Chemie moet en kan schoner

Raffinaderij van Shell in Pernis. Foto: anp Beeld
Raffinaderij van Shell in Pernis. Foto: anp

Technologisch gezien verkeert de chemische industrie nog in de Middeleeuwen. Processen kunnen veel slimmer en dus ook groener.

In de chemische industrie worden nog veel grondstoffen en energie verspild. Zo levert de productie van een kilo gewone kunststof, zoals polyethyleen 1 tot 5 kilo afval op. Bij medicijnen kan dat zelfs oplopen tot honderden kilo's per kilo product.

Volgens Andrzej Stankiewicz, hoogleraar Procesintensificatie in Delft, moet en kan dat beter. Eerst het moeten. "Fossiele grondstoffen raken uitgeput en ook hernieuwbare grondstoffen uit de landbouw zijn niet onbeperkt beschikbaar. Tegelijkertijd moet je vaststellen dat hooguit een kwart van de gebruikte grondstoffen wordt omgezet in bruikbaar product. De resterende driekwart wordt omgezet in afval en belast het milieu."

Het moet ook beter vanwege de veiligheid van de chemische industrie. Als voorbeeld noemt Stankiewicz de ramp in Bhopal (India) in 1984, het grootste bedrijfsongeval in de geschiedenis. Uit opslagtanks lekte toen 40 ton van het zeer giftige MIC (methylisocyanaat), een tussenproduct voor bestrijdingsmiddelen.

De onbedoelde lekkage had tussen de 4000 en 15.000 doden tot gevolg en een half miljoen gewonden, waarvan 50.000 permanent. Stankiewicz: "Bij een efficiënter ingericht proces had de tussenvoorraad MIC niet 40 ton hoeven te zijn, maar slechts tien kilo. Dan waren de gevolgen veel en veel minder groot geweest."

Dat het ook beter kan in de chemische industrie illustreert Stankiewicz met een gravure uit 'De Re Metallica', een boek dat verscheen in 1556. "Sommigen van mijn collega's in de industrie vinden het niet leuk om te horen, maar eigenlijk gebruiken veel processen in de chemische industrie Middeleeuwse technologieën."

De gravure toont een rij van vier vaten met roerder, aangedreven door een waterrad. Ze maken onderdeel uit van een proces om goud uit gouderts te winnen Stankiewicz: "Zulke geroerde vaten zijn nog steeds het werkpaard van de moderne chemische industrie. Alleen het waterrad is vervangen door een elektromotor."

Inmiddels zijn er al wel voorbeelden van processen die stukken veiliger en veel minder verspillend zijn. De Oostenrijkse vestiging van DSM bijvoorbeeld heeft voor een van zijn processen een reactor ter grootte van een douchecel vervangen door een microreactor, formaat schoenendoos. De effectiviteit van de reactie nam met 20 procent toe.

Het Amerikaanse Eastman Chemicals had een fabriek voor het maken van methylacetaat met 28 forse apparaten. Methylacetaat is een vluchtig oplosmiddel voor onder meer inkt, verf en nagellak. Door het proces anders te ontwerpen waren er nog maar drie apparaten nodig. Daardoor daalden de kosten van de investering met tachtig procent. De energiebehoefte daalde met maar liefst 85 procent.

Efficiëntere processen hebben dus grote voordelen, zowel voor milieu en veiligheid als voor de portemonnee. Waarom zien we dan zo weinig voorbeelden? Stankiewicz: "Op de eerste plaats omdat de chemische industrie risico's wil vermijden. Fabrieksmanagers willen niet de eerste zijn met een nieuw proces, omdat ze bang zijn dat ze hun 'targets' niet halen."

Op de tweede plaats is het merendeel van de chemische installaties in West-Europa al lang afgeschreven, weet de hoogleraar. "Dat is prettig want dat houdt de kostprijs laag. Investeren in nieuwe installaties - ook al zijn ze veel efficiënter - brengt extra kosten met zich mee."

Het effect is dat de nieuwe, efficiëntere installaties niet in Europa worden gebouwd, maar in landen als China of India. Stankiewicz: "China telt bijvoorbeeld het grootste aantal moderne zogenoemde high gravity packed beds (een soort centrifuges) ter wereld. Zij hebben het voordeel dat ze van nul af kunnen beginnen."

Toch is Stankiewicz niet pessimistisch over de toekomst. "In de chemische industrie wordt de maatschappelijke en financieel-economische druk om efficiënter en duurzamer te gaan produceren steeds groter. We kunnen ons de verspilling van energie en materiaal gewoonweg niet meer permitteren."

In de strijd tegen de verspilling heeft hijzelf onlangs een prestigieuze beurs gekregen (de Advanced Investigator Grant) van de Europese Onderzoeksraad. Het bedrag van 2,3 miljoen euro is bedoeld voor onderzoek naar mogelijkheden om moleculen gericht op elkaar te laten botsen. Daardoor kan de effectiviteit van chemische reacties tot wel honderd keer verbeteren. Stankiewicz: "Bestaande reactoren lijken op een flipperkast. Moleculen botsen op een willekeurige manier en slechts een klein deel van de botsingen levert de gewenste producten op. Wij willen proberen om moleculen te sturen. Geen flipperkast, maar een snookertafel. Met laserlicht of microgolven (magnetron) als biljartkeu kun je de effectiviteit van de botsingen sterk vergroten."

Broeikasgas CO2 maakt chemie groener

Het broeikasgas CO2, dat vrijkomt bij energiecentrales kun je natuurlijk afvangen en opslaan in de bodem. "Een beetje zonde", vindt Martyn Poliakoff. "Je kunt het ook gebruiken als milieuvriendelijk oplosmiddel in de chemische industrie."

Poliakoff is hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Nottingham en houdt zich al jaren bezig met 'groene chemie'. Hij was even in Nederland voor een bijeenkomst in het kader van het Internationaal Jaar van de Chemie.

Onder chemici is hij vooral bekend vanwege zijn filmpjes over de elementen van het Periodieke Systeem (www.periodicvideos.com). Daarin geeft hij informatie over het element en zijn toepassingen. Inclusief experimenten met ontploffend waterstofgas en brandend kalium. Op YouTube trekt zijn uitleg duizenden kijkers.

Terug naar CO2. Hoewel het een gas is, krijgt CO2 bij een temperatuur van 31 graden en een druk van 73 bar eigenschappen van een vloeistof. Eén daarvan is het oplossen van vaste stoffen, zoals suiker in de thee oplost. In die superkritische vloeistof kun je zelfs een chemische reactie laten plaatsvinden.

"Het voordeel is", zo vertelt Poliakoff, "dat je na de reactie de druk weer kunt verlagen. Het superkritische CO2 wordt weer een gas en je eindproduct komt in zeer zuivere vorm vrij. Waar je normaliter veel tijd en energie kwijt bent voor het scheiden van oplosmiddel, product en eventuele bijproducten, gaat het bij gebruik van superkritisch CO2 bijna vanzelf.'

Een paar jaar geleden heeft Maaike Kroon, toen nog promovenda aan de Technische Universiteit Delft en inmiddels hoogleraar aan de TU Eindhoven, voorgerekend hoeveel het gebruik van superkritisch CO2 bespaart op afval en energie bij de productie van het medicijn Levodopa tegen de ziekte van Parkinson. De energiebesparing vergeleken met het gebruik van conventionele oplosmiddelen was 75 procent. De hoeveelheid afval was van ruim drie kilo per kilo product tot vrijwel nul teruggebracht.

Poliakoff kent het onderzoek van Kroon en vindt het een uitstekende illustratie van wat je kunt bereiken met het gebruik van superkritisch CO2 in de chemische industrie. Zelf werkt hij momenteel aan de productie van een milieuvriendelijk oplosmiddel uit biomassa, als vervanger van brandbare en giftige oplosmiddelen, zoals ether, aceton, tolueen en benzeen.

Op basis van zetmeel uit maïs lukte het Poliakoff en medewerkers om met behulp van superkritisch CO2 een oplosmiddel te maken dat veel minder brandbaar is. De vloeistof (GVL, gamma-valerolacton) is goed afbreekbaar en dus minder belastend voor het milieu. Poliakoff: "Het heeft wel wat weg van petroleum, maar het verdampt nauwelijks."

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden