utilrap2008. - Aandrijvenenbesturen.nl

12
Van idee naar utilisatie / Utilisatierapport STW 2008
“Membranen
met nano-techniek:
Moleculaire
koffiefilters”
Het promotieonderzoek van Jörg Balster is gefinancierd
binnen het Open Technologieprogramma van STW _ 05739
In het laatste jaar van zijn studie als
chemisch ingenieur raakte Jörg Balster
(geboren 1975, in Nordhorn, Duitsland)
gefascineerd door membranen. De dunne,
vlakke structuren die twee ruimtes van
elkaar scheiden, verenigden voor Balster
alles wat de scheikunde zo boeiend
maakt: het scheiden van stoffen door
elektrochemische reacties onder minimale
toevoer van energie, de zeer grote volumes
die met membranen verwerkt kunnen
worden, en de veelzijdige toepassingen,
zoals bijvoorbeeld in het recyclen van
chemische stoffen of het zuiveren van
drinkwater. Balster: “Membranen zijn een
soort koffiefilters voor moleculen. Dat je
met zo’n relatief eenvoudig principe zoveel
hightech mogelijkheden hebt, dat vind ik
nog steeds fascinerend”.
In 2001 kwam Balster terecht bij de
vakgroep membraantechnologie aan de
Universiteit Twente. Met de membraantechnologie
in zijn achterhoofd, zoog hij
in Twente alles in zich op wat er te weten
is over polymeren. Balster: “Polymeren
zijn molecuul ketens waarbij grote hoeveelheden
van een of meer identieke moleculen
aan elkaar zijn gekoppeld. Door de vorm
en aaneenschakeling van deze moleculen
kun je heel precies de materiaal- of
chemische eigenschappen van het polymeer
bepalen”.
Balster behaalde in 2002 zijn masters
in Twente met onderzoek waarbij hij aan
koolstofmembranen een polymeer toevoegde
waarin door verhitting verschillende
soorten metaalzouten waren bijgemengd.
Tijdens dit onderzoek was hij erin geslaagd
een techniek te vinden waarmee hij
precies kon reguleren voor welke gassen
een membraan wel- en niet doorlaatbaar
zou zijn. Daarna begon zijn promotieonderzoek
bij Matthias Wessling. De eerste
doelstelling van het onderzoek was heel
toegepast: het verbeteren van een proces
uit de kaasindustrie, waarbij eiwitten,
vetten en mineralen uit de melk gescheiden
worden van het vocht door toevoeging
van stremsel, zuursel en zout. Betere
membranen speelden in het nieuwe proces
een belangrijke rol.
Vrijdagen
Maar door de grote onderzoeksvrijheid
binnen de vakgroep kwamen er al snel
andere, veel meer theoretische onderwerpen
bij. Balster: “Vooral de vrijdagen
zijn hiervoor doorslaggevend geweest.
’s Ochtends hielden daarbij de promovendi
inspirerende lezingen en tijdens de koffiepauzes
ontstonden vaak de wildste ideeën.
’s Middags doken we dan allemaal in het
lab om experimenten te doen, die eigenlijk
niets met ons reguliere onderzoek te
maken hadden”.
Juist deze vrijdagmiddagexperimenten
zetten Balster op het spoor van fundamentele
verbeteringen aan de membraantechnologie
en leverden hem zelfs het
wereldwijd eerste experimentele bewijs
op voor een wiskundig model voor de
efficiëntie van membranen.
Theorie van Isaac Rubenstein
De fundamentele verbeteringen aan de
membraantechnologie bereikte Balster
door problemen, die men tot dan toe in
zijn geheel had proberen op te lossen,
in deelproblemen te scheiden. De eerste
drie jaar van zijn onderzoek concentreerde
hij zich op het verbeteren van de membranen
zelf. Het resultaat van dit werk is een
membraan met zeer hoge doorlaatbaarheid,
gecombineerd met een hoge selectiviteit.
Balster: “Tot nu toe konden elektochemische
membranen moleculen alleen grof
scheiden: de positief geladen deeltjes
aan de ene kant, en de negatieve aan de
andere kant. Met de nieuwe techniek
kunnen membranen zelfs onderscheid
maken tussen enkelvoudig of meervoudig
geladen deeltjes”.
Het experimentele bewijs voor een van de
belangrijkste theorieën in het vakgebied
kon Balster in het laatste jaar van zijn
onderzoek leveren. Dit theoretische model
was eind jaren zeventig geformuleerd door
de Israëlische wetenschapper Isaac