Multidisciplinaire Master Systems and Control - Technische ...

in chemische processen waarbij sprake is van het omzetten van een grondstof in een
product speelt katalyse een belangrijke rol. De tu/e heeft zich vanaf haar ontstaan
beziggehouden met dit voor de industrie belangrijke gebied. Het kon dan ook niet
ontbreken als een van de onderzoeksprofileringsgebieden van de universiteit.
Profileringsgebied Catalysis
and Process engineering
Een katalysator, een stof die de snelheid
van een reactie bepaalt zonder daarbij zelf
verbruikt te worden, is het controlemechanisme
dat chemische conversieprocessen
stuurt. De efficiëntie van een proces in
termen van energie- en materiaalverbruik
is er sterk van afhankelijk. Onderzoek aan
nieuwe katalysatoren en begrip van de
werking van bestaande katalysatoren en
nieuwe reactortypen is en blijft belangrijk
voor de grote chemische industrieën
zoals Shell, DSM, Akzo, Unilever en het
vroegere Engelhard dat nu onderdeel is
van BASf. Het is een onderzoeksgebied
waar Nederland van oudsher sterk in is.
‘Maar vaak hebben de grote chemische
industrieën de mogelijkheid niet te onderzoeken
waarom een katalysator werkt
zoals die werkt en dan is het ook lastig
om vast te stellen hoe je die zou kunnen
verbeteren om het proces nog sneller en
efficiënter te laten verlopen’, zegt prof.dr.
Rutger van Santen, hoogleraar katalyse en
Anorganische Chemie.
Moleculair inzicht
Prof.dr. George Schuit, de eerste TU/ehoogleraar
Anorganische Chemie, is al in
de jaren zestig begonnen om in samenwerking
met de industrie nieuwe katalytische
systemen te begrijpen, te ontwikkelen en
te manipuleren op basis van moleculair
Een roterende schijfreactor. Rotatie zorgt
ervoor dat gas- en vloeistofstromen makkelijker
en sneller met elkaar in contact komen.
inzicht. Dat was in die tijd, toen rekenmethoden
en computers nog niet zover ontwikkeld
waren en alleen de net opkomende
spectroscopische methoden informatie
leverden, een niet geringe ambitie. In
Eindhoven is die lijn voortgezet tot op de
dag van vandaag: het beschrijven van katalytische
processen door het macroscopische
te verbinden met wat er op moleculaire
schaal gebeurt. Hoe veranderen de atomen,
zowel van de reagerende moleculen als
van de katalysatoren, van positie? Wat zijn
daarbij de spelregels? ‘Eindhoven is daar
redelijk uniek in’, benadrukt Van Santen,
‘in Nederland maar ook in de wereld. De
afstand tussen de moleculaire chemie zoals
die in mijn groep en ook in die van prof.dr.
Bert Meijer bedreven wordt, en de fysische
technologie en de reactortechnologie is
heel klein.’
Prof.dr.ir. Jaap Schouten, hoogleraar
Chemische Reactortechnologie, beaamt dit.
‘In mijn groep ontwikkelen en ontwerpen
we nieuwe reactortypen die we eerst op
labschaal uittesten en daarna zo mogelijk
ook samen met de industrie in de praktijk
toepassen. Wij werken bijvoorbeeld aan
microreactoren en aan gestructureerde
meerfasenreactoren en een belangrijk aandachtspunt
daarbij is hoe je een katalysator
op een efficiënte manier in die reactoren
kunt opnemen. Uit dat soort onderzoek volgen
dan vaak ook weer aanwijzingen hoe je
de katalysator kunt aanpassen of verbeteren
om een proces nog efficiënter te maken. De
onderzoekgebieden katalyse en reactortechnologie
versterken elkaar dus.’
De chemische industrie is een conservatieve
industrie waar sterk vertrouwd wordt
op bestaande concepten en technische
afschrijftermijnen erg lang zijn. Nieuwe
concepten zoals microreactoren zullen dan
ook niet overal meteen grootschalig ingezet
gaan worden. ‘Maar in op zichzelf staande
systemen, bijvoorbeeld in geminiaturiseerde
reactoren voor het produceren van
waterstof voor brandstofcellen in mobiele
toepassingen, kun je dankbaar gebruik
maken van deze technologie. Ook voor
kleinschalige productie in de fijnchemie
en de farmaceutische industrie zijn er
kansrijke mogelijkheden’, zegt Schouten.
‘Het grote voordeel van microreactoren is
dat je door lokaal te mengen, te verwarmen
en andere bewerkingen uit te voeren, een
proces heel gecontroleerd, volledig geïntegreerd
en continu kunt laten verlopen in
plaats van de processtappen op de klassieke
manier in verschillende reactoren afzonderlijk
en batchgewijs uit te voeren.’
Procesintensificatie
Het zijn niet alleen microreactoren waar
de groep van Schouten aan werkt. Nieuwe
reactorconcepten kunnen ook op grotere
schaal besparing van energie en materiaal
tot gevolg hebben. Er is inmiddels een
Europese Roadmap Procesintensificatie
uitgevoerd waarin de mogelijkheden op
een rij zijn gezet. Schouten: ‘Je kunt een
proces intensiveren door de krachten op de
reagerende gas- en vloeistofstromen te vergroten
waardoor ze makkelijker en sneller
met elkaar in contact komen. Dat kan door
M A T R I X / 3 / 2 0 0 8 1