NL
UK
 Leveranciers-login
Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

   

ARTIKEL
Deel dit artikel
Katalyselab TU Delft: CO₂-conversie sneller opschalen
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

Katalyselab TU Delft: CO₂-conversie sneller opschalen

Katalytische conversie van CO2 naar methanol en chemie-bouwstenen moet sneller marktrijp worden. Onderzoek, ook naar het katalyseproces zelf, baant de weg. Bij de TU Delft werkt de onderzoeksgroep van hoogleraar Atsushi Urakawa hieraan in het kersverse Industrial Catalysis Lab. Vanuit het faculteitsgebouw, waar de onderzoeksgroep van Atsushi Urakawa, hoogleraar Catalysis Engineering, huist, loopt een kronkelpaadje met houtsnippers naar het lab.
KATALYSELAB TU DELFT: CO2-CONVERSIE SNELLER OPSCHALEN Katalytische conversie van CO2 naar methanol en chemie-bouwstenen moet sneller marktrijp worden. Onderzoek, ook naar het katalyseproces zelf, baant de weg. Bij de TU Delft werkt de onderzoeksgroep van hoogleraar Atsushi Urakawa hieraan in het kersverse Industrial Catalysis Lab. Vanuit het faculteitsgebouw, waar de onderzoeksgroep van Atsushi Urakawa, hoogleraar Catalysis Engineering, huist, loopt een kronkel paadje met houtsnippers naar het Industrial Catalysis Lab. Even verderop ligt een pas aangelegd bruggetje over een van de sloten op de Delftse universiteitscampus. “We hoeven niet meer om te lopen”, wijst de Japanse chemisch technoloog. De binnendoorroute is een metafoor voor de opzet achter het in november geopende kataly selab: innovaties sneller naar de markt brengen. Katalyse wordt als een kansrijk procedé gezien om CO2 om te zetten naar chemiebouwstenen en brandstoffen. ACCELERATIE NODIG Een van de beloftes is katalytische conversie van CO2 en waterstof naar methanol. Dit wordt vooral Proefopstelling voor katalytische CO₂-conversie met waterstof naar methanol. Omdat hier getest wordt onder industriële procescondities (hoge temperaturen en hoge druk) staat de opstelling in een betonnen ‘bunker’, afgesloten door zware metalen deuren. interessant als er op termijn een overschot aan groene, aantrekkelijk geprijsde elektriciteit uit wind- en zonne-energie beschikbaar komt, om via met duurzame stroom aangedreven elektrolyse ‘groene’ waterstof te produceren. Methanol is voor de chemie een basisstof om de grondstoffen voor benzine en plastics (olefinen, zoals etheen en propeen) te produceren. Acceleratie van het wetenschappelijk onderzoek naar CO2-conversie is hard nodig, zegt Urakawa. “Op de universiteiten komen tal van beloftevolle innovaties op, maar veel concepten staan nog in de kinderschoenen. Implementatie ligt ver weg, tot wel twintig jaar. Gezien het tempo van de klimaatverandering is dat veel te lang.” ‘Veel innovaties staan nog in de kinderschoenen; implementatie ligt wel 20 jaar weg. Gezien het tempo van de klimaatverandering is dat veel te lang’ Chemisch technoloog Atsushi Urakawa, hoogleraar Catalysis Engineering, leidt het onderzoek in het Industrial Catalysis Lab aan de TU Delft. CONCURRENTIE UIT CHINA Er is nog een argument voor de snellere opscha- ling van academische vondsten. De chemische industrie in de Westerse wereld en ook in Japan dreigt de felle concurrentie vanuit China te verliezen, waarschuwt Urakawa. “De ontwikkelingen daar gaan in een razend tempo. Ook wij moeten versnellen.” Urakawa is onlangs verhuisd uit Spanje, waar hij bij onderzoeksinstituut ICIQ aan identiek onderzoek werkte. Een groot deel van zijn Spaanse team en een aantal proefopstellingen zijn meegekomen naar Delft. Tegen de uitnodiging van de TU Delft om in een hightech-proeftuin onder industriële condities (investering: 6 miljoen euro) onderzoek te doen, kon de wetenschapper geen nee zeggen. Bovendien heeft de onderzoeksgroep in het gebouw van de Faculteit Technische Na- 8 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2020 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2020 9 tuurwetenschappen de beschikking over nog twee labs voor experimenten onder lage druk (< 10 bar). HOGE DRUK Bij binnenkomst in het kleine zwarte gebouw vallen direct de dikke stalen deuren van acht compacte ‘onderzoeksbunkers’ op. Tussen de symmetrische opstelling van de bunkers bevindt zich een grote werkruimte met beeldschermen en meetapparatuur. Om veiligheidsredenen wordt daar tijdens de experimenten gewerkt. Het indrukwekkend versterkte interieur is nodig vanwege het soort onderzoek dat in het lab gedaan wordt: experimenten onder hoge temperaturen (tot 800900 ⁰C) en hoge druk (tot 400-500 bar). “Dit zijn de gangbare procescondities in de industrie. We testen hier op een kleinere maar relevante reac- torschaal, wat opschaling van processen kansrij- ker maakt”, zegt Urakawa. KOOLDIOXIDE NAAR METHANOL In een van de onderzoeksbunkers laat hij een mini-reactoropstelling zien voor proeven met CO2conversie naar methanol (druk: tot 400 bar). Op dit Dit artikel is afkomstig uit Fluids Processing www.fluidsprocessing.nl © ProcesMedia KATALYSE Tussen de symmetrische opstelling van de bunkers bevindt zich een grote werkruimte met beeldschermen en meetapparatuur. conversieproces heeft Urakawa’s onderzoek niet eerder vertoonde resultaten geboekt, namelijk de conversie in één stap van 95% CO2 naar 98% pure methanol. Andere onderzoekers komen niet verder dan 40 tot 60%. Het onderzoek heeft inmiddels een demo-installatie opgeleverd, die jaarlijks Nog twee onderzoeksthema’s een ton methanol produceert. Methanol is een basischemicalie waarmee de chemische industrie grondstoffen voor benzine en plastics produceert. Urakawa voorspelt dat katalytische CO2-omzetting naar methanol over vijf jaar op grote schaal door zal breken, mits de prijs van groene waterstof (via Katalytische conversie van CO2 naar waardevolle chemische bouwstenen heeft de eerste aandacht in het nieuwe Delftse katalyselab. Urakawa’s onderzoek richt zich echter op meer thema’s: katalytischerreductie van NO en methaanactivatie. • Het onderzoek naar katalytische reductie van NO x wordt gefinancierd door de Japanse auto-industrie. De inspanningen spitsen zich toe op de verdere finetuning van de katalysator in het uitlaatsysteem van benzinemotoren en de ontwikkeling van NSR-katalyse (NO x Storage & Reduction) voor dieselmotoren. x • Methaanactivatie sluit aan bij de uitdagingen van de energietransitie. Met bepaalde katalysatoren (onder meer ruthenium) kan waterstof CO2 omzetten naar methaan (CH4). Dit katalytisch procedé is in de vorige eeuw al bedacht door de Fransman Sabatier. Dit gas kan via het bestaande gasnet naar onze cv-ketels en kooktoestellen. Van hieruit is ook conversie naar verdere chemicaliën mogelijk, bijvoorbeeld via oxidatieve koppeling naar ethaan (C2H₆) en etheen (C2H4), de gangmakers voor de kunststofproductie. Dit soort reacties heeft de vaste interesse van Urakawa en zijn team. Methaan maken met waterstof is economisch alleen interessant als zich nieuwe vooruitzichten op waardevolle chemicaliën aftekenen. Waterstof is op dit moment immers duurder dan methaan. elektrolyse door duurzame elektriciteit) in de buurt komt te liggen van de prijs voor waterstof die uit aardgas (methaan) wordt gefabriceerd. Een andere zeer interessante ontwikkeling is het katalytisch proces om methanol via dehydratie in dimethylether (DME) om te zetten, dat dezelfde eigenschappen heeft als fossiele diesel maar tijdens het verbrandingsproces geen fijnstof produceert. KOPERGEBASEERDE KATALYSATOR Katalysatoren zijn er in vele gedaanten. Er zijn er die gebruik maken van het dure platina en metaaloxide-varianten, zoals nikkeloxide. Andere werken met van nature voorkomende katalysatoren, zoals enzymen. Voor de CO2-conversie naar methanol gebruiken Urakawa en zijn team voornamelijk kopergebaseerde katalysatoren. “Goedkoop en zeer efficiënt”, luidt de simpele uitleg van de Japanse professor. BLACKBOX Urakawa wil in het nieuwe katalyselab niet alleen betere katalysatoren ontwikkelen en nieuwe typen ontdekken, maar ook de katalytische processen zelf verbeteren. “Beide zijn even belangrijk.” Een wezenlijke voorwaarde hiervoor is meer inzicht in wat er in de reactor gebeurt. “Vaak denken ontwikkelaars dat ze hun parameters goed in beeld hebben. Dan blijkt een proces op 800 graden in het lab goed te functioneren, maar eenmaal opgeschaald pakt het vervolgens rampzalig uit. In feite zijn katalytische processen grotendeels nog een blackbox, we kunnen hooguit wat aan de knoppen draaien.” PROCES VERBETEREN In het nieuwe lab kan wel geëxperimenteerd worden op de juiste schaalgrootte en onder industriële procescondities. Bovendien hebben de onderzoekers de beschikking over de technologie om processen beter te doorgronden en te achterhalen wat er tijdens de verschillende stappen in de katalysereactor precies gebeurt. Tot de ‘Katalyse is in feite nog een blackbox; we kunnen hooguit wat aan de knoppen draaien’ standaarduitrusting van de onderzoekers behoren spectroscopen, waarmee ze – met behulp van licht – katalytische reactiemechanismen ‘in actie’ kunnen bestuderen. Met infraroodcamera’s zijn ze in staat het warmteverloop in de reactorbuis exact te volgen. Urakawa: “Zo hebben we ontdekt dat het temperatuurverloop bij katalyseprocessen grillig kan zijn. Ook weten we nu wanneer kataly- 10 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2020 Fluids Processing | nr. 1 | februari 2020 11 satoren de meeste activiteit vertonen.” Met een image-processing-applicatie kunnen de onderzoekers volgen wat er op de katalysator gebeurt, van nulsituatie tot volledig geoxideerde toestand. NANOSCHAAL De onderzoekers maken regelmatig ‘uitstapjes’ naar synchroton-faciliteiten, zoals het ESRF in Grenoble. Dankzij de elektronenversnelling en het geëmitteerd licht van de synchroton-technologie kunnen ze de structuur van katalysatoren op nanoschaal bestuderen. “Door al deze hulpmiddelen leren we enorm veel over katalysatoren en katalyseprocessen. Dat stelt ons in staat beide te verbeteren”, zegt Urakawa. “In de industrie bestaat een grote behoefte om katalyse-reacties precies te kunnen modelleren. Wij voorzien in de ingredienten hiervoor.” ● Master-student Adarsh Patil (l) en promovendus Nat Phongprueksathat bij een minireactor-opstelling voor katalytische CO₂-conversie met waterstof naar methanol (hoge druk: 400 bar).
PROCES MEDIA
Solids Processing Fluids Processing MB Maintenance SchuettgutPortal
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
Service en contact
ContactDisclaimerPrivacyAdverteren