Multidisciplinaire samenwerking zet procesintensificatie op de kaart

Welke technologieën zijn beschikbaar, waar is kruisbestuiving mogelijk?

bijeenkomst van SPIN-NL — In 2023 bezocht een delegatie van SPIN-NL de TU Eindhoven, een bijeenkomst rond het thema 'Elektrificatie van de naftakrakers'

Binnen de procestechniek vinden processen plaats voor het transport van massa, warmte en impuls. Procesintensificatie op de kleinste schaal betekent dat deze processen op moleculaire schaal optimaal op elkaar zijn afgestemd. Het opschalen hiervan leidt tot het verloop van deze processen in één apparaat. Het doel: reductie van het energieverbruik en een efficiënter grondstoffengebruik.

Van PIN naar SPIN

Op basis van het veelbelovende karakter van procesidentificatie, stimuleerde NOVEM meer dan 25 jaar geleden de start van de landelijke werkgroep PIN-NL: ProcesIntensificatie Netwerk - Nederland. Deelnemers waren afkomstig uit de procesindustrie en van adviesbureaus, onderzoeksinstituten en universiteiten. Zo’n 15 jaar later werd de werkgroep officieel een vereniging met statuten waarin staat vermeld dat de vereniging verduurzaming wil bereiken door procesintensivering; het doel staat daarbij boven het middel. Bij het opstellen van de nieuwe statuten is meteen gebruik gemaakt van de mogelijkheid om de naam te veranderen in SPIN-NL waarbij de S staat voor sustainable.

SPIN-NL staat voor: Sustainable Procesintensificatie Netwerk - Nederland. Het platform timmert hard aan de weg om het fenomeen procesintensificatie breed uit te dragen. Eenvoudig omdat het een deeloplossing kan zijn voor enkele grotere maatschappelijke vraagstukken waaronder de energie- en de grondstoffentransitie. Naast een focus op technologie zoekt het netwerk voortdurend naar multidisciplinaire samenwerking waarin sectoren elkaar kunnen aanvullen. Dit gebeurt onder meer via de themabijeenkomst elektrochemische conversie van CO₂, die op 3 september in samenwerking met TNO wordt georganiseerd.

SPIN-NL voorzitter Henk van den Berg, em. Hoogleraar Procesontwerp aan de universiteit van Twente en consultant: “Bij de oprichting van indertijd PIN-NL lag de focus op de meerjarenplannen voor energiebesparing. De procesindustrie van nu richt zich meer op de ontwikkeling van duurzame processen met een minimale CO₂-uitstoot.”

Jos Beckers, penningmeester en interimmanager SPIN-NL — Jos Beckers, penningmeester SPIN-NL

Penningmeester Jos Beckers vult aan: “Omdat de doelstellingen van nu en 2050 anders zijn dan die van vijftig jaar geleden is vernieuwing nodig. Dit is mogelijk via procesintensificatie, waarmee al verschillende nieuwe procesontwerpen zijn gerealiseerd die efficiënter en goedkoper zijn en minder vervuiling opleveren. Omdat de bijbehorende installaties bovendien vaak kleiner zijn, biedt het bedrijven meer mogelijkheden om sneller en makkelijker verbeteringen in technologie door te voeren; de installaties blijven actueel en behouden hun waarde."

Om procesintensificatie breed uit te dragen en te stimuleren, biedt SPIN-NL onder meer een platform om kennis uit te wisselen tussen de leden onderling. In de nieuwe setting kunnen de achtergronden en werkzaamheden sterk verschillen wat het mogelijk maakt om inter- en multidisciplinair samen te werken. Daarnaast is de vereniging bezig met het opstellen van een roadmap PI, het inventariseren van veelbelovende PI-technologieën en het ondersteunen van nieuwe ontwikkelingen.

Kennis delen op diverse niveaus

Om de kennis en inzichten zo breed mogelijk te delen binnen de volledige procesindustrie organiseert SPIN-NL jaarlijks diverse bijeenkomsten. Zo zijn er de afgelopen jaren bijeenkomsten georganiseerd over thema’s als: elektrisch kraken, plasmachemie, het reduceren van CO₂, chemische recycling van kunststoffen en flow chemistry: hoe kun je van batchprocessen overstappen naar continue productie met behulp van PI?

"Procesintensificatie heeft de farmaceutische sector in staat gesteld om bepaalde grootschalige batchprocessen om te zetten naar kleinschaligere continue processen"

Henk Akse, oud-voorzitter en adviseur SPIN-NL — Henk Akse, oud-voorzitter SPIN-NL; eigenaar Traxxys Innovation & Sustainability

Henk Akse is oud-voorzitter en adviseur en legt uit: “Het laatstgenoemde thema is een typische trigger geweest voor de farmaceutische industrie. Om logische redenen is hier van oudsher weinig animo om processen te wijzigen; verandering betekent immers risico’s introduceren en dat is bij uitstek in deze sector niet gewenst. Er is echter wel een toenemende aandacht voor efficiënter en energiezuiniger produceren en dáár biedt procesintensificatie bij uitstek mogelijkheden. Het heeft deze sector bijvoorbeeld in staat gesteld om bepaalde grootschalige batchprocessen om te zetten naar kleinschaligere continue processen. Met alle voordelen die erbij horen: een lager energieverbruik, een hogere output, minder afval enzovoorts.”

Geert Henk Wijnants is secretaris van SPIN-NL en werkzaam als Principal Integrity consultant voor STORK Asset Management Technology en vult aan: “Een echte ‘successtory’ die aangeeft hoe breed PI is toe te passen. En dat is belangrijk. We hebben immers allemaal onze verantwoordelijkheid: de chemische en procestechnologiesector kunnen het zéker niet alleen waar het gaat om energiebesparing en het verminderen van de CO₂-uitstoot.”

"Veel equipment waarmee de chemische en procesindustrie op dit moment werken, is al relatief oud en indertijd snel en groots opgezet"

Naast het betrekken van specifieke kennissectoren is de kennisuitwisseling binnen het platform ook zeer praktisch van aard. Bedrijven kunnen immers wel positief tegenover PI staan en zelfs willen implementeren: de daadwerkelijke realisatie is een tweede stap waarna ook nog de instandhouding volgt. Bedrijven hebben daarbij niet alleen te maken met hun eigen proces, maar met de hele keten waarvan zij onderdeel uitmaken. Dit levert een relatief complex vraagstuk op waarbij partijen alle hulp en praktijkervaring van anderen kunnen gebruiken.

Catacel SSR internals, 3D-voorstelling — Voorbeeld van procesintensificatie: Catacel SSR internals (© Johnson Matthey)

4/4

Interdisciplinair

Om die reden zoekt SPIN-NL de brede samenwerking met zoveel mogelijk relevante disciplines om de kruisbestuiving te maximaliseren. Henk Akse is in zijn dagelijkse werkzaamheden al meermaals getuige geweest van het belang hiervan: “Veel equipment waarmee de chemische en procesindustrie op dit moment werken, is al relatief oud en indertijd snel en groots opgezet om te kunnen voldoen aan de sterk groeiende vraag in de jaren ’60 en ’70. In die tijd een prima oplossing, maar in de huidige tijd eigenlijk een sta-in-de weg. Zoals Jos Beckers ook al aanstipte: de focus van de procesindustrie in die tijd was ook anders dan nu en dus zou je eigenlijk andere installaties willen bouwen.

"Processen worden vaak afgestemd op de bestaande equipment terwijl we beter equipment ontwikkelen op basis van het gewenste proces"

De bestaande installaties zijn echter duur en dus willen we ze niet zomaar afdanken maar zo goed mogelijk blijven gebruiken. Het gevolg is dat processen op dit moment worden afgestemd op de bestaande equipment terwijl je dit precies andersom zou willen: je equipment ontwikkelen op basis van het gewenste proces. Zodanig dat het proces maximaal efficiënt kan verlopen en de equipment eenvoudig is aan te passen of te vervangen wanneer ontwikkelingen in het proces hierom vragen. Dat is precies wat mogelijk is met PI, waarbij veel kleinere installaties worden ingezet voor een hogere output.

De link met inter- en multidisciplinaire samenwerking komt naar voren bij de ontwikkeling van de nieuwe equipment: Wanneer je in het lab een briljant chemisch idee bedenkt en valideert, dan is het goed om bij de opschaling ervan direct een chemisch engineer te betrekken. Om samen na te denken over hoe het bijbehorende proces eruit gaat zien en wat daarvoor nodig is. Dit maakt de opschaling maar zeker ook de uiteindelijke uitvoering een stuk efficiënter.”

Plasmareactor, in ontwikkeling — Plasmareactor, testopstelling DIFFER. De axiale temperaturen liggen in een range van 2500 – 4000K, waardoor rechtstreekse omzetting van CO₂ naar CO mogelijk is (© Traxxys)

Elektrochemische conversie van CO₂

Op 3 september a.s. zal SPIN-NL in samenwerking met TNO een bijeenkomst organiseren over de elektrochemische conversie van CO₂. De omzetting van CO₂ naar andere (grond)stoffen is belangrijk omdat dit gas een negatieve impact heeft op het klimaat. Gelijktijdig speelt deze omzetting een rol in de materialentransitie: door de koolstofcomponent te recyclen en om te zetten naar nieuwe grondstoffen voor bijvoorbeeld de chemische industrie, is het niet nodig deze component aan de aarde te onttrekken in de vorm olie of gas.

Een van de sprekers is Earl Goetheer van de TU Delft die de voordelen van PI behandelt bij het omzetten van CO₂ in grondstoffen voor de procesindustrie, polyesters of anders. Een tweede spreker is Remko Detz die verslag zal doen van de studie die TNO heeft uitgevoerd in opdracht van het IEA Greenhouse Gas R&D programma. Dit betreft een onderzoek naar de ontwikkelingsstatus van verschillende soorten elektrochemische conversieprocessen die CO₂ kunnen omzetten naar chemicaliën zoals CO, syngas, mierenzuur en ethyleen.

Uit de lezing zal blijken dat verschillende routes substantieel variëren in hun ontwikkelingsfase. Tevens spreekt Annelie Jongerius van Avantium over de manier waarop het bedrijf zijn kennis op het gebied van katalyse en hernieuwbare kunststoffen heeft gecombineerd om een geïntegreerd elektrochemisch proces te ontwikkelen voor de productie van polymeren en chemicaliën uit CO2.

Geert Henk Wijnants geeft aan: “Belangrijk om toe te voegen is dat zo'n bijeenkomst niet alleen geschikt is voor mensen die interesse hebben in PI en de ambitie hebben om dit binnen hun eigen bedrijf toe te passen, maar ook voor investeerders. Wanneer je begrijpt waar ‘we’ in de toekomst naartoe moeten en welke mogelijkheden hiervoor op dit moment worden ontwikkeld, dan is eventueel een inschatting te maken van het rendement van de investering in een van de bijbehorende PI technologieën.”

Iedereen welkom

Voorzitter Van den Berg besluit: “Deze bijeenkomst zal ook bijdragen aan het informeren van diverse partijen over hoe PI kan bijdragen aan de verduurzaming van de procestechniek en hiermee aan de verduurzaming van de hele industrie. Laten we alsjeblieft met elkaar nadenken over de fabrieken en technologieën die in 2050 nodig zijn om het gewenste verduurzamingsniveau te behalen. Maar ook over de vraag: waar willen we met de chemische en procestechniek naartoe? In Nederland maar wellicht ook op Europees niveau? Zoveel vraagstukken die nog onbeantwoord zijn en waarvoor we iedereen kunnen gebruiken om deze op te lossen.”

groepsfoto bijeenkomst SPIN-NL — In november 2023 bezocht SPIN-NL de nieuwe pyrolyse-installatie van SABIC in Geleen.
Het thema van de bijeenkomst betrof 'Recycling van kunststoffen'

Voor de komende tijd ontwikkelt SPIN-NL plannen voor bijeenkomsten met als onderwerpen:
• Energie uit de Noordzee: winning, transport, omzetting en gebruik
• Defossilisatie: Hoe kunnen we vanuit de procesindustrie bijdragen aan een koolstofcyclus met zo min mogelijk verlies en toevoeging van fossiele componenten?

Iedereen die hieraan wil meewerken of een van de bijeenkomsten wil bijwonen, kan een e-mail sturen naar de voorzitter Henk van den Berg: h.vandenberg@utwente.nl.