ENGINEERINGNET.BE - Die geldprijs zal Corning SAS gebruiken om tegen 2024 een werkend prototype te ontwikkelen.
Team Corning, geleid door Dr Jean-Jacques Theron, ontwikkelde een filter die tot 95% fijnstof partikels uit de lucht zou halen. Daarmee zuivert het de lucht tot onder de gezondheidsgrenzen die de WHO (Wereldgezondheidsorganisatie) stelt. Het team werd geïnspireerd door de Chinese collega’s, die wellicht nog meer met luchtverontreiniging af te rekenen krijgen “maar ook in Parijs, bijvoorbeeld, zitten we 70 dagen per jaar boven die grenzen. Dat is ook het geval in andere grote steden in Europa,” rekent Theron. “De levensverwachting van mensen wordt er daardoor met acht maanden korter op.”
De installatie kan wereldwijd opgesteld worden, zowel binnen (waar het gekoppeld kan worden aan ventilatiesystemen, bijvoorbeeld) als in de buitenlucht om er in drukke zones of bij evenementen, in de buurt van stadions, scholen of hospitalen, de lucht te zuiveren.
Corning is al decennia actief in partikelfiltersystemen (roetfilters) die op auto’s gebouwd worden. De nieuwe technologie is bedoeld om omgevingslucht te filteren tot onder de richtlijnen van de WHO, met name PM2.5 < 10μg/m3. “Maar we filteren nog veel dieper”, stelde Theron. “PM 1.0 en zelfs PM 0.1. Nanopartikels gaan dieper de longen in. Je moet dus zowel de grotere als de kleinere partikels aankunnen.”
“De uitdaging bestaat er in een structuur te bekomen die zowel open als dicht genoeg is om te filteren en niet vol te lopen.” De filter loopt niet constant. Hij wordt pas aangezet wanneer de fijnstofconcentratie in de omgeving dat vereist. Het systeem vergt dus energie. “Het gaat er om de tegendruk te optimaliseren.” Hoe efficiënter de motoren en de fans des te lager de factuur. De fans produceren ook ‘lawaai’. Maar ook een correcte plaatsing kan bijdragen tot de efficiëntie. Daaromtrent wil men nog meer data verzamelen.
De keramische honingraatfilter bouwt op corderiet, een complex van magnesium, aluminium en silicaatmateriaal. Typisch voor partikelfilters is dat het fijne stof zich opbouwt in de filter, die dan steeds meer zuigkracht vergt en uiteindelijk de filter verstopt. De bijzondere structuur van Cornings oplossing zou dat voorkomen. De stofpartikels blijven steken op de poreuze wand van de filter terwijl gaselementen ontsnappen via uitlaatkanalen. Men verwacht een levensduur van meer dan 20 jaar.
De filter zou niet vervangen noch geregenereerd hoeven te worden. Hij kan wel met water gewassen -geflushed- en hergebruikt worden. “Het spoelwater zou dan minder dan 0,1% vaste stof bevatten die op klassieke manieren geconcentreerd kan worden.” Afhankelijk van het pollutieniveau zou een filter het één à twee jaar uitzingen zonder ‘flushen’. De filter bestaat uit een mengeling van klei, talk, alumina en silica en wordt geëxtrudeerd over een mal die Corning ontwikkelde.
De technologie bevindt zich in de ‘prototypefase’. Er zijn reeds tests gebeurd met grote modellen, zowel binnen als buiten, die de functionaliteit bewezen. Zowel in Shanghai als in het noorden van Parijs. “We demonstreerden ook de schaalbaarheid. Maar we hebben toch nog meer data nodig vooraleer van het lab naar de echte wereld te trekken.” Corning will met het prijzengeld een demo unit bouwen op ware grootte en die wellicht commercieel lanceren tijdens de Olympische Spelen van 2024 in Paris.
De tweede
Het Ierse Trinity College, de Universiteit van Dublin, greep net naast de prijs. “Met partners in Portugal en het VK meten en beheersen we de luchtkwaliteit”, zei assistant professor John Gallagher. Sinds 2011 is er gewerkt aan een toestel dat nu 30 à 35% van de lucht kan zuiveren tot PM 1.0. “We moeten focussen op PM 10 tot PM 1.0 omdat het gewoon te duur is om verder te gaan. Bovendien valt er daaronder nauwelijks te meten vandaag.” Hij rekent dat zijn technologie zich op TRL 6 of TRL 7 bevindt. “We maten de ‘aspiration’ efficiëntie. Als je de wetenschap daarachter begrijpt kan je die kennis omkeren…”
Een beetje cryptisch om te zeggen dat het een meertrapsoplossing betreft, niet om de ‘buitenlucht’ maar veeleer de lucht in de ruimten waar mensen de meeste tijd doorbrengen, binnen dus, te zuiveren. Dat doet men enerzijds door te voorkomen dat stofdeeltjes door de filter gaan. ‘Pathway control’ noemt Gallagher dat.
“Stofpartikels zijn fysieke objecten die via de lucht getransporteerd worden. Ze volgen een baan. Die wordt door meerdere factoren beïnvloed, o.a. de zwaartekracht. Als je het pad van het stofdeeltje kunt weghouden van je filter, vermindert dat alvast de massa deeltjes die in de filter terechtkomt en verlengt dat de levensduur van de filter” en dus de duurzaamheid van het systeem.”
Onder een eerder EU-project ging de onderzoekers na hoe je door het engineeren van de open ruimte de pollutie kunt beïnvloeden. Door ‘microschaal modellering’ kan je partikelluwe zones vinden en die als aanzuigpunt inrichten. Ook de vorm van de inlaat van ventilatiesystemen heeft een impact.
De oplossing, die Trinity College uitwerkte, is bedoeld als ‘addendum’ bij of upgrade van klassieke HVAC-systemen die tegelijk de afvalstroom van luchtfilters -die vaak vervangen hoeven te worden- wil verminderen. De kost van de filter zit overigens niet in de filter zelf maar in de maintenance-mensen die moeten ingrijpen.
Voor het daadwerkelijk filteren van de lucht worden weefselfilters gebruikt omdat “dat het beste is op de markt.” Die resulteren in veel afval, erkent hij. De oplossing: voorkomen dat er stof in komt. De oplossing gebruikt 3D geprinte stukken en complexe ontwerpen om de stofdeeltjes/pollutie weg te houden.
“De filters zelf kunnen trouwens ook nog beter”, zegt Gallagher. “Maar is elk stofdeeltje even schadelijk? Nee! Evenmin zijn alle PMs schadelijk. De discussie wat wel en wat niet geweerd moet worden, dienen we eigenlijk nog te voeren. (…) We hebben iets dat ‘goed’ is. Als ingenieurs willen we iets dat ‘geweldig’ is.”
Eerder had men een oplossing met een roterend element. Vandaag is het een vast element. Er kan ook modulair gewerkt worden. En dan moet je het nog op de markt krijgen. “We mikken duidelijk op HVAC en op de retrofitmarkt daar.” Tegen wanneer? “2020-2022. Ondertussen moeten we onze IP beschermen… om het volgende te kunnen ontwikkelen. Voor ons is deze Award, ook al zijn we tweede geëigend een ‘impetus’ om met ons platform verder te gaan. En ook na te denken over hoe we vensters en deuren kunnen redesignen ...” want Gallagher beseft dat de luchtvervuiling niet zo maar zal weggaan.
Het werk van Trinity College kreeg eerder subsidies van de Science Foundation Ireland (SFI) en Enterprise Ireland, samen een 200.000 euro. Het team telde er een viertal mensen. Partners vond men bij INESC TEC (Porto, Portugal), GCare en de Universiteit van Surrey.
ACHTERGROND
Zowat 90% van wie in Europa in de stad woont is blootgesteld aan concentraties die hoger zijn dan in de richtlijnen van de WHO. Deze partikels -fijn stof- hebben een grote impact op de gezondheid: het leidt tot problemen met de ademhaling, bloedvatenziektes, astma, afwijkingen bij de geboorte, longkanker, vroegtijdige dood… “Het verkeer produceert een derde van de gevaarlijke stofdeeltjes. Twee derden komen van allerlei bronnen. Ze kunnen van biologische aard zijn, bosbranden, ...”
De Horizon Prize on materials for clean air beloont de deelnemer die de ‘meest betaalbare, duurzame en innovatieve designgedreven’ oplossing ontwikkelde die concentratie van fijn stof in stedelijke gebieden kan naar beneden halen. Het is een ‘aanmoedigingsprijs’ die cash biedt om die uitdaging te realiseren. Deelnemers waren vrij in hun technologiekeuze.
De prijs werd uitgereikt door Jean-Eric Paquet, Director-General for Research and Innovation at the European Commission, tijdens de Industrial Technologies Conference. De middelen kwamen van het onderzoeks- en innovatieprogramma van de EU. De prijs werd in 2015 uitgeschreven en de Commissie ontving 16 applicaties die in aanmerking kwamen uit 12 landen. Naar verluidt pikten andere kandidaten in op fotokatalytische materialen in meubels, additieven in brandstoffen, cyclonen en filters,… maar hierover werd niet verder gecommuniceerd.
(LDS)
