Wetenschap

Geld schrapen voor de ‘slimste studente’

Scheikundig ingenieur Maaike Kroon heeft een duurzame productiemethode uitgevonden die reacties en scheidingsprocessen combineert, een grote doorbraak voor de chemische industrie. De TU zoekt naar geld om haar te behouden.

Maaike Kroon (24) is met lof afgestudeerd en volgde een honours track, het extra studieprogramma voor excellente masterstudenten. Met haar afstudeeronderzoek heeft Kroon de principewerking bewezen van een nieuwe productiemethode voor de chemische en farmaceutische industrie, die zeer efficiënt en dus economisch aantrekkelijk is. Ze heeft hiervoor bij uitzondering de studieprijs van natuurkunde ontvangen. Haar begeleiders, dr.ir. Cor Peters en prof.dr. Geert-Jan Witkamp, noemen haar ‘zeer begaafd’ en prijzen haar grote zelfstandigheid. Witkamp: “Ze is de slimste studente die ik ooit ben tegengekomen, en ook nog leuk als persoon, alleen haar cijferlijst is saai.”

In het Laboratorium voor apparatenbouw en procesindustrie, waar het proces werd ontwikkeld, laat Kroon, getooid met helm en veiligheidsbril, de proefopstelling zien van haar inmiddels gepatenteerde methode. Het afstudeerwerk van Kroon vond ook plaats in de sectie Physical chemistry and molecular thermodynamics, waar de nadruk lag op het bestuderen van de ‘miscibility switch’, de essentiële stap in het nieuw te ontwerpen proces. Ook de groep van prof.dr. Roger Sheldon was nauw betrokken bij het project, met name bij de reactiestap.

In een ketel van een halve liter worden de begingrondstoffen opgelost in een ionische vloeistof, een vloeibaar zout, verwant aan de soorten die ook gebruikt worden in batterijen.

Onder hoge druk – 150 bar – wordt daar koolstofdioxide aan toegevoegd. Door de hoge druk verkeert het CO2-gas in een superkritische fase, zodat het zowel de kenmerken van een gas als van een vloeistof heeft. Hierdoor mengt alles in de ketel volledig tot een homogene fase. “De reacties die daarna in de ketel plaatsvinden gaan veel sneller dan bij de huidige reactieprocessen”, legt Kroon uit. “Enerzijds omdat de vloeistof, door de toevoeging van het CO2, minder stroperig is waardoor de weerstanden lager zijn en anderzijds treden in de homogene fase geen tijdrovende transportverschijnselen door fasengrenzen meer op.” Een ander voordeel is dat alle grondstoffen worden omgezet in het eindproduct zonder bijproducten, de reactie is dus volledig atoomefficiënt. Kroon: “Dat is een grote winst voor de industrie aangezien het produceren van een kilo medicijnen nu tot wel honderd kilo chemisch afval aan bijproducten kan opleveren, en dat kost veel geld aan verloren grondstoffen en aan afvalverwerking.”

Na de reactie wordt de druk in de ketel verlaagd tot 120 bar waardoor het CO2 en de geproduceerde stof verdampen en in een gasbel boven op de vloeistof gaan drijven. Deze overgang van gemengde naar ongemengde fase heet de ‘miscibility switch’. Doordat de ionische vloeistoffen en het gas nu gesplitst zijn, is het gasmengsel eenvoudig af te tappen. Het vloeibare mengsel van de ionische vloeistof en de katalysator blijft in de ketel achter voor hergebruik. Van het gasmengsel wordt de druk vervolgens verder verlaagd tot 80 bar, waardoor het eindproduct zich afscheidt in een vaste of vloeibare vorm. Kroon produceerde in haar proefopstelling een poedervormige voorproduct van L-Dopa, een medicijn tegen Parkinson.

De nieuwe methode van Kroon is aanzienlijk milieuvriendelijker dan de huidige processen omdat die geen chemisch afval produceert, 75 procent minder energie verbruikt en geen gebruik maakt van schadelijke oplosmiddelen. Bovendien levert haar methode een belangrijke tijdswinst in het productieproces, een zeer zuiver product, en zal de veiligheid bij transport en productie toenemen.

Kroons methode wordt verder uitgewerkt tot op commercieel niveau in een promotieonderzoek, maar niet door haarzelf. “Op het moment dat ik de knoop moest doorhakken, wist ik nog niet of ik wel wilde promoveren, ik had namelijk ook aanbiedingen uit het bedrijfsleven.” Toen ze toch besloot op de universiteit te blijven, was haar plekje inmiddels vergeven.

Decaan prof. Karel Luyben wilde haar op de TU houden en schraapte geld bij elkaar om de eerste maanden van haar promotieonderzoek te betalen. Vanaf juni moet de financiering voor haar onderzoek uit het bedrijfsleven komen. Kroon weet niet wat er gebeurt als de subsidie dan niet geregeld is, maar haar begeleiders hebben er alle vertrouwen in. Witkamp: “Natuurlijk doen we er alles aan om haar op de TU te houden.”

Kroon onderzoekt nu allerlei methoden om reacties en scheidingen te combineren met behulp van ionische vloeistoffen, zoals de methode van haar afstudeeronderzoek. Een andere is elektrolyse, omdat daarbij reacties al fysiek gescheiden plaatsvinden op verschillende elektroden. Kroon: “De toepassingsmogelijkheden zijn vrijwel onbeperkt omdat er zoveel verschillende ionische vloeistoffen bestaan, dat voor iedere reactie wel een geschikte vloeistof te vinden is.” Ze vindt het niet erg dat iemand anders haar project heeft overgenomen. Kroon: “Het nieuwe promotieonderzoek geeft me de mogelijkheid om toepassingen te bedenken en te testen.”

Kroon zal waarschijnlijk versneld promoveren, omdat ze aan de lopende band artikelen aflevert. Ze weet nog niet wat ze daarna gaat doen, naar het bedrijfsleven of een buitenlandse universiteit. Kroon: “Als het maar een veelzijdige baan is waarbij ik veel vrijheid krijg, net als hier.”

www.dct.tudelft.nl/pcmt

www.api.tudelft.nl

www.bt.tudelft.nl/content/boc

Kroon: “Het produceren van een kilo medicijnen kan nu tot wel honderd kilo chemisch afval opleveren.” (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

Maaike Kroon (24) is met lof afgestudeerd en volgde een honours track, het extra studieprogramma voor excellente masterstudenten. Met haar afstudeeronderzoek heeft Kroon de principewerking bewezen van een nieuwe productiemethode voor de chemische en farmaceutische industrie, die zeer efficiënt en dus economisch aantrekkelijk is. Ze heeft hiervoor bij uitzondering de studieprijs van natuurkunde ontvangen. Haar begeleiders, dr.ir. Cor Peters en prof.dr. Geert-Jan Witkamp, noemen haar ‘zeer begaafd’ en prijzen haar grote zelfstandigheid. Witkamp: “Ze is de slimste studente die ik ooit ben tegengekomen, en ook nog leuk als persoon, alleen haar cijferlijst is saai.”



In het Laboratorium voor apparatenbouw en procesindustrie, waar het proces werd ontwikkeld, laat Kroon, getooid met helm en veiligheidsbril, de proefopstelling zien van haar inmiddels gepatenteerde methode. Het afstudeerwerk van Kroon vond ook plaats in de sectie Physical chemistry and molecular thermodynamics, waar de nadruk lag op het bestuderen van de ‘miscibility switch’, de essentiële stap in het nieuw te ontwerpen proces. Ook de groep van prof.dr. Roger Sheldon was nauw betrokken bij het project, met name bij de reactiestap.



In een ketel van een halve liter worden de begingrondstoffen opgelost in een ionische vloeistof, een vloeibaar zout, verwant aan de soorten die ook gebruikt worden in batterijen.



Onder hoge druk – 150 bar – wordt daar koolstofdioxide aan toegevoegd. Door de hoge druk verkeert het CO2-gas in een superkritische fase, zodat het zowel de kenmerken van een gas als van een vloeistof heeft. Hierdoor mengt alles in de ketel volledig tot een homogene fase. “De reacties die daarna in de ketel plaatsvinden gaan veel sneller dan bij de huidige reactieprocessen”, legt Kroon uit. “Enerzijds omdat de vloeistof, door de toevoeging van het CO2, minder stroperig is waardoor de weerstanden lager zijn en anderzijds treden in de homogene fase geen tijdrovende transportverschijnselen door fasengrenzen meer op.” Een ander voordeel is dat alle grondstoffen worden omgezet in het eindproduct zonder bijproducten, de reactie is dus volledig atoomefficiënt. Kroon: “Dat is een grote winst voor de industrie aangezien het produceren van een kilo medicijnen nu tot wel honderd kilo chemisch afval aan bijproducten kan opleveren, en dat kost veel geld aan verloren grondstoffen en aan afvalverwerking.”



Na de reactie wordt de druk in de ketel verlaagd tot 120 bar waardoor het CO2 en de geproduceerde stof verdampen en in een gasbel boven op de vloeistof gaan drijven. Deze overgang van gemengde naar ongemengde fase heet de ‘miscibility switch’. Doordat de ionische vloeistoffen en het gas nu gesplitst zijn, is het gasmengsel eenvoudig af te tappen. Het vloeibare mengsel van de ionische vloeistof en de katalysator blijft in de ketel achter voor hergebruik. Van het gasmengsel wordt de druk vervolgens verder verlaagd tot 80 bar, waardoor het eindproduct zich afscheidt in een vaste of vloeibare vorm. Kroon produceerde in haar proefopstelling een poedervormige voorproduct van L-Dopa, een medicijn tegen Parkinson.



De nieuwe methode van Kroon is aanzienlijk milieuvriendelijker dan de huidige processen omdat die geen chemisch afval produceert, 75 procent minder energie verbruikt en geen gebruik maakt van schadelijke oplosmiddelen. Bovendien levert haar methode een belangrijke tijdswinst in het productieproces, een zeer zuiver product, en zal de veiligheid bij transport en productie toenemen.



Kroons methode wordt verder uitgewerkt tot op commercieel niveau in een promotieonderzoek, maar niet door haarzelf. “Op het moment dat ik de knoop moest doorhakken, wist ik nog niet of ik wel wilde promoveren, ik had namelijk ook aanbiedingen uit het bedrijfsleven.” Toen ze toch besloot op de universiteit te blijven, was haar plekje inmiddels vergeven.



Decaan prof. Karel Luyben wilde haar op de TU houden en schraapte geld bij elkaar om de eerste maanden van haar promotieonderzoek te betalen. Vanaf juni moet de financiering voor haar onderzoek uit het bedrijfsleven komen. Kroon weet niet wat er gebeurt als de subsidie dan niet geregeld is, maar haar begeleiders hebben er alle vertrouwen in. Witkamp: “Natuurlijk doen we er alles aan om haar op de TU te houden.”



Kroon onderzoekt nu allerlei methoden om reacties en scheidingen te combineren met behulp van ionische vloeistoffen, zoals de methode van haar afstudeeronderzoek. Een andere is elektrolyse, omdat daarbij reacties al fysiek gescheiden plaatsvinden op verschillende elektroden. Kroon: “De toepassingsmogelijkheden zijn vrijwel onbeperkt omdat er zoveel verschillende ionische vloeistoffen bestaan, dat voor iedere reactie wel een geschikte vloeistof te vinden is.” Ze vindt het niet erg dat iemand anders haar project heeft overgenomen. Kroon: “Het nieuwe promotieonderzoek geeft me de mogelijkheid om toepassingen te bedenken en te testen.”



Kroon zal waarschijnlijk versneld promoveren, omdat ze aan de lopende band artikelen aflevert. Ze weet nog niet wat ze daarna gaat doen, naar het bedrijfsleven of een buitenlandse universiteit. Kroon: “Als het maar een veelzijdige baan is waarbij ik veel vrijheid krijg, net als hier.”



dct.tudelft.nl/pcmt



api.tudelft.nl



bt.tudelft.nl/content/boc

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.