Aan boord van de space shuttle heeft de vakgroep organische chemie en katalyse van de faculteit Scheikunde succesvol een aantal zeolietkristallen laten groeien.
De kristallen zijn afgelopen maandag in Delft aangekomen. De vakgroep hoopt de komende maanden grotere en betere kristallen te vinden.
Dr. Eric Coker, post-doc van het London Imperial College, was erbij toen de reactor, waarin de kristallen gevormd zijn, in de Verenigde Staten geopend werd. ,,I was a bit nervous”, merkt hij met gevoel voor understatement op. ,,Misschien zat er wel niets in, maar gelukkig zijn de kristallen wel gevormd. Ik was bijzonder opgewonden en heb meteen Koos Janssen gebeld, de leider van het project.”
Maar de voorbereiding van het experiment zette hem ook onder grote druk. Coker: ,,Ik was er ook toen de reactor in elkaar gezet werd. Je moet extreem voorzichtig zijn dat de reactor niet gaat lekken. In zo’n afgesloten ruimte kan dat een ramp zijn. Bovendien ga je niet elke dag de ruimte in, dus moet je experiment zo goed mogelijk gaan.”
Coker herinnert zich het werk dat het steeds uitstellen van de lancering met zich meebracht. ,,De vlucht werd zes keer uitgesteld. Dan moest de hele reactor weer uit het ruimteveer gehaald worden en moesten we hem helemaal opnieuw in elkaar zetten. De ruimtereactor bestaat uit zo’n twintig onderdelen, in tegenstelling tot de twee onderdelen die je hier op aarde nodig hebt: een potje en een deksel.”
Drukvaatje
Ir. J. Koegler, aio bij de groep, legt uit dat juist die relatieve simpelheid het experiment bijzonder geschikt maakt voor een ruimtevlucht. ,,Feitelijk heb je alleen een drukvaatje nodig van zo’n dertig milliliter”, zegt hij met het bekertje in zijn hand. ,,Daar stop je een mengsel in, je verhit het tot 180 graden Celsius en je wacht een paar dagen.”
Maar omdat het bekertje de ruimte ingaat, is het niet zo simpel. Koegler: ,,Je kunt het mengsel niet al op aarde mengen omdat je tijdens de lancering grote g-krachten krijgt. Het experiment ging er juist om om de kristallen in afwezigheid van zwaartekracht te laten vormen. De reactor kent dus twee compartimenten met vloeistof die in de ruimte gemengd moeten worden. Dat heeft de astronaut Alsacco voor ons gedaan, een expert op het gebied van zeolieten.”
,,De grote drijvende kracht achter dit onderzoek is de industrie”, aldus Koegler. ,,Een bekende toepassing van zeoliet is de ontharder in wasmiddel. Maar vooral bij het kraken van benzine wordt het veel gebruikt. Zeoliet is op microscopische schaal poreus en kan dus goed werken als filter of katalysator. Onder andere een driewegkatalysator voor diesel en het afvangen van rookgassen worden onderzocht. Laatst las ik ook over een onderzoek naar het gebruik van zeolieten in sigarettenfilters.”
Rommelig
Een van de eisen van NASA is tegenwoordig dat een onderzoek industrieel relevant moet zijn. ,,Met zo’n flinke zeolieten-industrie achter je is dat geen probleem. Zeolieten zijn big business en na bijvoorbeeld twintig jaar onderzoek hier in Delft worden nog steeds nieuwe toepassingen bedacht.”
Maar zeolieten worden eigenlijk niet zo goed begrepen, volgens Koegler. ,,Zeolieten zijn kristallen op siliciumbasis, die eerst in de vloeistof al allerlei ingewikkelde polymeren vormen, en dan gereorganiseerd worden tot zeolieten. Als je het verkeerd doet, krijg je kwarts of andere stoffen. De theoretische beschrijving is erg ingewikkeld. Het is een erg rommelige toestand.”
En hierop speelt het ruimteëxperiment in. Koegler: ,,In de ruimte zijn maar minder (nucleatie-)punten waarop de kristallen onstaan dan op aarde, dus in hetzelfde volume worden ze waarschijnlijk groter. We verwachten geen kristallen die factoren groter zijn, maar wel een zeker percentage. Interessanter is de vraag of de kristallen ook netter worden, met minder roosterfouten. Zeoliet is eigenlijk een vies materiaal; het aantal dislocaties is in zeolieten veel groter dan in andere kristallen.”
Een simultaan uitgevoerd experiment op de grond dient nu als vergelijkingsmateriaal. Koegler: ,,De komende maanden zullen we de kristallen van beide experimenten met een batterij aan methoden analyseren. Eerst komt de röntgendiffractie, dan NMR, infrarood-spectroscopie, de electronenmicroscoop, etcetera.”
Dat geeft ook meteen aan dat dit geen experiment is dat moet leiden tot een ruimtefabriek. ,,Het gaat erom dat we betere studie-objecten hebben. We kunnen uit de kristallen die in de ruimte zijn gewonnen misschien veel informatie halen over de vorming van zeoliet. Misschien kan er later ook een doorkijk-experiment gedaan worden. Daarin worden de kristallen niet in een dichte cylinder gevormd, maar kun je naar binnen kijken om te zien wat er gebeurt. Er is nog genoeg te doen.”
Figuur 1 Bestudering van het zeoliet-model
Aan boord van de space shuttle heeft de vakgroep organische chemie en katalyse van de faculteit Scheikunde succesvol een aantal zeolietkristallen laten groeien. De kristallen zijn afgelopen maandag in Delft aangekomen. De vakgroep hoopt de komende maanden grotere en betere kristallen te vinden.
Dr. Eric Coker, post-doc van het London Imperial College, was erbij toen de reactor, waarin de kristallen gevormd zijn, in de Verenigde Staten geopend werd. ,,I was a bit nervous”, merkt hij met gevoel voor understatement op. ,,Misschien zat er wel niets in, maar gelukkig zijn de kristallen wel gevormd. Ik was bijzonder opgewonden en heb meteen Koos Janssen gebeld, de leider van het project.”
Maar de voorbereiding van het experiment zette hem ook onder grote druk. Coker: ,,Ik was er ook toen de reactor in elkaar gezet werd. Je moet extreem voorzichtig zijn dat de reactor niet gaat lekken. In zo’n afgesloten ruimte kan dat een ramp zijn. Bovendien ga je niet elke dag de ruimte in, dus moet je experiment zo goed mogelijk gaan.”
Coker herinnert zich het werk dat het steeds uitstellen van de lancering met zich meebracht. ,,De vlucht werd zes keer uitgesteld. Dan moest de hele reactor weer uit het ruimteveer gehaald worden en moesten we hem helemaal opnieuw in elkaar zetten. De ruimtereactor bestaat uit zo’n twintig onderdelen, in tegenstelling tot de twee onderdelen die je hier op aarde nodig hebt: een potje en een deksel.”
Drukvaatje
Ir. J. Koegler, aio bij de groep, legt uit dat juist die relatieve simpelheid het experiment bijzonder geschikt maakt voor een ruimtevlucht. ,,Feitelijk heb je alleen een drukvaatje nodig van zo’n dertig milliliter”, zegt hij met het bekertje in zijn hand. ,,Daar stop je een mengsel in, je verhit het tot 180 graden Celsius en je wacht een paar dagen.”
Maar omdat het bekertje de ruimte ingaat, is het niet zo simpel. Koegler: ,,Je kunt het mengsel niet al op aarde mengen omdat je tijdens de lancering grote g-krachten krijgt. Het experiment ging er juist om om de kristallen in afwezigheid van zwaartekracht te laten vormen. De reactor kent dus twee compartimenten met vloeistof die in de ruimte gemengd moeten worden. Dat heeft de astronaut Alsacco voor ons gedaan, een expert op het gebied van zeolieten.”
,,De grote drijvende kracht achter dit onderzoek is de industrie”, aldus Koegler. ,,Een bekende toepassing van zeoliet is de ontharder in wasmiddel. Maar vooral bij het kraken van benzine wordt het veel gebruikt. Zeoliet is op microscopische schaal poreus en kan dus goed werken als filter of katalysator. Onder andere een driewegkatalysator voor diesel en het afvangen van rookgassen worden onderzocht. Laatst las ik ook over een onderzoek naar het gebruik van zeolieten in sigarettenfilters.”
Rommelig
Een van de eisen van NASA is tegenwoordig dat een onderzoek industrieel relevant moet zijn. ,,Met zo’n flinke zeolieten-industrie achter je is dat geen probleem. Zeolieten zijn big business en na bijvoorbeeld twintig jaar onderzoek hier in Delft worden nog steeds nieuwe toepassingen bedacht.”
Maar zeolieten worden eigenlijk niet zo goed begrepen, volgens Koegler. ,,Zeolieten zijn kristallen op siliciumbasis, die eerst in de vloeistof al allerlei ingewikkelde polymeren vormen, en dan gereorganiseerd worden tot zeolieten. Als je het verkeerd doet, krijg je kwarts of andere stoffen. De theoretische beschrijving is erg ingewikkeld. Het is een erg rommelige toestand.”
En hierop speelt het ruimteëxperiment in. Koegler: ,,In de ruimte zijn maar minder (nucleatie-)punten waarop de kristallen onstaan dan op aarde, dus in hetzelfde volume worden ze waarschijnlijk groter. We verwachten geen kristallen die factoren groter zijn, maar wel een zeker percentage. Interessanter is de vraag of de kristallen ook netter worden, met minder roosterfouten. Zeoliet is eigenlijk een vies materiaal; het aantal dislocaties is in zeolieten veel groter dan in andere kristallen.”
Een simultaan uitgevoerd experiment op de grond dient nu als vergelijkingsmateriaal. Koegler: ,,De komende maanden zullen we de kristallen van beide experimenten met een batterij aan methoden analyseren. Eerst komt de röntgendiffractie, dan NMR, infrarood-spectroscopie, de electronenmicroscoop, etcetera.”
Dat geeft ook meteen aan dat dit geen experiment is dat moet leiden tot een ruimtefabriek. ,,Het gaat erom dat we betere studie-objecten hebben. We kunnen uit de kristallen die in de ruimte zijn gewonnen misschien veel informatie halen over de vorming van zeoliet. Misschien kan er later ook een doorkijk-experiment gedaan worden. Daarin worden de kristallen niet in een dichte cylinder gevormd, maar kun je naar binnen kijken om te zien wat er gebeurt. Er is nog genoeg te doen.”
Figuur 1 Bestudering van het zeoliet-model
Comments are closed.