Ontwikkeling chemische minifabriek op zonne-energie

ENGINEERINGNET.BE - ‘Het nieuwe systeem, dat geneesmiddelen en andere chemicaliën kan synthetiseren in economisch aantrekkelijke volumes, is inzetbaar in geïsoleerde omgevingen. Hierdoor kan de productie van fijnchemicaliën gedecentraliseerd worden’, aldus hoogleraar Flow Chemistry Timothy Noël.

‘We maken gebruik van een fotokatalysator die de synthese aandrijft wanneer hij wordt verlicht. Dat maakt de synthese om te beginnen duurzaam. Het maakt ook stand-alone werking op afgelegen locaties mogelijk.'

'Onze droom is dat dit systeem in de toekomst gebruikt wordt op een ruimtebasis op de maan of op Mars, waar zelfvoorzienende systemen nodig zijn voor energie, voedsel en geneesmiddelen.’

Het prototype van de zonlichtreactor beslaat nu een oppervlakte van ongeveer 0,5 x 0,5 vierkante meter. Om het volledig autonoom te maken, hebben de onderzoekers de reactor uitgerust met een zonnecel die de stroom levert voor hulpapparatuur zoals pompen en besturingssysteem.

Deze zonnecel is achter de stroomreactor geplaatst in een gestapelde configuratie die zorgt voor een maximale efficiëntie per vierkante centimeter. Noël: ‘De meer energetische golflengtes worden in de reactor gebruikt om de fotokatalysator aan te drijven. De resterende fotonen met golflengtes van 600-1100 nm worden omgezet in elektra om de hulpapparatuur aan te drijven.’

Het prototype gebruikt ook een responsief besturingssysteem dat de chemische omzetting bij diverse lichtintensiteiten optimaliseert. Noël: 'Veldproeven bevestigden dat het in staat is om chemicaliën in een constant tempo te produceren, zelfs op zonnige dagen met voorbijtrekkende wolken.’

De onderzoekers hebben de prestaties van het prototype vergeleken met de productiecijfers van de bekende fotochemische synthese van rose oxide.

Zij berekenden dat hun systeem een erg klein oppervlak vereist om aan de huidige jaarlijkse vraag te voldoen: slechts 150 m2 zou volstaan. Noël: ‘Dat komt neer op één fabrieksdak vol met onze zonlichtreactoren.’

‘De systeemkosten zouden vergelijkbaar zijn met de huidige commerciële fotosynthesesystemen. Maar we hebben uitsluitend zonne-energie nodig, dus er zijn geen energie-uitgaven op dit vlak. Het zou dus echt een duurzame strategie kunnen zijn voor de toekomstige productie van chemische stoffen zoals rose oxide of farmaceutica.’