Popfestivals maken doorgaans voor hun elektriciteitsvoorziening gebruik van dieselgeneratoren. Als duurzaam alternatief ontwikkelden TU/e-onderzoekers een 21 meter hoge, uitklapbare energietoren met zonnecollectoren en een windturbine. De onderzoekers testten de GEM Tower voor het eerst op het Belgische festival Pukkelpop.

Het vervuilende karakter van festivals was al jaren een doorn in het oog van TU/e-bouwkundige Faas Moonen. Met 2,3 miljoen euro subsidie van het Europese Interreg begon hij in 2017 aan een duurzaam alternatief, en stelde een postdoc en drie PDEng-onderzoekers aan om hem te helpen. Aan zijn droom werken nu negen bedrijven mee, waaronder festivalorganisatoren van Pukkelpop en Eurosonic Noorderslag, die volop mee hebben gedacht om aan de strenge veiligheidseisen te kunnen voldoen.

Energietoren

De duurzaamheid zit hem niet alleen in het opwekken van energie, de energietoren zelf is van duurzame materialen gemaakt én er is nagedacht over het duurzaam transporteren van het gevaarte. De precieze opbrengst van de energietoren moet nog blijken uit de tests, hij zou maar liefst 261 dagen per jaar stroom moeten kunnen genereren. Daarnaast bestaat de basis van de toren uit een drie meter hoog accupakket die negentig kilowattuur aan stroom kan opslaan.

Windturbine

De meeste energie wordt opgewekt met een zevenhonderd kilogram wegende verticale windturbine op achttien meter hoogte. Is de wind afwezig, dan zorgen zonnecellen voor een stabiele stroomopwekking. Maar liefst 144 kleine flexibele thin foil zonnecellen sieren de toren. Daarnaast levert het onderzoeksteam nog 72 grote, flexibele zonnecellen die festivalorganisatoren op de daken van hun etenskramen, toiletwagens of tenten leggen en kunnen koppelen aan het accupakket van de toren.

Zonne-energie

De eyecatcher zijn de veertig gekleurde zonnecollectoren. Deze zogenoemde Luminescent Solar Concentrator panelen zijn ontwikkeld aan de TU/e, in de onderzoeksgroep van prof. Michael Debije aan de faculteit Scheikundige Technologie. De panelen vangen inkomende lichtstralen in de plaat, en transporteren deze naar de randen. In de omlijsting van de panelen zitten zonnecellen die deze geconcentreerde lichtbundel omzetten naar elektriciteit.

Het komende jaar staat in het teken van het testen van de toren. In 2020 moet dit exemplaar volledig werkzaam langs de festivals reizen. Maar met deze ene toren is het onderzoeksteam zeker niet klaar. ‘We starten daarna met de bouw van een nieuwe toren, die nóg meer stroom moet opwekken en dus óók automatisch uitklapbaar is’, vertelt Moonen.

 

Onder de naam Innovation Industries is een nieuw technologiefonds opgericht dat gaat investeren in circa twintig veelbelovende hightech bedrijven in Nederland. Het fonds wil hoogwaardige kennis, die aanwezig is op de technische universiteiten, binnen TNO en ECN, versneld omzetten in succesvolle bedrijven. Daarnaast is het doel om bestaande hightech bedrijven (zogenaamde scale-ups) te ondersteunen bij hun groei.

Vanuit dit investeringsfonds wordt 75 miljoen euro geïnvesteerd. Het fonds richt zich in het bijzonder op bedrijven die met hun producten of technologieën een positieve bijdrage leveren aan de grote maatschappelijke uitdagingen van dit moment waaronder klimaatverandering, zorg, mobiliteit en voeding.

De technische universiteiten en toegepaste kennisinstellingen zetten zich gezamenlijk in voor het effectief vertalen van kennis naar economische bedrijvigheid in Nederland. Voorheen werkte elke universiteit met een eigen investeringsfonds of methodiek om startups te helpen, maar er was geen landelijk systeem. Innovation Industries biedt coördinatie, versterking en de mogelijkheid tot opschaling van innovatieve ondernemers.

De Technische Universiteit Eindhoven, Universiteit Twente, Wageningen University & Research en TNO treden naast een samenwerking met het fonds tevens als investeerder toe tot het fonds. Het fonds heeft verder investeringen ontvangen van het Europese Investeringsfonds (European Investment Fund), het Pensioenfonds voor Metaal en Elektro (PME) alsmede ECN, PPM Oost, Topfonds Gelderland en het Innovatiefonds Overijssel. Ook de leden van het fondsmanagement zullen in het fonds participeren evenals een groep van overwegend Twentse investeerders, die al eerder investeerden in de voorloper van dit fonds; het Twente Technology Fund.

Als we de aarde gezond willen krijgen, ondanks een bevolking van meer dan 7 miljard, dan moeten we veel meer gaan hergebruiken. Membranen zijn daarbij onmisbaar, onder meer doordat ze gassen en vloeistoffen milieuvriendelijk kunnen scheiden en zuiveren – denk aan schoon drinkwater. Membraanhoogleraar Kitty Nijmeijer (1972) verhuisde naar de TU/e om met haar onderzoek bij te kunnen dragen aan de duurzaamheid van onze wereld.

Al Gore, met zijn boek An Inconvenient Truth, was een belangrijke inspirator voor de chemisch technoloog Nijmeijer, en Trump’s opvattingen over klimaatverandering vindt ze ‘schokkend’, net als het ondermijnen van klimaatwetenschap door bedrijven als Exxon Mobil. Het tekent de hoogleraar Membrane Materials and Processes Kitty Nijmeijer, bij wie het onderzoek in het teken staat van één ding: werken aan de duurzame toekomst van de aarde. Ze wil met haar werk een bijdrage leveren aan een circulaire economie waarbij ‘zoveel mogelijk kringlopen gesloten worden’. Door bijvoorbeeld van afval weer grondstof te maken, want ‘ik vind dat wij verantwoordelijk zijn voor een schone en duurzame wereld. We hebben maar 1 aarde tot onze beschikking, maar in de westerse wereld gebruiken we met onze huidige levensstijl drie tot vijf aardes. Hergebruik van materialen is dus pure noodzaak om uitputting van de aarde te voorkomen.’

Vrijwel alles

Dat ze werkt aan membraantechnologie voor de benodigde scheidingsprocessen, sluit daar naadloos bij aan. ‘Vrijwel alles wat wij eten en drinken, alle producten die wij gebruiken, hebben een of meerdere scheidingsstappen ondergaan’, legt Nijmeijer uit. ‘Scheidingen nemen het grootste deel van het energieverbruik van de chemische industrie voor hun rekening. Membraantechnologie is een milde scheidingstechnologie die weinig energie kost.’

Concentratie

Haar groep werkt aan de ontwikkeling van nieuwe membranen, het verbeteren van de scheidende eigenschappen, een langere levensduur, en aan hogere opbrengsten van die membranen voor duurzame toepassingen. Het doel is daarbij altijd ‘upcyclen’; van een reststroom een hoogwaardigere grondstof maken. Want ‘downcyclen’, een laagwaardiger product maken (zoals karton van oud papier), leidt uiteindelijk toch tot afval. Nijmeijer ziet bijvoorbeeld kansen in de voedingsmiddelenindustrie, waar veel verdunde reststromen voorkomen die door concentratie en het selectief terugwinnen van waardevolle componenten – via membranen – economisch weer interessant kunnen worden.

Een relatief nieuw en groeiend probleem waar Nijmeijer aan werkt, zijn de zogenaamde microverontreinigingen zoals medicijnen, hormonen, drugs en pesticiden, in drinkwater. Op dit moment zijn deze stoffen nog slechts in zeer lage concentraties aanwezig in ons water, maar als we niets doen zijn deze uiteindelijk wel bedreigend voor de gezondheid. Deze stoffen zijn er nu nog niet uit te krijgen, maar Nijmeijer hoopt dat dit met de nieuwe membranen die door haar groep ontwikkeld worden binnen vijf jaar wel lukt.

Blauwe energie

Ook op veel andere fronten van duurzaamheid kunnen membranen een sleutelrol spelen. Denk aan het afvangen van CO2 en het terugwinnen van waterdamp bij elektriciteitscentrales, het opwekken van elektriciteit uit het verschil in zoutconcentratie tussen zee- en rivierwater (‘blauwe energie’), het opwerken en zuiveren van biogas zodat het bruikbaar is in het gasnet, en het maken van basischemicaliën of brandstoffen uit CO2 met hulp van zonne-energie. Het zijn allemaal terreinen waar Nijmeijer met haar groep aan werkt

Poreuze rietjes

Nijmeijer stapte begin 2016 over van de Universiteit Twente naar de TU/e. ‘Omdat Eindhoven sterker is in zowel polymeren als procestechnologie, beide belangrijke pijlers om de membraantechnologie van de toekomst te ontwikkelen.’, licht ze toe. Samen met haar collega dr. Zandrie Borneman bouwde ze in Eindhoven een nieuwe onderzoeksgroep op, Membrane Materials and Processes (MM/P) – inmiddels 15 leden sterk – en richtte ze voor 1,7 miljoen euro een geheel nieuw laboratorium in, dat op 7 april wordt geopend. Daarin kunnen Nijmeijer en haar onderzoekers heel nauwkeurig de eigenschappen van polymeermembranen variëren en beïnvloeden, de membranen precies die eigenschappen geven die nodig zijn voor nieuwe, duurzame toepassingen en testen of de membranen inderdaad doen wat ze moeten doen. De gemaakte membranen hebben de vorm van lange, dunne rietjes, met microscopisch kleine gaatjes. Deze gaatjes laten alleen schoon water door, terwijl bacteriën en het vuil worden tegengehouden. Vuil water dat door zo’n rietje stroomt, komt er aan de buitenzijde gezuiverd uit. In het lab kunnen de onderzoekers op moleculair niveau sleutelen aan het membraanmateriaal en daarmee heel nauwkeurig de grootte van die gaatjes bepalen, wat bepaalt welke stoffen het membraan kunnen passeren. Nijmeijer: ‘Dat is een van de leuke dingen van mijn vakgebied; het ontwikkelen van membranen vraagt inzicht en begrip en tegelijkertijd maakt de toepassing het zeer concreet.’

De TU Eindhoven gaat onderzoeken waarom veel beoogde katalysatoren in de industrie niet werken. Onderzoeker Evgeny Pidko wil de resultaten gebruiken om gericht duurzame katalysatoren te kunnen ontwerpen. Onder meer voor de omzetting van biomassa. Het onderzoek ontvangt twee miljoen euro van de European Research Council.

Katalysatoren zijn materialen die chemische reacties helpen zonder er zelf aan deel te nemen. Ze laten de reacties sneller of bij lagere temperaturen verlopen of zorgen voor minder afval. Vaak gaat het niet om een enkele stof, maar samenwerkende materialen in katalytische systemen.

De ontwikkeling van een katalysator begint gebruikelijk met de ontdekking van een stof die katalytisch actief is. Daarna zoeken wetenschappers op fundamenteel niveau uit hoe de katalysator werkt. Door deze aanpak wordt echter niet duidelijk waarom veel beoogde katalysatoren niet werken. Bovendien worden veel potentiële katalysatoren over het hoofd gezien. Ook verliezen sommige katalysatoren na een tijdje hun werking. Vaak om onbekende redenen.

Duurzame omzetting van biomassa

Pidko wil met zijn project genaamd DeLiCat (Death and Life of Catalysts) nu gaan doorgronden waarom sommige katalysatoren niet ‘leven’ en andere wel. Hij gaat de nieuwste chemische inzichten gebruiken voor computersimulaties, om de complexe reactieprocessen te ontrafelen. Met die kennis wil hij multifunctionele katalytische systemen ontwerpen. Het liefst zonder dure zeldzame metalen. Ze moeten bovendien blijvend werken en weinig afval genereren. Vervolgens gaat Pidko experimenten doen om te zien of de ontworpen systemen ook in het echt zo werken zoals voorspeld.

Methanolbatterij

Duurzame omzetting van biomassa in nuttige basischemicaliën is een van de twee onderzoeksonderwerpen van Pidko en zijn team. Daarnaast kijken ze naar alcoholen als opslagmedium voor waterstof. Katalysatoren moeten ervoor zorgen dat waterstof er snel in kan worden opgeslagen en ook weer snel aan onttrokken. Eerder werk van onder meer Pidko leidde al tot een snelle methode voor waterstofopslag in mierenzuur. Methanol zou nog beter zijn. Dat kan drie keer zoveel waterstof opslaan. Heel interessant voor waterstofopslag in bijvoorbeeld auto’s met een brandstofcel. ‘Als we een methanolbatterij kunnen maken, dat zou echt een doorbraak zijn’, aldus Pidko.