Experimenteren met chemische zonnepanelen

De standaard chemische reactor is een glazen vat en werkt zo: chemicaliën inbrengen, mengen, opwarmen of afkoelen, en je krijgt een nieuw product. "Die grote glazen tanken werken prima", zegt chemisch ingenieur Mumin Enis Leblebici van het Centrum voor Industriële Procestechnologie (CIPT). "Zo worden de meeste verven, plastics en geneesmiddelen gemaakt. Maar veel grote reactoren hebben één groot nadeel: ze kunnen meestal niet continu werken, ze produceren traag, in batch en per lot. Na elk lot moet men de reactor weer stilleggen, schoonmaken, steriliseren enzovoort. Dat betekent weinig flexibiliteit voor een bedrijf: de productie ligt af en toe stil en de grootte van een lot ligt vast."

Na zes eeuwen met de klassieke tank is er sinds een paar decennia een nieuwkomer die er helemaal anders uitziet: de flow-reactor. "Dat is een smal buisje, kleiner dan een millimeter." Leblebici toont een paar prototypes die met een 3D-printer gemaakt zijn: kleine, bijna transparante blokjes waardoor buisjes lopen. "Je laat continu een vloeistof of een gas door de buisjes stromen terwijl de reactor bestraald wordt met licht. Dat licht zorgt voor een chemische reactie en zo krijg je een constante flow van het product dat je wil maken."

Chemische zonnepanelen

Leblebici spreekt van chemische zonnepanelen: "Bij de gewone fotovoltaïsche zonnepanelen gebruik je zonlicht om elektriciteit op te wekken. Wij gebruiken ook licht, maar dan om rechtstreeks chemicaliën aan te maken." Dat kan door van een afvalproduct te vertrekken: bijvoorbeeld glycerol, een restproduct van biodiesel. "Door de fotochemische reactie van het licht met de glycerol die door zo’n chemisch zonnepaneel stroomt, krijg je uiteindelijk andere bruikbare chemicaliën, zoals zuren en oplosmiddelen, bijvoorbeeld aceton."

Met flow-reactoren kan je niet alleen afval recycleren maar ook lucht zuiveren. Daarvoor experimenteren de onderzoekers uit Diepenbeek met een speciaal type: aerosol-reactoren. "Die volgen hetzelfde principe: we vernevelen druppels met chemicaliën erin – de druppels zijn de tegenhangers van de buisjes – en die reageren met het licht. Zo zou je bijvoorbeeld CO2 kunnen afvangen, concentreren en hergebruiken."

Klein maar fijn

De nieuwste generatie reactoren heeft vele voordelen tegenover de grote collega’s: "Flow-reactoren hebben relatief gezien een groter oppervlak dat kan reageren met de stoffen in de reactor, dat maakt ze efficiënter. Omdat ze zo klein zijn, zijn ze ook veiliger en mobieler. En ze werken continu: hun ‘debiet’ kan zelfs aangepast worden, al naargelang er veel of weinig moet geproduceerd worden. Licht is goedkoop als energiebron en zorgt ook voor flexibiliteit: door de intensiteit en golflengte aan te passen kan je andere chemicaliën produceren."

Dat klinkt goed, al zitten flow-reactoren nu nog in de experimentele fase. "Het is nu zaak om wat we in het labo kunnen maken in zeer kleine hoeveelheden te vertalen naar een grote, industriële schaal: hoe maak je tonnen per minuut van iets? Daarbij moet je ook in rekening brengen dat de productie steeds meer modulair en flexibel wordt. Denk aan een bedrijf dat een groot gamma geneesmiddelen produceert: dezelfde installatie die vandaag aspirines maakt, wordt morgen gebruikt voor anti­depressiva. Die omschakeling vraagt een enorme expertise: welke chemicaliën, temperatuur, druk, licht, tijdsduur … heb je nodig om telkens het juiste product te krijgen? We starten nu ook onderzoek naar artificiële intelligentie om dat proces te digitaliseren. De flow-reactor is meer dan een gimmick, het wordt de nieuwe standaard."