OP WEG NAAR CHEMISCHE ANALYSE 4.0

ISPT EN COAST WERKEN SAMEN AAN INDUSTRY 4.0 TOEPASSINGEN IN ANALYTISCHE CHEMIE

In de procestechnologie is datagedreven industriële productie nauw verbonden met analytische chemie. Het is daarom niet verwonderlijk dat het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) en het topinstituut voor Comprehensive Analytical Science and Technology (COAST) elkaar hebben gevonden op het onderwerp Industry 4.0. Een eerste samenwerkingsproject op het gebied van 'Handheld Spectrometry Networks' is in voorbereiding.

 

digitale procesindustrie

"Voor de automatisering van processen, voor inzicht in en bijsturen van processen, voor het voeden van besturingsalgoritmes zijn data nodig", zegt Henk-Jan van Manen, expert Integrated Analytical Science bij Nouryon. "Data over de kwaliteit en samenstelling van grondstoffen, van producten, van materialen. Analytisch chemische sensoren leveren die data. Vaak gebeurt dat in een specialistisch laboratorium, maar er komt steeds meer handzame en betaalbare handheld sensortechnologie beschikbaar die het lab als het ware naar de fabriek brengt. Dan kun je veel meer meten en zelfs in real-time."

Van Manen nam samen met Eric van Sprang bij COAST het initiatief tot de subcommunity Industry 4.0. Daarin werken industrie, onderwijs en wetenschap samen om R&D en human capital in (de toepassing van) analytische wetenschappen te versterken. COAST heeft daarbij een sterke focus op de industriële behoefte. "We zien veel potentie in de combinatie van analytische chemie met Industry 4.0-concepten", aldus Van Manen. Van Manen vond in John Harinck en zijn collega Dewi Mooij bijzonder geïnteresseerde partners. Harinck leidt sinds kort het Industry 4.0 programma van ISPT, dat de nodige ervaring heeft met innovaties in procestechnologie en Industry 4.0 - denk aan predictive maintenance, chemometrische data analyse en digital twins. "Succesvolle ontwikkeling en implementatie van Industry 4.0 innovaties vereist samenwerking tussen disciplines en betrokkenheid bij de eindgebruikers", zegt Harinck. "De instituten voor duurzame procestechnologie (ISPT) en analytische chemie (COAST) vullen elkaar daarom goed aan." Harinck verwacht door de samenwerking effectiever te kunnen bijdragen aan de digitale en duurzaamheids-transformatie van de procesindustrie.

Vochtgehalte controleren op productielocatie

In een pilotproject met Radboud Universiteit en Nouryon werd een handheld spectrometer toegepast voor ingangscontrole van organische oplosmiddelen, met name om het vochtgehalte vast te stellen. Dat kan nu direct bij de levering op een productielocatie, zodat er geen sample meer naar het lab hoeft. Dat bespaart tijd en vergemakkelijkt de logistiek. (Beeld: Jeroen Jansen, Radboud Universiteit)

 

Handheld Spectrometry Networks

Harinck en Van Manen werken aan een eerste samenwerkingsproject op het gebied van Handheld Spectrometry Networks. Ze werken aan een gezamenlijk projectplan en subsidieaanvraag. "Het is een mooi startproject waarmee we de synergie tussen ISPT en COAST kunnen demonstreren", zegt Van Manen. "Maar we gaan ook op zoek naar andere projectideeën waar de industrie potentieel voordeel bij heeft."

Handheld spectrometrie biedt direct inzicht op locatie en is geschikt voor online monitoring in real-time

Bij het concept van handheld spectrometrie gaat het om mobiele, handzame en relatief goedkope spectrometers die met zichtbaar licht, IR en andere straling stoffen kunnen analyseren en identificeren. Dit is een belangrijke aanvulling op het traditionele laboratorium voor kwaliteitscontrole. Daar staat weliswaar geavanceerde apparatuur, maar de analyse vergt relatief veel tijd: sample nemen, naar het lab brengen, test uitvoeren, rapporteren en terugkoppelen. Handheld spectrometrie biedt direct inzicht en op locatie. Bovendien is dergelijke technologie geschikt voor online monitoring in real-time omdat de apparatuur doorgaans de optie heeft voor gegevensuitwisseling via een netwerkverbinding. Het idee van Handheld Spectrometry Networks (HSN) is meerdere van die handheld spectrometers aan elkaar te koppelen om in real-time gegevens te verzamelen op belangrijke locaties in de fabriek.

 

Uitdagingen

Analytisch chemicus Jeroen Jansen is gespecialiseerd in de digitale vertaling van nieuwe bronnen van analytische meetdata in waardevolle procesinformatie. Hij is werkzaam bij de Radboud Universiteit en voerde samen met Wageningen Food Safety Research al verkennend onderzoek uit naar de industriële relevantie van HSN. Uit een aantal casestudies bleek de potentie, maar het werd ook duidelijk dat metingen met handheld spectrometrie niet altijd van dezelfde kwaliteit zijn als die van een goed uitgerust laboratorium. Daarnaast is het lastiger de metingen reproduceerbaar uit te voeren; er zijn immers meer omgevingsinvloeden dan in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Jansen is nauw betrokken bij de voorbereiding van het gezamenlijke ISPT/COAST project. Allereerst, stelt hij, is het voor een gewenste toepassing van belang de handheld technologie te kiezen met de juiste specificaties en de juiste prijs. Vervolgens is het van belang de meetresultaten te relateren aan de standaarden die gebruikelijk zijn in analytische laboratoria. Daarnaast moeten procedures en tools worden ontwikkeld die voor consistentie zorgen: in monsterafname en -behandeling, in de spectroscopische meting zelf, en in de daaropvolgende gegevensvoorbewerking en -analyse. "Het vergt grote en fundamentele innovaties in de kwantitatieve gegevensverwerking om uit handheld spectrometrie metingen, die zich kenmerken door grote datavolumes van wisselende meetkwaliteit, de benodigde hoogwaardige procesinformatie te ontsluiten." Ten slotte benadrukt Jansen dat de ontwikkelingen in meettechnologie hand in hand moeten gaan met duidelijke en gekwantificeerde waardeproposities voor de procesveranderingen die op basis van deze nieuwe in situ datastromen doorgevoerd kunnen worden.

 

Interesse bij industrie

Recent organiseerden ISPT en COAST de eerste matchmaking-sessie gericht op toepassingen van Handheld Spectrometry Networks (HSN) in de procesindustrie. Daarbij bleek sprake van brede industriële interesse, variërend van polymeerproductie tot metaalrecycling. Ook academische onderzoekers en technologieleveranciers haakten aan. In de sessie werden de voordelen van HSN voor een economische en duurzame procesvoering besproken en relevante toepassingen van HSN in de procesindustrie passeerden de revue. Denk aan grondstofidentificatie en kwaliteitscontrole, at-line analyse, snelle identificatie en lokalisatie van emissies en het vaststellen van de restkwaliteit van afvalstromen.
Harinck nodigt geïnteresseerde bedrijven die hierin hun business herkennen en potentiële voordelen zien om aan te sluiten bij het consortium. Zijn ambitie is om ideeën en innovaties te ontwikkelen die impact hebben op de digitale transformatie en verduurzaming van de procesindustrie en aansluiten bij de gemeenschappelijke behoeften bij de industriële bedrijven: "Denk aan predictive maintenance, in-line analyse, optimalisatie van energie- en grondstofgebruik in unit operaties en waardeketens en vergaande automatisering van processen tot autonome fabrieken."

Trends and Applications in Process Industry
ISPT en COAST organiseren een serie Industry 4.0 bijeenkomsten onder het thema ‘Trends and Applications in Process Industry'. Meer informatie is te vinden op https://ispt.eu/events/smart-sensors. Meer informatie over het project Handheld Spectrometry Networks is te verkrijgen bij dewi.mooij@ispt.eu.