Het Brightsite Plasmalab op Chemelot krijgt een subsidie van 230.000 euro van het ministerie van EZK. Verwacht wordt dat er met plasmatechnologie belangrijke doorbraken op het gebied van duurzaamheid komen voor zowel kunststoffabricage als het genereren van schone waterstof.

Minister van Economische Zaken en Klimaat (EZK) Stef Blok bracht vorige week een bezoek aan Brightsite om de steun van EZK voor het plasmalab te beklinken.

Plasmatechnologie is een efficiënt elektrisch proces voor het splitsen en synthetiseren van moleculen. Studenten en onderzoekers van de Maastricht University (UM) gaan aan de slag in het Brightsite Plasmalab, waar met geavanceerde apparatuur demonstrators worden ontworpen en gebouwd. Het Brightsite Plasmalab opent officieel op donderdag 18 november. Het plasmalab wordt de plek waar Brightsite partners UM, TNO en Sitech Services in samenwerking met bedrijven grensverleggend onderzoek doen, bestaande plasmatechnologie optimaliseren en nieuwe plasmaprocessen ontwikkelen, die toepasbaar en schaalbaar zijn voor de chemische industrie. De hele innovatieve keten kan gebruik maken van het Brightsite Plasmalab.

Plasmatechnologie

Plasma wordt ook wel de vierde aggregatietoestand genoemd, naast vast, vloeibaar en gas. Wanneer een gas in een voldoende sterk elektrisch veld wordt gebracht ontstaat een toestand waarin gasdeeltjes ioniseren. Dit geïoniseerde gas bestaat uit gasmoleculen en reactieve deeltjes zoals ionen, elektronen en radicalen. Deze combinatie van reactieve deeltjes maakt (nieuwe) chemische reacties mogelijk. In het hart van deze elektrische vlam, het hart van de plasmawolk, is de temperatuur heel hoog. Onder deze omstandigheden kunnen zeer snel moleculen worden gesplitst en gevormd. En omdat een plasma wordt opgewekt met elektrische energie is het proces erg duurzaam wanneer men groene elektriciteit gebruikt.

De Provincie Limburg kent kenniscentrum Brightsite een subsidie toe van 9 miljoen euro voor de komende vijf jaar. Met deze steun stimuleert Brightsite de ontwikkeling en commerciële toepassingen van technologieën en de daarbij behorende opleidingen, die de chemische industrie in staat stellen de klimaatdoelstellingen te halen en een energietransitie te bewerkstelligen.

Het kenniscentrum is gevestigd op de Brightlands Chemelot Campus in Sittard-Geleen. ‘Vanuit nationaal en Europees perspectief is het ecosysteem van de Brightlands Chemelot Campus en de Chemelot site bijzonder kansrijk vanwege de kennis en kunde in zowel ontwerp als systeemintegratie van procestechnologie’, zegt Arnold Stokking, managing director Brightsite. ‘De unieke combinatie van chemische industrie met de innovatieve campus community maakt dat bij uitstek hier de transitie naar duurzame energie en grondstoffen kan plaatsvinden.

TNO’s Biorizon spin-off Relement vestigt zich op de Green Chemistry Campus. Het bedrijf gaat op commerciële schaal bio-aromaten produceren en verkopen voor toepassing in onder meer smeermiddelen en coatings.

De spin-off Relement komt voort uit het Shared Research Center Biorizon van TNO. Sinds 2013 werkt Biorizon aan technologieën voor de productie van functionele bio-aromaten. Aromaten zijn essentiële bouwstenen voor de chemische industrie. Ze voegen functionaliteit toe aan producten zoals kunststoffen, verven, coatings en smeermiddelen, waaronder krasvastheid, stabiliteit en UV-bestendigheid.

Relement zet biomassaresiduen om in hoogwaardige bio-aromaten. Deze vormen een duurzamer alternatief voor fossiele aromaten in bestaande producten.

Beter en duurzamer

Relement is afgelopen zomer opgericht om de bio-aromaten die binnen Biorizon zijn ontwikkeld op commerciële basis te produceren en verkopen. Op termijn wil Relement commerciële fabrieken bouwen voor diverse premium bio-aromaten en zo bijdragen aan een groenere chemische industrie.

Een van de eerste bio-aromaten die Relement op de markt brengt, is een alternatief voor fossiel phthalic anhydride. Dit wordt onder meer toegepast in alkydverf. Met de bio-aromaten kan voor het eerst honderd procent biobased alkydverf worden gemaakt. Deze verf gaat niet alleen langer mee door een betere krasvastheid en UV-bestendigheid, hij is ook duurzamer, zo bleek vorige maand uit een onderzoek van CE Delft. Door het vervangen van petrochemische phthalic anhydride door biobased 3-methylphtalic anhydride kan Relement vanaf 2027 per kilogram een CO2-reductie van 3,1 kg CO2-eq. realiseren. In totaal betekent dit een jaarlijkse CO2-reductie van 94 kt CO2-eq.

Onderzoekers in Delft hebben een katalysator ontwikkeld die zelfs in verwaarloosbare hoeveelheden effectief is. De vorm en de robuustheid van de katalysator zorgen ervoor dat deze veel langer meegaat in reacties, waardoor veel energie, afval en kosten kunnen worden bespaard. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.

Een katalysator is aanwezig in het reactiemengsel, maar is geen onderdeel van de chemische reactievergelijking. In theorie zouden katalysatoren dus eeuwig kunnen werken, maar in de praktijk zien chemici dat ze na verloop van tijd minder actief worden. Hierdoor is een grote hoeveelheid van de katalysator nodig om het reactieproces soepel te laten verlopen. De hulpstoffen moeten vervolgens weer uit het reactiemengsel worden gezuiverd, wat een intensief, kostbaar en vervuilend proces is.

Delftse onderzoekers hebben een nieuwe hulpstof ontdekt die volgens hen ongekend efficiënt is. In het onderzoek werkten de chemici met een mangaan katalysator, die moleculen hydrogeneert. Dat wil zeggen dat een dubbele verbinding in het molecuul wordt verbroken en waterstof op die plek in het molecuul komt. Deze reactie wordt vooral ingezet bij het verharden van oliën en vetten.

Zuiveringsstap

Onderzoeker Evgeny Pidko: ‘Om de katalysator effectiever te maken, zijn we gaan sleutelen om zo meer bindingsplekken per molecuul te creëren. Toen merkten we dat de reactie opeens stukken beter verliep.’ Met behulp van spectroscopie zagen de onderzoekers dat de nieuwe katalysator ideale eigenschappen vertoont. In geactiveerde toestand opent het zich om de vereiste reactie aan te drijven. In rusttoestand sluit de katalysator zijn pincet-achtige armen, wat het actieve deel beschermt. Het onderzoek van het team van Pidko laat zien dat de katalysator tot wel 200.000 ‘cycles’ gebruikt kan worden. Pidko: ‘Zelfs bij temperaturen van 120 graden Celsius valt hij niet uit elkaar.’ In plaats van de gebruikelijke 1000 ppm (delen per miljoen) is er van de nieuwe hulpstof maar 5 ppm nodig. Met zulke minieme hoeveelheden kan de zuiveringsstap die normaal nodig is worden overgeslagen.

De ontwikkeling is volgens de onderzoekers belangrijk voor het verduurzamen van de chemische industrie, maar kan niet direct op bestaande chemische processen worden toegepast. Daar is verder onderzoek voor nodig.

Connie Paasse is sinds 4 november de nieuwe directeur van de Green Chemistry Campus in Bergen op Zoom. De Green Chemistry Campus is de een incubator die een totaaloplossing biedt voor innovatieve biobased ondernemers die opereren op het snijvlak van agro en chemie. Paasse gaat richting geven aan de strategie om dit verder uit te bouwen en te versnellen.

Voordat ze aan het werk ging in Bergen op Zoom was Paasse plantmanager bij BP Chembel in Vlaanderen. In haar loopbaan heeft ze zowel gewerkt met petrochemische als met hernieuwbare grondstoffen. Haar ervaring met het leiden van organisaties, het opzetten en uitvoeren van business strategieën en met de inzet van nieuwe technologie voor de duurzame benutting met grondstoffen maakt haar volgens de raad van commissarissen en aandeelhouders van de Campus bij uitstek geschikt om de Campus samen met het team de komende jaren verder uit te bouwen.

Nadat de vorige directeur Petra Koenders afgelopen juni wethouder werd van de gemeente Bergen op Zoom, hebben business development manager Marcel Ernes en manager operations Arjan Oostvogels samen het interim directeurschap vervuld. Paasse neemt de leiding nu van hen over.

 

Relement maakt aromaten, chemische bouwstenen, op basis van bio-residuen in plaats van aardolie. Deze week is bekend gemaakt dat Relement het 25ste spin-off bedrijf van TNO is.

Aromaten zijn essentiële grondstoffen voor coatings, lijmen, isolatieschuim en andere hoogwaardige toepassingen. De aromaten op basis van bio-residuen helpen de industrie verduurzamen. Daarnaast hebben ze een betere kwaliteit dan fossiele varianten. Zo is verf met bio-aromaten beter bestand tegen zonlicht en wordt isolatieschuim sterker.

Relement is een spin-off van TNO en is opgezet voor de ontwikkeling, productie en marketing van bio-aromaten die TNO heeft ontwikkeld binnen het Biorizon Shared Research Center. Relement komt voort uit het Tech Transfer programma dat ruim drie jaar geleden is opgezet om de kennis van TNO naar de markt te brengen en daarmee maatschappelijke impact te realiseren.

 

Knelpunten in de geneesmiddelenvoorziening kunnen in de toekomst gemakkelijker worden vermeden. Chemici van het Max Planck Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung hebben een machine voor radiale synthese ontwikkeld. Deze maakt de flexibele productie van medisch werkzame stoffen en andere chemische producten mogelijk. Een team van de directie van het Max Planck Instituut heeft de nieuwe benadering van chemische synthese ontwikkeld.

Het apparaat kan snel opnieuw worden geprogrammeerd voor de synthese van zeer verschillende, zelfs complexe stoffen, zonder dat iemand het apparaat hoeft aan te passen.

Het kan synthesestappen combineren waarvoor vroeger verschillende apparaten nodig waren. Daarnaast kan het apparaat de stoffen ook op afstand produceren op afgelegen locaties. De nieuwe technologie vereenvoudigt ook op gegevens gebaseerde ontwikkelingen in de chemie. Dat kan het zoeken naar nieuwe chemische producten en reactieprocessen versnellen.

Voorzien in onverwachte tekorten

Enerzijds voorziet de synthesemachine mensen op moeilijk bereikbare plaatsen zonder chemische industrie van medische werkzame stoffen. Er zijn ook toepassingen voor andere stoffen, als deze niet lokaal kunnen worden opgeslagen of getransporteerd. Dit is nuttig bij onverwachte tekorten aan actieve medische stoffen en biedt mensen in ontwikkelingslanden een flexibele toegang tot stoffen. Dit is belangrijk wanneer de behoefte aan een stof niet te voorspellen is. ‘Het enige knelpunt is de beschikbaarheid van basischemicaliën,’ aldus Peter Seeberger, directeur Max Planck Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. ‘Maar met de grondstoffen bij de hand, is dit een enorme kans.’

Aan de andere kant opent de multifunctionele synthesemachine nieuwe perspectieven voor chemisch onderzoek. Vooral medische hulpmiddelen kunnen een ingewikkelde samenstelling hebben en kleine verschillen kunnen grote gevolgen hebben. In de zoektocht naar de beste stof, synthetiseren chemici daarom veel verschillende moleculen met kleine variaties. Tot nu toe hebben ze hun apparatuur vaak moeten veranderen of minstens opnieuw moeten opbouwen – moeizaam en tijdrovend handwerk. Dit geldt ook voor de ontwikkeling van optimale reagens zodra het meest effectieve molecuul is gevonden.

Chemie als internetdienst

‘Met radiale synthese kunnen we het handwerk grotendeels elimineren uit de chemie’, zegt Seeberger. De chemie in de toekomst kan in zijn visie worden geëxploiteerd zoals internetdiensten. ‘Je zit voor je computer op kantoor. De server waarop een applicatie draait, bevindt zich ergens anders in de wereld. Chemici zullen in de toekomst hun experimenten op afstand controleren. Op deze manier kunnen veel meer stoffen en reacties worden getest. Ook kunnen we meer en betrouwbaardere gegevens verzamelen.’ Dit kan bijdragen aan de analyse van grote gegevens in de chemie. ‘Uiteindelijk zou zelfs kunstmatige intelligentie die door training met de enorme hoeveelheden gegevens chemische competentie heeft ontwikkeld, de zoektocht naar veelbelovende nieuwe stoffen voor een gewenste toepassing of naar efficiënte reactietrajecten kunnen overnemen’, aldus Seeberger. Scheikundigen zouden dan hun creativiteit volledig kunnen wijden aan taken waarvoor zij niet kunnen putten uit ervaringen met soortgelijke experimenten en die daarom niet kunnen worden opgelost met behulp van data gestuurde methoden.

Combinatie procestechnologieën

Radiale synthese biedt de experimentele mogelijkheden omdat het twee fundamenteel verschillende procestechnologieën combineert: cyclische en lineaire synthese. Cyclische synthese is de methode bij uitstek wanneer chemici biopolymeren zoals eiwitten, koolhydraten of DNA-strengen willen produceren. Hierbij passeren ze een molecuul in een cyclus door een reactievat waarin steeds hetzelfde chemische reactietype plaatsvindt, zodat het molecuul geleidelijk aan in een keten groeit. In de afzonderlijke cycli kunnen ook verschillende schakels aan de ketting worden bevestigd. Bij lineaire synthese daarentegen gaat een molecuul door meerdere stations waar verschillende reacties plaatsvinden, in verschillende apparaten of tenminste in verschillende delen van een apparaat.

Chemische productie is precisiewerk. Of het nu gaat om medische middelen of andere chemische producten, chemici moeten de productieprocessen altijd aanpassen. En ze ontwerpen ook de bijbehorende apparatuur specifiek voor elk product. Dit kan veel gemakkelijker met de automatische machine voor radiale synthese – tenminste als een stof niet in grote hoeveelheden nodig is. ‘Met radiale synthese creëren we een paradigmaverschuiving in de chemie,’ zegt Seeberger.

Belangstelling voor radiale synthese getoond

De Potsdam-onderzoekers combineren nu de twee technieken. Verschillende reactoren voor cyclische syntheses bevinden zich in een cirkel rond een soort draaitafel. Halfproducten worden op afstand van de ene naar de andere cyclische reactor getransporteerd en gecombineerd met lineaire processtappen. ‘We kunnen heel verschillende reacties flexibel combineren, zelfs snelle en langzame,’ zegt Seeberger. Chemische veranderingen die met verschillende snelheden plaatsvinden, kunnen in conventionele lineaire chemische installaties niet efficiënt worden uitgevoerd. Het reactiemengsel stroomt er met een constante snelheid doorheen.

De Potsdam-onderzoekers testen nu de veelzijdigheid van de radiale synthese verder. Zij hebben een octrooiaanvraag voor de technologie ingediend. De eerste industriële bedrijven hebben al belangstelling getoond. Dit komt omdat de nieuwe synthesemachine hen kan helpen bij het onderzoek naar nieuwe producten. Ook kan de toepassing hun ontwikkeling versnellen. Dit zal kosten besparen en kunnen leiden tot meer innovatie.

 

 

 

Shell Geothermal BV en het Havenbedrijf Rotterdam houden een onderzoek naar geothermie in het westelijk deel van de Rotterdamse haven. De bedrijven hebben hiervoor een opsporingsvergunning gekregen van het ministerie van EZK.

De opsporingsvergunning betekent dat Shell en het Havenbedrijf de komende jaren de tijd hebben om hun plan verder uit te werken. Hiermee kunnen ze in het westelijk deel van de haven aardwarmteprojecten ontwikkelen. De komende circa twee jaar ligt het accent op het maken van afspraken met mogelijke afnemers van de aardwarmte. Daarnaast focussen ze zich op het uitwerken van de kosten, het bepalen van een mogelijke locatie voor een proefboring en het uitzoeken hoe de infrastructuur eruit kan zien. Essentieel is ook dat de aardwarmte kan concurreren met energie uit andere bronnen. Een (proef)boring is nog niet aan de orde.

Zeven projecten met onderzoek naar geothermie

De afgelopen jaren is de ondergrond goed in kaart gebracht. Dit gebeurde mede als onderdeel van de green deal Ultra Diepe Geothermie (UDG). Het doel van UDG is uiteindelijk 30% van de industriële warmte te laten komen van ultra diepe aardwarmte, zoals eerder bij Petrochem is beschreven. Zeven consortia werken aan voorstudies op dit gebied. De verwachting is dat dit jaar de resultaten van onderzoek naar geothermie bekend worden. De eerste pilotprojecten, waaronder een in de haven van Rotterdam, worden dan ook gestart.

De Rotterdamse industrie verbruikt veel energie. Als aardwarmte in de vorm van heet water naar boven kan worden gebracht, kan dat een goede duurzame energiebron zijn. Denk daarbij met name aan de productie van stoom voor de industrie. Daarbij wordt het enigszins afgekoeld. Het water kan dan gebruikt worden voor verwarming van woningen en kassen via een regionaal warmtenet.

Shell en Havenbedrijf zullen EBN (Energie Beheer Nederland) betrekken bij de uitwerking van de plannen.

Studenten, bedrijven en onderzoekers van de Hogeschool Arnhem en Nijmegen (HAN) ontwikkelden dit jaar een tankstation voor toekomstige vervoersvormen en energiedragers als waterstof. ‘Dit nieuwe laad- en tankstation versnelt de energietransitie door opwek en distributie van ‘groene stroom”, verwacht lector Meet- en Regeltechniek Aart-Jan de Graaf.

Het groene laad- en tankstation van de toekomst komt niet aan de weg, maar bij een kantorenpark of op een bedrijventerrein. ‘Dat bleek economisch gezien het meest gunstige scenario’, vertelt De Graaf. Hij is namens de HAN lid van het samenwerkingsverband Energy Vehicles Fueling Station (NeFuSta). ‘Het gaat hier om een totaal ander concept dan de huidige elektrische laadstations. Zo kan dit nieuwe laad- en tankstation een teveel aan opgewekte elektriciteit in gasvorm omzetten. Daarmee vang je piekbelastingen van het elektriciteitsnet op. NeFuSta draagt dus ook bij aan een stabieler en flexibeler elektriciteitsnet: dé grote uitdaging in de transitie naar duurzame energie’, aldus De Graaf.

Drie scenario’s

Het project startte twee jaar geleden met een onderzoek naar belangen, economische haalbaarheid, wettelijke kaders en veiligheid. Daarna ontwikkelde het team een modelstation met een technisch simulatiemodel, een artistieke impressie en een maquette van het nieuwe tankstation. ‘We hebben toen drie scenario’s onderzocht: onderweg, thuis of op het werk laden’, vertelt De Graaf. ‘We zijn uitgekomen bij op het werk laden en tanken. Dat gebeurt nu al, maar heeft vanwege de toevoeging van waterstof de meeste kansen op een haalbare businesscase. Daarna ging een startup-bedrijf met kennis van waterstof verder met het ontwerp. Zo konden we zien wat zo’n installatie met zich meebrengt, wat het kost om te tanken, waterstof te maken en aan een tankpunt te leveren.’

Waterstof versus batterij

De waterstofinstallatie zorgt ervoor dat alle lokaal duurzame opgewekte energie meteen wordt gebruikt en dus niet eerst in een dure batterij wordt opgeslagen. ‘Iedereen denkt altijd dat je naast een waterstofinstallatie ook een batterij nodig hebt. Batterijen hebben alleen zin om tijdelijk overschotten en pieken van een uur op te kunnen vangen, anders wordt het te duur. Zodra je waterstof voor waterstofvoertuigen kunt maken, is een batterij dus niet meer nodig. Deze optie is ook fiscaal gunstig. Als je je energie lokaal opwekt, omzet en voor je eigen vloot gebruikt, neem je die energie niet van het net af.’

Ontwerpen in zeecontainers

Studenten gingen een semester aan de slag met het industrieel ontwerp op basis van eenheden in zeecontainers. Toen was nog nauwelijks bekend hoe het nieuwe laad- en tankstation eruit zou moeten zien. ‘De vormgeving moest aantonen dat het haalbaar was om binnen de kosten zo’n nieuw station te bouwen’, aldus De Graaf. Daarna digitaliseerde het startup-bedrijf, HyMatters, de vormgeving van de container en de componenten die erin zitten.
De deelnemende studenten reageerden enthousiast: ‘Wij zijn echt betrokken bij ontwikkelingen die in de toekomst gaan plaatsvinden, dat stimuleert enorm’, aldus een student over het ontwerp.

Woonwijk en boerderijen

Er is al interesse in Arnhem en Nijmegen voor dit nieuwe concept. ‘Maar we zien ook kansen voor een kleinere installatie in woonwijken en agrarische bedrijven’, laat de lector weten. ‘Als we daar het teveel aan opgewekte energie in gasvorm omzetten, stimuleren we dat er lokaal meer waterstof wordt geproduceerd.’
Ook voor agrarische bedrijven is dit gunstig.’Daar is de wens groot om op duurzame energie over te stappen. Agrariërs kunnen dan hun trekkers op waterstof laten rijden. Dat vraagt wel om een aanpassing van de huidige wet- en regelgeving en een andere mindset: veel mensen zijn huiverig voor waterstof in de gebouwde omgeving. Maar ook hier geldt: onbekend, maakt onbemind. Waterstof is misschien wel veiliger dan lpg en ook aan die installaties moesten we eerst wennen.’

(Dit artikel is onderdeel van een verhalenreeks rond de energietransitie/arbeidsmarkt geschreven door EMMA – Experts in Media en Maatschappij – in opdracht van de Topsector Energie/The Human Capital Agenda.)

Wat kun je met de combinatie van magnesium, hennep en aardappel? Dat gaan studenten, wetenschappers en medewerkers van Avebe, HempFlax en Nedmag onderzoeken in de Innovatiehub Oost-Groningen die op 26 april wordt geopend bij Nedmag in Veendam.

Het centrum komt voort uit een oproep van Groningse wetenschappers (Aard Groen, Willem Jonker en de gebroeders Heeres). Zij zien kansen voor een gezamenlijke innovatieve aanpak om de Noordelijke economie te versterken. Eind november 2017 leidde hun oproep tot een verkenning onder leiding van kwartiermaker Jacob Zwinderman. Drie bedrijven, Avebe, HempFlax en Nedmag, zagen een gezamenlijke benadering van aardappels, hennep en magnesium zitten en zijn belangrijke partners in dit samenwerkingsverband.

Studenten van de Rijksuniversiteit Groningen en de Hanzehogeschool starten begin mei met een project waarin ze harsen en lijmen uit aardappels combineren met magnesium voor een brandvertragende werking. In combinatie met hennepvezels levert dit volledig afbreekbare isolatiemateriaal op. Het is de bedoeling dat de studenten, wetenschappers en bedrijven zich ook over andere innovaties gaan buigen.