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.

De TU Delft bundelt zijn activiteiten op het snijpunt van industrie en energie in de e-Refinery. Dit consortium helpt de chemische en energie-industrie te elektrificeren en decarboniseren. Samen met programmamaker Paulien Herder lanceerden decaan Theun Baller en Lucas van Vliet, decaan van faculteit TNW, officieel het consortium in de 3mE-proeffabriek.

Baller: ‘Met e-Refinery investeert TU Delft samen met de industrie fors in de klimaatuitdaging van de chemische en energie industrie. Daarnaast leiden wij de energie-experts van de toekomst op die duurzame brand- en grondstoffen kunnen ontwikkelen. Het unieke aan e-Refinery is dat de TU Delft alle expertise in huis heeft en deze bundelt, waarbij de hele keten, van materiaal tot en met processen en opschaling, wordt meegenomen. Samen met de industrie en kennisinstellingen gaan we hiermee de uitdaging aan om de duurzame transitie te versnellen.’

Veel onbekend

e-Refinery is een overkoepelende visie op de toekomst van duurzame chemicaliën en brandstoffen. Doel is het omschakelen van de energie- en chemiesector van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare grondstoffen en elektriciteit. Deze elektriciteit is bij voorkeur afkomstig uit hernieuwbare bronnen zoals zonne- en windenergie. Het is de basis van een uitgebreid netwerk van chemische en energetische omzettingen, waarvan nog niet precies bekend is hoe het eruit gaat zien.

Technology readiness

Wetenschappers hebben al aangetoond dat de afzonderlijke stappen van een e-Refinery mogelijk zijn. Het eenvoudigste voorbeeld is de omzetting van waterstof, met hulp van elektrische stroom op industriële schaal. Maar daarna zijn verdere stappen nodig, zoals het omzetten van koolstofdioxide tot brandstoffen en grondstoffen voor de chemische sector. Of bijvoorbeeld het koppelen van waterstof met stikstof tot ammoniak. De meeste van deze processen hebben een te laag Technology Readiness Level voor industriële toepassingen, er zijn nog fundamentele onderzoeksvragen die de TU Delft wil beantwoorden.

Vorige week trapte professor Genserik Reniers de nieuwe collegereeks ‘Plant Management Next’ af. De reeks is een samenwerking tussen Petrochem en Nijenrode. De veiligheidshoogleraar betoogde tijdens zijn college dat procesveiligheid momenteel een nieuwe fase ingaat. Er moet meer aandacht komen voor samenwerken en cluster denken. Daar gaat ook de 16e editie van het gerenommeerde Loss Prevention symposium over, volgend jaar aan de TU Delft. Reniers mag dan de organisatie op zich nemen. In deze blog geeft hij alvast een voorproefje van de conferentie.

In juni 2019 vindt de 16e editie plaats van het zogenaamde ‘Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries’ Symposium (LPS) aan de TU Delft. Een hele eer voor de Delftse universiteit. Het is een prestigieuze conferentie waar academici, regelgevers en allerhande experts uit het werkveld naar afzakken. Het is de meest bijgewoonde Europese conferentie voor procesveiligheid in de chemische industrie.

CHESS

De conferentie speelt in op de zware ongevallen die steeds opnieuw plaatsvonden in de voorbije decennia. Ook zullen nieuwe inzichten uit de ongevallenonderzoeken worden behandeld. Bovendien draagt de conferentie bij aan het omvormen van een tijdsgeest. In de laatste twee decennia zijn maatschappelijke wijzigingen waar te nemen.  Denk bijvoorbeeld aan de opkomst van het internet en de mobiele telefonie. En ook aan de opkomst van sociale media, het belang van transparantie en samenwerking, big data, computerkracht en kwesties op het gebied van fysieke en cyber security. Ze hebben onherroepelijk impact op het veiligheidskundig onderzoek en de vooruitgang van procesveiligheid.

Samen met Khakzad heb ik in 2017 de toekomst van procesveiligheid samengevat  met het acroniem ‘CHESS’. Voor verdere vooruitgang van veiligheid in de procesindustrie, moet de aandacht in onderzoek en in praktijk de aandacht op nieuwe domeinen komen te liggen. Op: ‘Coöperatie en cluster denken’, ‘Hoge transparantie en efficiënte inspecties’, ‘Educatie, leren en training’, ‘Security integratie’ en ‘Safety innovatie en dynamische risico assessments’. Deze domeinen absorberen immers de nieuwe maatschappelijke context waarin we sinds een tiental jaren leven.

Bestaansreden

De slogan van de conferentie is ‘From lessons learnt and safety novelties to common safety practice’. Door als onderneming vertrouwen te hebben in elkaar via intelligente transparantie en het delen van informatie kom je, door samenwerking en het leren uit near-misses en allerhande incidenten, tot uitmuntende veiligheidsresultaten.  Dit leidt, samen met innovatie op gebied van veiligheid, tot nieuwe veiligheidspraktijk in de chemische bedrijven.

Abstracts voor Loss Prevention 2019 kunnen worden ingediend via de website van de conferentie, www.lp2019.org, tot einde maart 2018. Iedereen is van harte welkom om bij te dragen en bij te leren op deze unieke internationale gelegenheid aan de TU Delft, en deel te worden van de geschiedenis van procesveiligheid.