaar voor vele processen. Als er na het BiCEPs-project een andere gebruiker komt, dan breken we de opstelling niet af. Daarvoor is het geheel te duur. We kunnen elementen toevoegen of met bypasses omzeilen als ze niet nodig zijn. Zo hebben we diverse skids voor de meest gangbare industriële syntheses die we vele jaren willen gebruiken voor meerdere projecten. Daarom noemen we ons gebouw een multi purpose pilot plant.’

De projecten komen van de deelnemende universiteiten of bedrijven. Staring: ‘De universiteit bijvoorbeeld ontwikkelt een product waarbij de laboratoriumfase doorlopen wordt en wil dan dat een andere de opschaling overneemt. Bedrijven zijn daar huiverig voor. Ze vinden het idee vaak prachtig, maar te riskant als er niet meer zekerheid is over de haalbaarheid van een industrieel productieproces en de verkoopbaarheid van het product.’

Volgens Staring kan InSciTe die zekerheid wel bieden door de kennis van de onderzoekers van universiteiten en bedrijven samen te brengen met de InSciTe-infrastructuur, engineers en marketing experts. ‘Elk project heeft een technisch wetenschappelijk verantwoordelijke en iemand die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van het economisch potentieel en die bijvoorbeeld een businessplan maakt. In ons gebouw brengen we iedereen bij elkaar, zodat mensen van elkaar kunnen leren. Die manier van werken zorgt ervoor dat we de opschaling sneller en met meer kans op succes doorlopen.’