Plasmatechnologie is een ‘game changer’ als het gaat om elektrificatie van processen binnen de chemische industrie. Een consortium van kennisinstellingen en bedrijven gaat in het Brightsite Plasmalab aan de slag met een duurzaam plasma stikstofchemieproject. Met behulp van de onlangs toegekende MOOI-subsidie (Missiegedreven Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie) kan de komende vier jaar de ontwikkeling van plasmatechnologie op dit vlak in een stroomversnelling komen.
“Plasmatechnologie heeft de potentie om chemische processen te elektrificeren en is daarom één van de opties die Brightsite binnen haar programmalijn ‘Emissiereductie door elektrificatie’ onderzoekt”, vertelt Hans Linden, programmamanager bij Brightsite. “In het Brightsite Plasmalab hebben we diverse toepassingen uitgaande van zowel koolstof- als stikstofhoudende moleculen in het vizier. Zo kan met plasmatechnologie – gebruikmakend van elektriciteit uit duurzame energiebronnen – methaan omgezet worden in waterstof en hoogwaardige koolwaterstoffen, zonder dat daar CO2 bij vrijkomt. Daarnaast vormt zogenaamde stikstoffixatie, waar we nu deze MOOI-subsidie voor hebben gekregen, een tweede poot binnen ons onderzoek in het Brightsite Plasmalab”, aldus Linden.
Deelnemers aan de Kick-off bijeenkomst op de Brightlands Chemelot Campus
Duurzaam stikstofchemieproject
“Met dit project, genaamd SuN-Chem (Sustainable Nitrogen Chemistry by Plasma Technology for Circular Fertilizers and Fine Chemicals) willen we de eerste stappen zetten om stikstof gebaseerde bouwstenen voor kunststoffen en kunstmest op een circulaire manier te produceren. De ontwikkeling van plasmatechnologie op het gebied van stikstofhoudende moleculen neemt in rap tempo toe.
We zijn daarom erg blij met de toekenning van de MOOI-subsidie voor ons project, met deze vierjarige subsidie kunnen we een grote slag maken. In het project staat de ontwikkeling van de technologie centraal en kijken we hoe deze zich in termen van efficiëntie, productiviteit, veiligheid, aanvaardbaarheid en op financieel vlak verhoudt met het Haber-Bosch proces, dat nu gebruikt wordt voor de chemische synthese van ammoniak (NH3). We beginnen op kleine schaal en bij een lage Technology Readiness Level (TRL). Ons streven is om in die vier jaar de technologie naar TRL 4 (laboratoriumschaal) tot TR 6 (bench scale) te brengen. Vervolgens is het zaak naar pilotplant en uiteindelijk industriële schaal door te ontwikkelen. Daar kunnen we over 10 jaar zijn”, denkt Linden.
Multidisciplinair consortium
Het project wordt uitgevoerd door een consortium van negen partijen. Brightsite partners Maastricht University (UM), TNO, Sitech en Brightlands Chemelot Campus worden ondersteund door onderzoeksinstituut DIFFER en vier eindgebruikers, BASF, Evonik Industries, Stamicarbon en VitalFluid. “Het is mooi dat direct al vier eindgebruikers instappen. Het is voor hen natuurlijk interessant om vanaf het begin bij de ontwikkeling betrokken te zijn. Bovendien kunnen ze ons helpen bij het definiëren wat er nodig is om straks tot toepassingen in de industrie te komen”, legt projectleider Wilbert Derks uit. “Waar UM en DIFFER met name een rol hebben binnen de kleinschalige processen, zal TNO van meerwaarde zijn bij het vertalen naar benchscale. Sitech staat voor het proces van de engineering en benodigde veiligheidsstudies voor de lab-opstelling van 10 kW van UM. Vervolgens vertalen we dit naar aanpassingen voor de benchscale van 50 kW van TNO en de Pilot plant van 500 kW van Sitech.”
Wat is plasmatechnologie?
Plasmatechnologie heeft de potentie chemische processen te elektrificeren met (groene) stroom en grondstoffen te produceren voor de chemische industrie zonder dat er CO2 vrijkomt. Plasma wordt ook wel de vierde aggregatietoestand genoemd, naast vast, vloeibaar en gas. Wanneer een gas in een voldoende sterk elektrisch veld wordt gebracht ontstaat een toestand waarin gasdeeltjes ioniseren. Dit geïoniseerde gas bestaat uit gasmoleculen en reactieve deeltjes zoals ionen, elektronen en radicalen. Deze combinatie van reactieve deeltjes maakt (nieuwe) chemische reacties mogelijk. In het hart van deze elektrische vlam, het hart van de plasmawolk, is de temperatuur heel hoog. Onder deze omstandigheden kunnen zeer snel moleculen gesplitst en gevormd worden. En omdat een plasma opgewekt wordt met elektrische energie is het proces duurzaam wanneer er groene elektriciteit wordt gebruikt.
MOOI-subsidie
De MOOI-subsidie (Missiegedreven Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie) is bestemd voor energie- en klimaatinnovaties op het gebied van elektriciteit, gebouwde omgeving en industrie. De subsidie is onderdeel van het Topsector Energie (TSE) subsidieprogramma. Samenwerkingsprojecten met een multidisciplinaire (integrale) aanpak komen voor de subsidie in aanmerking. De regeling biedt met name kansen voor nieuwe innovaties die nu nog niet rijp zijn voor commerciële marktintroductie, maar die wel binnen vijf à tien jaar kunnen leiden tot een eerste toepassing / demonstratie in een praktijkomgeving. Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) is de subsidieverstrekker.
Brightsite Plasmalab
Het Brightsite Plasmalab is in 2021 geopend. Dit unieke lab is de plek waar Brightsite partners UM, TNO en Sitech, samen met studenten en bedrijven uit de chemische industrie, bestaande plasmatechnologie optimaliseren en nieuwe plasmaprocessen ontwikkelen. Door de mogelijkheden van plasmatechnologie in het Brightsite Plasmalab te combineren met innovatieve state-of-the-art technologieën en daarnaast fundamenteel onderzoek uit te voeren verwachten we belangrijke doorbraken in duurzaamheid te kunnen maken. Het hoogwaardig omzetten van methaan is een van de pijlers van Brightsite op het gebied van plasmatechnologie. Er wordt tevens gekeken naar andere mogelijkheden voor de toekomst. “Plasmatechnologie is niet alleen toe te passen voor methaanvalorisatie, maar ook binnen de stikstofketen voor productie van kunstmest en kunststoffen. Het is wat ons betreft een efficiënte chemische procestechnologie gebaseerd op groene elektriciteit”, besluit Linden. Momenteel bevinden zich in het lab drie opstellingen om nieuwe chemische processen te onderzoeken en opschalen naar een commerciële plantsituatie. Dit zijn een 10 kW lab opstelling voor fundamenteel onderzoek, een 50 kW benchscale opstelling voor toegepast onderzoek en een 500 kW pilot plant voor het demonstreren van het proces op 24/7 basis.
Wilt u bijdragen aan dit project of wilt u gebruik maken van onze diensten? Neem dan contact op met Programma Manager Hans Linden.
Hans Linden
Program Manager