Innovation Origins spreekt geregeld met ‘innovatiebazen’, toonaangevende mensen die hoog op de innovatieladder staan. In deze reeks geven zij een kijkje in hun keuken. Vandaag is Philip de Goey aan het woord. De Goey is hoogleraar verbrandingstechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). De laatste jaren verdiepte hij zich in het verbranden van ijzerpoeder om energie op te wekken. Volgens De Goey is ijzerpoeder een goede en noodzakelijke aanvulling op de huidige duurzame energiebronnen. “Zowel voor het opwekken als opslaan van energie kan ijzerpoeder het verschil maken.”
Hoe werkt de verbranding van ijzerpoeder precies?
“IJzerpoeder kunnen we verbranden, net als kolen of gas. Daarbij komt warmte vrij, die bijvoorbeeld gebruikt kan worden in de industrie. Na de verbranding is er roestpoeder over. Dat kunnen we weer omzetten in ijzerpoeder door er waterstof doorheen te pompen. Zo begint het proces weer opnieuw, zonder dat er CO2 bij komt kijken”, legt De Goey uit. Er is volgens de hoogleraar genoeg ijzerpoeder om dit op grote schaal te gebruiken. “Er zit heel veel ijzer in de aardkorst. Bovendien zijn ook andere bedrijfstakken aan het kijken hoe ze ijzeroxide om kunnen zetten in ijzer met behulp van duurzame energie.”
Hoe ver is het onderzoek op dit moment?
“De eerste proefopstellingen zijn gedaan en die zijn veelbelovend. Nu moeten we gaan kijken naar de opschaling. Op dit moment hebben we een installatie van 100 kilowatt, 0.1 megawatt. Dat is qua vermogen ongeveer gelijk aan een paar auto’s. Daarnaast werken we aan een OP Zuid project met een systeem van 1 megawatt. Maar we hebben nog heel wat stappen te gaan. Een systeem dat bruikbaar is in de industrie heeft een vermogen nodig van ongeveer 10 megawatt. Ik verwacht dat we na de 10 megawatt vrij snel op kunnen schalen naar nog grotere systemen die echt in de buurt komen van de kolencentrales. Uiteindelijk willen we met ijzerpoeder de kolen in kolencentrales vervangen.”
“Om dit voor elkaar te krijgen doen we zowel fundamenteel als praktijkgericht onderzoek. We proberen aan de ene kant de verbranding beter te begrijpen en te optimaliseren en aan de andere kant werken we aan praktische oplossingen waar ook bedrijven bij betrokken zijn. Bij de verschillende projecten is ook studententeam SOLID betrokken.” Voor het fundamenteel onderzoek heeft De Goey vorige maand een subsidie van de European Research Counsil (ERC) gehad. “De jury was voornamelijk enthousiast over onze werkwijze. Op basis van informatie over één enkel brandend deeltje en de interactie met andere deeltjes bouwen we modellen voor een grote praktijkvlam.”
Waarom is het belangrijk tot in detail te weten hoe de verbranding verloopt?
“Voordat je metaal verbrand, smelt het eerst. De druppeltjes mogen niet gaan koken, dan krijg je gas waaruit erg kleine (nano-)deeltjes kunnen worden gevormd. Die deeltjes zijn moeilijk te vangen, daardoor kun je ze inademen. Dat is slecht voor de gezondheid. We moeten dus voorkomen dat de druppeltjes metaal gaan koken. Bij ijzerpoeder ligt de temperatuur waarop ze verbranden onder het kookpunt. Dat maakt ijzerpoeder zo geschikt voor deze vorm van verbranding. Bij bijvoorbeeld aluminium, ligt het verbrandingspunt boven het kookpunt, dan heb je dus een veel grotere kans op deze nano-deeltjes. Het is dus heel belangrijk om dit soort zaken uitgebreid te testen en te meten.”
“We werken om dit gebied samen met een McGill University, een Canadese universiteit. Zij onderzoeken het verbrandingsproces al langer dan wij in Nederland doen. Wij richten ons meer op de praktijk. Dat zorgt ervoor dat de samenwerking goed verloopt.”
Wat is de meerwaarde van ijzerpoeder in de energietransitie?
“Er zijn verschillende manieren om duurzame energie op te wekken en op te slaan. Deze hebben allemaal voor- en nadelen. Er verschijnen steeds meer zonnepanelen en windmolens in beeld. De duurzame energie die zij opwekken, is te weinig om aan onze energiebehoefte te voorzien. Niet alleen nu, maar waarschijnlijk ook in de toekomst. Alleen de fabriek van TATA Steel, een bedrijf dat nu relatief veel CO2 uitstoot, zou al een windmolenpark zo groot als Noord- en Zuid-Holland samen nodig hebben om over te stappen op duurzame energie. Zo veel windmolens en zonnepanelen als we voor het Nederlandse energieverbruik nodig hebben, is in een dichtbevolkt gebied zoals West-Europa bijna niet te doen.”
“We kunnen bijvoorbeeld wel duurzame energie van wind en zon importeren vanuit andere, dunbevolkte gebieden. Dan moeten we een goede manier hebben om het op te slaan en te transporteren. Batterijen zijn zwaar en duur. Waterstof zou een goede vervanger kunnen zijn, maar het gas is heel volumineus. Dan zou je dus gigantische tanks nodig hebben om energie in waterstof te vervoeren. Dat werkt ook niet makkelijk.”
Hoge energiedichtheid
“Dan is ijzerpoeder dus heel interessant. De energiedichtheid van ijzerpoeder is hoog en het verlies van energie tijdens de opslag en transport is laag. Voor grootschalige opslag en transport van energie is dat dus een goede oplossing. Zo kan het gebruikt worden om duurzame energie vanuit andere landen naar Nederland te brengen, iets dat op termijn nodig zal zijn.”
“Ik zeg niet dat de andere vormen van opwekken en energieopslag niet werken. Er zijn verschillende toepassingen waarin waterstof en batterijen een goede oplossing bieden. Maar voor de toepassing in gebieden die niet aan een waterstofleiding liggen en voor import van duurzame energie over grote afstanden, werkt ijzerpoeder beter. In de energietransitie zijn alle oplossingen belangrijk. We moeten kijken welke vorm van duurzame energie past bij welke toepassing.”
Wetenschappers hebben een belangrijke taak in de ontwikkeling van nieuwe verbrandingsmethodes. Hoe probeer jij je te onderscheiden van de anderen?
“Het praktijkgerichte onderzoek is daar heel belangrijk in. Wij proberen dat fundamentele onderzoek te vertalen in een praktische toepassing voor bedrijven. Zo worden zij ook enthousiast en dragen zij bij aan de ontwikkeling. Daarom is ook het innovatiecentrum Metalot opgericht. Daar werken alle verschillende partijen samen om kennis vanuit de universiteit te vertalen naar praktische oplossingen. De provincie Noord-Brabant en de ERC zijn regelmatig onderdeel van de co-financiering voor verschillende projecten.”
Waarom is dit belangrijk?
“Samenwerken leidt tot betere innovaties omdat er verschillende partijen met een andere invalshoek naar de technologie kijken. Bovendien zorgt de praktijkgerichte aanpak voor meer zichtbaarheid. Ik word bijna dagelijks benaderd door bedrijven en instituten. Mooi om te zien dat fundamenteel onderzoek op deze manier ook meer aandacht krijgt.”
“De praktische kant wordt niet altijd meegenomen door academische wetenschappers in hun onderzoek. Zij worden niet afgerekend op innovaties, zij moeten vooral onderzoekslijnen opzetten, financiering binnenhalen, publicaties schrijven en dat soort zaken. Dat is vaak al erg druk. Ik heb dat in het verleden ook gedaan. Nu wil ik meer maatschappelijke impact maken met de technologie die we onderzoeken, vandaar deze aanpak.”
Wat is de kracht van studententeams in dit geheel?
“In principe is een studententeam een opzichzelfstaande stichting. Met Team SOLID werken we heel goed samen. Dat is voor zowel de wetenschappers, de bedrijven als de studenten interessant. Het studententeam participeert actief in alle projecten. Voor hen is dat leerzaam omdat zij zo op een andere manier bezig zijn met onderzoek en kunnen samenwerken met bedrijven. Voor ons als wetenschappers geven de jonge mensen nieuwe inzichten. Bovendien bestaat het team uit bijna dertig studenten dus dat zijn veel extra handen en hoofden om mee te werken aan en mee te denken over het systeem.”
Wat is jouw ultieme doel voor de toekomst?
“Ik hoop dat we over tien jaar al een aantal bedrijven hebben geholpen naar duurzame energie en dat we de eerste kolencentrale hebben omgebouwd naar een ijzerpoedercentrale. We hebben dan een belangrijke stap gemaakt om de Nederlandse CO2-uitstoot te verminderen. Daarnaast hoop ik dat ook alle andere initiatieven voor duurzame energie de komende tijd verder ontwikkelen. Want alle bijdragen zijn nodig om het energieprobleem op te lossen.”
Dit artikel is onderdeel van de reeks ‘Innovatiebazen’. De andere verhalen vind je hier.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
