Multidisciplinaire Master Systems and Control - Technische ...

2 0
XO XN XD XE XR XZ XO XE XK X X X X X X
bijvoorbeeld rotatie in te voeren. Zo werken
we nu aan een zogenoemde multiple spinning
disks-reactor, twee roterende schijven
die je kunt verwarmen of koelen en waarvan
je het oppervlak kunt structureren of
op een slimme manier van katalysatoren
kunt voorzien. Door een aantal sets van
schijven achter elkaar te plaatsen kun je
een hele chemische fabriek bouwen. Daar
is ook bij de grote chemische industrieën
belangstelling voor. We zijn met hen en
met apparatenbouwers in gesprek om tot
een vervolgproject op dit gebied te komen.
Hoe breng je dit concept in praktijk is
dan een praktische vraag. Maar ook veel
fundamentele vragen over bijvoorbeeld
stof- en warmteoverdracht in een complexe
roterende stroming van kleine gasbelletjes
in een vloeistof, moeten nog opgehelderd
worden.’
Met de huidige aandacht voor grondstoffen-
en energiebesparing staan ook methoden
om de efficiëntie van chemische
processen te verhogen in de belangstelling.
Van Santen: ‘Om uit olie brandstoffen en
polymeren te maken heb je katalysatoren
nodig, voor elke nieuwe stap een nieuwe
katalysator. Als de grondstof verandert en
je uit kolen, aardgas of biomassa brandstof
wilt maken, heb je weer andere katalysatoren
nodig. Dat kunnen legeringen zijn,
sulfides of anorganische vaste zuren. Als je
het proces op moleculaire schaal begrijpt,
kun je vervolgens bedenken hoe je zo’n katalysator
kunt aanpassen om de efficiëntie
van het proces te verhogen. We weten nu
dat de vorm van de katalytische deeltjes een
rol speelt, voor sommige processen moeten
ze veel randen hebben, voor andere juist
heel vlak zijn. Niet alleen de chemie maar
ook de structuur is van belang. Het feit dat
je die nu ook kunt voorspellen, beheersen
en maken is natuurlijk heel spannend.’
De brandstoffen leveren vervolgens in
weer een ander chemisch proces energie
en ook daar spelen katalysatoren een rol.
M A T R I X / 3 / 2 0 0 8
Prof. Rutger van Santen
(links) & prof. Jaap
Schouten met reactor.
Om de schadelijke uitstoot van auto’s en
energiecentrales tot een minimum te beperken
is daarbij niet alleen kennis nodig
van katalyse, ook procesregeling speelt
bijvoorbeeld een essentiële rol. Daarvoor
is ook samenwerking over de grenzen van
de faculteit Scheikundige Technologie
nodig. Schouten: ‘Samen met de faculteit
Elektrotechniek hebben we onderzoek uitgevoerd
naar de beperking van de uitstoot
van dieselmotoren. Onze rol was om de
chemische en katalytische aspecten van de
reacties in de autouitlaat te ontrafelen, te
kijken welke tijdconstanten daar spelen.
fundamentele kennis omtrent de katalyse
en de reactiekinetiek in een dergelijk
dynamisch proces en kennis van de procesregeling
die in het motormanagementsysteem
is ondergebracht, leveren samen
de benodigde inzichten om de emissies
in de autouitlaat te verlagen. Dezelfde
samenwerking tussen onderzoekers op
het gebied van katalyse, procesregeling
en reactortechnologie kunnen ook andere
productieprocessen energie- en materiaalzuiniger
maken. Snel en zeer kort lokaal
verwarmen waardoor de katalysator precies
op het moment dat de reactanten langskomen
actief wordt bijvoorbeeld. Dat kan al
op kleine schaal in microreactoren, maar
we denken ook over methoden om dat op
grotere schaal te doen.’
Industriële partners
Bij nagenoeg al het onderzoek zijn industriële
partners betrokken, bijvoorbeeld via
projecten gefinancierd door de Stichting
Technische Wetenschappen (STW) maar
ook in bilaterale projecten. Nu de chemische
industrie steeds minder hoog-risicoonderzoek
zelf doet of kan doen, komen ze
steeds meer naar de universiteiten met hun
vragen. Van Santen vindt dat een goede
ontwikkeling. ‘Het is natuurlijk verstandig
om je onderzoek goed te laten aansluiten
bij de praktijk en de industrie kan vaak
beter beoordelen of iets tot succes kan leiden.
Je moet je als onderzoeker tegenwoordig
ook onderdeel voelen van een netwerk,
je hebt een iets andere rol dan de traditionele
universitaire onderzoeker. Dat is
trouwens gemakkelijker nu de universiteit
ons vakgebied als profileringsgebied heeft
aangegeven. Dan heb je met alle groepen
samen voldoende kritische massa en kun
je je mensen veroorloven die zich wat meer
met die netwerken bezighouden.’
Enzymen
Als de aandacht van de industrie verschuift
naar andere grondstoffen, volgt ook het
onderzoek die lijn. katalyse speelt ook
een rol bij waterstofproductie en - opslag
en ook biomassa als grondstof is voor de
katalytische groep van Van Santen nu een
belangrijk onderwerp. Enzymen dienen als
voorbeeld om katalytische reacties te begrijpen
en ervan te leren, maar ook als basis
om katalysatoren te maken. ‘Synthetische
katalysatoren zijn breder inzetbaar, onder
extremere condities, dan enzymen, maar
enzymen hebben iets bijzonders. Ze zijn
oplosbaar in water, hydrofiel dus, maar
de binnenkant stoot juist water af, die is
hydrofoob. Wij zijn ook katalysatoren gaan
maken die zowel hydrofoob als hydrofiel
zijn. kubusjes van silica met goed gedefinieerde
organische groepen eraan die de
functie bepalen. We maken zo hele mooie
driedimensionale structuren met een
functie die lijkt op die van enzymen. Daar
is zelfs een bedrijfje uit ontstaan: Hybrid
Catalysis.’ Persoonlijk is Van Santen ervan
overtuigd dat zonne-energie een grotere rol
zal spelen dan biomassa voor de oplossing
van het energieprobleem: ‘De opbrengst
per eenheid oppervlak is een factor 10 tot
100 meer en er ligt een grote uitdaging dat
te realiseren. Ook daar spelen katalysatoren
een rol.’
Een andere, nog grotere uitdaging ziet Van
Santen in het Instituut voor Complexe
Moleculaire Systemen (ICMS) dat hij
samen met een aantal andere hoogleraren
recentelijk heeft opgericht, onder anderen
met Schouten en Meijer, maar er zijn ook
wiskundigen en informatici bij betrokken.
Van Santen: ‘Mijn droom is dat katalysatoren
zichzelf gaan optimaliseren, zich
gaan aanpassen aan gewijzigde omstandigheden.
Dan praat je over processen op
nanometerschaal. Dan praat je over self
assembly. Descartes zei ooit dat je geen
systeem kunt ontwerpen dat zichzelf verbetert,
maar inmiddels bestaan er evolutionaire
computerprogramma’s en zelflerende
systemen. Het is een onderzoeksveld met
grote beloften.’