ENGINEERINGNET.BE - “Semi-industriële productie”, verduidelijkt CEO Kurt Du Mong. “Wij kunnen voortaan 150 à 200 ton mesoporeuze zeolieten per jaar produceren.” Die worden o.a. gebruikt in raffinaderijen en chemische sites van vandaag… en morgen.
Een zeoliet is een hoogkristallijn materiaal. Zeolieten hebben ‘cracks’ of poriën en kanalen van minder dan één nanometer, de ordegrootte van moleculen. Molecules hechten er zich via adsorptie. In de ‘actieve sites’ gebeurt een reactie en dan wordt er weer losgelaten (desorptie). Dat werkt goed, is supergoedkoop en veilig, maar het typische zeolietmateriaal kent een ‘diffusie limitatie’. Moleculen dringen er maar moeilijk binnen. Dat beperkt de prestaties van standaardzeolieten. Dat probleem loste Zeopore op. Het maakt moleculaire snelwegen in de zeolietkristallen met poriën die 10 tot 50 keer groter zijn. Via deze mesoporiën met diameters van 10 tot 50 nm krijgen de moleculen makkelijker toegang tot alle actieve sites in het kristal.
“De uitdaging is om hoogwaardige materialen te bekomen ‘zonder’ dure en schadelijke ingrediënten te gebruiken”, zegt Du Mong. Zeolieten zijn kwetsbaar. Sommige technologieën gebruiken zuren en basen die, naast het maken van mesoporiën, ook het restant van het zeoliet beschadigen. “Je moet er een bescherming toevoegen zodat de zeoliet niet kapot gaat terwijl je extra poriën maakt. Concurrenten voegen dure additieven toe die er later ook weer afgebrand moeten worden.” Een energie intensief en explosief gebeuren (bij 600°C). “Wij vonden een methode om de zeolieten te beschermen tegen zuren en basen zonder additief. Op een zeer gecontroleerde manier beheersen wij op nanoschaal het contact tussen de zeolieten en de chemicaliën.” Du Mong verwacht vanaf volgend jaar de industriële adoptie van zijn producten. Een veredelde zeoliet vergt heel wat validatie.
Supply chain
“Wij zijn veredelaars. Wij kopen of krijgen het niet-behandelde zeolietpoeder van de klant en doen daarop een behandeling die hun eigenschappen op nanoschaal verandert.” Zeopore levert zijn mesoporeuze zeoliet in poedervorm aan de katalysatorproducenten die dat dan weer met andere stoffen mengen om als katalysatorkorrels aan de eindklant te leveren, bijvoorbeeld een raffinaderij of chemische fabriek.
Katalysatoren in een raffinaderij kunnen 30 tot 100 ton zeolieten bevatten die een levensverwachting van een paar jaar hebben. “Er zijn hoogstens 50 potentiële klanten -katalysatorproducenten- in de wereld”, telt Du Mong, Het zijn grote jongens allemaal. Multinationals zoals Shell, BASF, Ketjen, ExxonMobil, Axens, Honeywell UOP,… “In het circulaire gebeuren zijn er wel nog kleinere partijen actief rond kunststofafval, plantaardige oliën, gebruikte keukenoliën, biomassa voor biochemicaliën,… Nu circulaire grondstoffen steeds belangrijker worden, veranderen bestaande processen fundamenteel en rijst de vraag hoe ze te optimaliseren.”
Twee markten, een achttal toepassingen
Zeopore zit in twee markten en mikt op een 8-tal toepassingen. De eerste markt is die van de bestaande raffinage en petrochemie, m.a.w. 90% olie- en gasgedreven en zelfs die met kolen. De tweede is die van de duurzame, circulaire raffinage en groene chemie. Denk daarbij aan de productie van Sustainable Aviation Fuel (SAF) of hernieuwbare smeermiddelen. “Onze zeolietkatalysatoren zorgen er voor een 5 tot 8% hogere output.”
Fluidized Bed Catalytic kraken (FCC) is met 85% van het tonnage de grootste markt van zeoliet. “Cokes zorgen heel snel voor een aanslag met koolstof. De katalysator moet dan ook geregenereerd worden.” Dat gebeurt in situ door een fluidisatie die de aanslag met een 700°C hete luchtstroom afbrandt. Deze grootste markt gebruikt zo’n miljoen ton zeoliet, een ‘commodity’ die leeft op prijs en mate van regenereren. Dit zeer geconsolideerde segment telt maar 5 à 6 producenten wereldwijd. “Wij zitten vandaag in die markt. We kunnen er de samenstelling van het eindproduct sturen en de hoeveelheid propyleen, bijvoorbeeld, verhogen. Met 1% absoluut. Dat is 5% relatief”, rekent Du Mong. De uitdaging hier is dat elk van die producenten exclusiviteit wil terwijl prijs in dit segment absoluut doorslaggevend is. Bij één van die producenten is Zeopore aan de laatste validatiestap bezig. Daarna volgt een industriële test. “Dit is gigantisch belangrijk voor ons. Het gaat om supergrote volumes. FCC is de enige markt waar we niet zelf gaan produceren. Ons proces moet on site in het bestaande zeoliet/katalysator-productieproces gebeuren, anders is het economisch niet rendabel. Het vergt de capaciteit om een paar tienduizend ton te maken.”
Een tweede grote zeolietenmarkt is die van het hydrokraken met waterstof (HDC). “De zeolieten die je hierbij gebruikt zijn wel vele malen duurder. Voor ons is dit wellicht de belangrijkste markt, ook al is die kleiner. We werken hiervoor samen met een aantal industriële partijen.” Zeopore deed testen met Q8 in hun pilootinstallatie, met hùn grondstoffen en onder hùn procescondities. “We haalden er 3 à 4% meer hoogwaardige producten -diesel en kerosine- uit.” Zeopore patenteerde zijn nieuwe HDC-technologie. “Typisch vergt het meerdere processen om aan de gewenste zeoliet te geraken. Wij kunnen onze modificatiestap helemaal in het proces integreren en modificeren het goedkopere startzeoliet met minder materiaalverlies.”
Een derde markt: dewaxing (isomerisatie) moet een olieproduct minder visceus maken en het ‘cloud point’ verleggen zodat het hogere motorperformantie kan leveren. “Super belangrijk voor duurzamere brandstoffen, waar Zeopore op dit moment samen met een partner de markt betreedt. Duurzame brandstoffen zijn een sterk groeiende markt, en met onze hoogperformante zeolieten kunnen we daar een stuwende rol in spelen.”
Een vierde markt: ‘crude to chemicals’. “Die wordt ontwikkeld door partijen als Saudi Aramco, Exxonmobil en het Chinese Sinopec.” Met de opgepompte petroleum produceren olieraffinaderijen vandaag zo’n 70-80% fuels (diesel, kerosine, LPG en gas) en 20-30% basisgrondstoffen voor de scheikundige nijverheid (ethyleen, propyleen, aromaten, …). Aramco wil de bestaande verhouding omslaan om meer basisgrondstoffen en minder fuels te produceren. Maar dat vergt een volledige turn-over met ook specifiek ontwikkelde katalysatoren. “Zeopore werkt hieraan in een bedrijvengroep. Deze raffinaderijen bestaan nog niet. Dat is langere termijn. We schalen ondertussen op om klaar te zijn als die nieuwe technologieën werkelijkheid worden .”
Dat brengt Du Mong bij de circulaire markten/toepassingen zoals SAF en hernieuwbare diesel. “Het is een groeiende markt maar nog klein vergeleken met die van de fossiele brandstoffen.” Bij de productie van hernieuwbare en fossielvrije kerosine worden plantaardige of synthetische oliën omgezet tot duurzamere brandstof. De kwaliteit is minder dan van de fossiele brandstof en moet dus verder opgewerkt worden. “Om aan de marktspecificaties te voldoen, vergt het een verdere isomerisatiestap. Als je dat niet optimaal doet, met standaardzeolieten, verlies je 10 tot 30% aan nevenproducten.
Met onze meso-zeolieten zien we het verlies aan nevenstromen zakken naar slechts 2%. Dus win je een 8% waardevolle kerosine. Zo creëren wij een 15 à 20 miljoen dollar per jaar voor een raffinaderij.” Zeopore scoort trouwens gelijkaardige cijfers in fossiele diesel. Bij de gigantische marktvolumes valt er dus nog veel winst te halen. “Toch is de duurzamere markt voorlopig kleiner. Vaak moet men nog door een aantal ontwikkelingsstappen die echter niks met ons te maken hebben.”
Dat geldt nog sterker voor de markt van kunststofafval. “Mechanische en thermische (pyrolyse) recyclage sturen daar de eigenschappen nog niet goed. Men verbruikt er ook zeer veel energie (warmte). Men kijkt naar katalyse om efficiënter en rendabeler te kunnen werken.” Een chemische recyclage kraakt de lange polymeerketens tot kleinere molecules, een monomeer. “Daar zorgt onze technologie voor een sterke verbetering.” De kunststofafval wordt eerst thermisch behandeld in de pyrolysereactor. Dit verbranden zonder zuurstof, resulteert in een gas, een vloeistof (Py-oil of pyrolyseolie) en een vast residu. Dat gas wordt omgezet naar aromaten (styreen, benzeen, tolueen,… ).
“Met standaardzeolieten is de samenstelling van de aromaten slecht te controleren. Wij kunnen naar de belangrijkste producten, xyleen bijvoorbeeld, sturen. Wij verdubbelen de selectiviteit en verhogen het rendement.” Een derde submarkt is het omvormen van (afgevangen) CO₂ tot methanol en verder tot propyleen, ethyleen, fuels,… Zeopore is deel van consortia en Europese onderzoeksprojecten die nieuwe processen ontwikkelen die van CO₂ naar methanol naar SAF willen. “Die processen bestaan. Wij onderzoeken of we dat in één reactor klaar krijgen. In de methanolconversie leveren we niet alleen 25% meer eindproduct op. Ook de levensduur van de katalysator is langer.” Maar dat is voor de langere termijn… Ondertussen gaat Du Mong waar de markt is. “Of we daarmee het fossiele gebeuren verbeteren? Onze zeolieten besparen er inderdaad op energie en CO₂. Minder eco-impact, meer sustainability maar ook lagere kosten en meer rentabiliteit, wat voor de belangrijke chemische industrie de gewenste combinatie oplevert.”
Vlaanderens trots
“Na zeven jaar zijn we nu aan de commercialisatie begonnen en kan het hard gaan.” Tot vandaag is ongeveer 5 miljoen euro eigen vermogen geïnvesteerd en 2 miljoen euro subsidies, rekent Du Mong. Voor dat geld heeft hij een semi-industriële installatie en een portefeuille van 12 patentfamilies wereldwijd. Zeopore telt vandaag een 12-tal medewerkers en maakt met zijn samples en eerste productvolumes een omzet van een paar honderdduizend euro. “Tegen 2029 wordt dat meer dan 30 miljoen euro omzet aan een aangename rentabiliteit. Als het ons lukt, hebben we genoeg aan één klant binnen één applicatie om winstgevend te worden.” Zeopore heeft nu een vijftal commerciële opportuniteiten in de pijplijn die kort bij industrieel gebruik staan. De grote uitdaging: testen duren lang en moeten vaker herdaan worden. Het risico bestaat dat katalysatoren misschien sneller eroderen. Dat investeerders hun geduld verliezen…
Du Mong is trots op zijn team. “Wij fitten heel erg met wat België/Vlaanderen wil doen. We zetten in op innovatie in de kern van chemie. Dat heeft internationaal belang: we leveren waarde, reduceren CO₂ en versterken circulariteit. Onze unieke technologie is hoog winstgevend en creëert wereldwijde impact.” (foto's: LDS & zeopore)
Mesoporositeit
Mesoporeuze zeolieten zijn al langer gekend voor hun bijzondere prestaties in katalyseprocessen maar hun productie was zo duur dat ze er commercieel niet aan te pas kwamen. Doorbraakonderzoek aan het KU Leuven Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse kraakte in 2015-16 het probleem tegen een lage productiekost. In 2017 is de spin-out Zeopore Technologies opgericht. In 2024 schaalde Zeopore de productie op van labschaal tot semi-industrieel. Het gebruikt eenvoudige hardware: een standaard geroerde reactor, een industriële filter en een oven. Zijn diepe chemische kennis maakt het hele verschil: “Zeopore inside”. Een centraal kleppensysteem stuurt de precieze mesoporisatie. Het eigen filtratieproces levert de eindproducten, die worden verzameld, gedroogd, verpakt en wereldwijd verzonden. Mesoporeuze zeolieten kunnen op hun beurt voorzien worden van metalen en edelmetalen met het oog op katalytische formules.
