Duurzame chemie: duurzame en performante productie hand in hand
De schaarste van grondstoffen en, de economische en ecologische kost van afvalstromen uit productieprocessen zijn productiefactoren die een steeds sterkere impact hebben op het concurrentievermogen van bedrijven. Productieprocessen moeten voldoen aan steeds performantere technologie om het verbruik van fossiele brandstoffen te beperken. Scheidingstechnieken vormen vaak een belangrijke energieverbuiker in diverse sectoren. Nieuwe ontwikkelingen binnen membraantechnologie openen een gans nieuw spectrum van mogelijkheden om processen sterker te integreren. Combinatie van scheidingen en reactie in één continu reactorconcept kunnen resulteren in een beduidende winstfactor op vlak van conversiesnelheid en conversiegraad. Gebruik van nieuwe membraanmaterialen maakt het mogelijk scheidingen te verrichten op basis van functionele karakteristieken van te scheiden componenten.
Biochemische conversiesystemen kunnen vertrekken van hernieuwbare organische grondstoffen of afvalstoffen voor de productie van een breed spectrum van bestaande en nieuwe basisstoffen.
Minerale afvalstoffen die tot heden veelal gestort werden, bezitten potentiële waarde tot hergebruik, mits de materiaalkarakteristieken afgestemd kunnen worden op de vereiste kwaliteitsnormen voor hergebruik. Chemische immobilisatie en stabilisatie processen kunnen resulteren in het opwaarderen van minerale reststoffen voor een brede variëteit van toepassingen.
VITO stelt tot doel om samen met onderzoekspartners (academisch, industrieel) grensverleggend onderzoek te doen door:
- nieuwe concepten te ontwikkelen en applicaties uit te bouwen waarin (bio)chemische conversies en membraantechnologie optimaal geïntegreerd worden
- afvalstoffen (waaronder CO2) als grondstof te nemen voor (biochemische) productie en chemische stabilisatie
- oog te blijven houden voor een controle van onvermijdbare polluenten die vrijkomen binnen de productieprocessen
Het onderzoeksprogramma Duurzame Chemie combineert VITO's grondige kennis en uitgebreide infrastructuur in de domeinen van materiaaltechnologie en scheiding- en (bio)chemische conversietechnologie.
Valorisatie van afvalstromen
Diverse organische afvalstromen worden vandaag niet gebruikt en bevatten tal van waardevolle chemicaliën die rechtstreeks, maar vooral na verdere transformatie kunnen omgezet worden in nieuwe waardevolle chemicaliën. VITO werkt aan de uitbouw van deze processen via microbiële omzettingen, extracties, fractioneringen, scheidingen en chemo-enzymatische processen aan de opwaardering van biomassa tot waardevolle basisgrondstoffen zoals biobrandstoffen (biodiesel, biomethaan, biowaterstof,…), biopolymeren, waardevolle aminozuren en oligopeptiden, vetzuren, alcoholen,…). Als afvalstromen wordt gebruik gemaakt van ondermeer dierlijk afval, keukenafval gecombineerd met afvalwater, plantenafval gecombineerd met bodemsanering, enz.
CO2 is in sommige gevallen (emissies) een grondstof met een negatieve waarde en daardoor dus zeer interessant voor gebruik in syntheseprocessen. VITO werkt aan het gebruik van CO2 als chemische grondstof om mineraal afval te carbonateren en om te zetten tot herbruikbare gesteenten en nieuwe producten.
Microbiële omzettingen van organisch afval en/of biomassa leiden tot nieuwe producten voor energie, chemie of voeding
Geïntegreerde scheidingsprocessen
Membranen worden al intensief gebruikt voor productie van proceswater en binnen waterzuiveringssystemen. Ze vinden echter meer en meer hun weg naar de processen zelf. Meer doorgedreven kennis rond solventscheidingen en de ontwikkeling van solventresistente membranen zal leiden tot nieuwe toepassingen in o.a. de chemie. VITO ontwikkelt o.a. een hydrofoob keramisch membraan om hieraan tegemoet te komen. Pervaporatiemembranen maken de scheiding van solventen uit water en omgekeerd mogelijk en kunnen aldus op een duurzame wijze processtromen zuiveren en afvalstromen opwaarderen (b.v. ontwatering van (bio)ethanol) als alternatief voor de energieintensieve destillatie.
VITO beschikt over ervaring in sol-gel technologie, templaat-geassisteerde depositie van toplagen op basis van mesoporeuze filmen of nanozeoliet deeltjes. Deze technologieën laten toe om keramische materialen met uiterst specifieke toplagen te maken. Dit leidt tot membranen met specifieke eigenschappen, specifieke en scherpe 'cut off' waarden, karakteristieke affiniteiten enz.
De ontwikkeling van zogenaamde 'Integrated Permeate Channel' polymeermembranen betekent een doorbraak in het productieproces van polymeermembranen waarbij een versteviging, die tevens dienst doet als permeaatkamer in één keer samen met de membraan gegoten worden. Deze gepatenteerde procedure leidt tot tal van mogelijke nieuwe toepassingen in waterzuivering, pervaporatie en membraanreactortechnologie.
De ontwikkeling van hogergenoemde gefunctionaliseerde keramische en IPC-membranen maakt het ook mogelijk om reactie en scheiding te koppelen via immobilisatie van chemische en biochemische (enzymes) katalysatoren in membraanreactoren. Dergelijke geïntegreerde processen zullen verder leiden tot een sterke verhoging van specificiteit en efficiëntie van de omzettingen.
Geïntegreerde concepten van membranen maken het mogelijk om membraan en permeaatkanaal in één keer te gieten. Dit leidt tot tal van toepassingen in scheidingstechnologie en integratie van (bio)chemische reacties en zuivering.
Polluent controle
Het is bekend dat zowel afvalwater als bodem en grondwater te kampen hebben met hardnekkige of persistente polluenten (b.v. AOX, gechloreerde solventen). VITO gebruikt reactieve (nano)materialen die via chemische oxidatie of reductieprocessen deze polluenten kunnen afbreken.
Bioaugmentatie, het gebruik van specifieke micro-organismen om bepaalde componenten af te breken, is een andere piste om polluenten aan te pakken. Naast de hoger genoemde polluenten wordt hierbij ook de afbraak van MTBE (methyl-ter-buthylether), een belangrijke polluent bij benzinestations, bestudeerd.
