innovatie

Water + lucht + elektriciteit = waterstofperoxide

7 december 2016 • 3 min leestijd

Decentraal waterstofperoxide produceren uit water, lucht en elektriciteit. Binnen het Shared Innovation Program Voltachem is aangetoond dat het mogelijk is. De verbeterde variant van de elektrochemische productie van waterstofperoxide is milieuvriendelijker en verlaagt de veiligheidsrisico’s. Vier vragen aan Roel Bisselink van TNO over de technologie, de relevantie en de toekomst.

1. Waarom is deze technologie ontwikkeld?

“Waterstofperoxide kent bijzonder nuttige toepassingen; van het bleken van vezels in de papier-, pulp- en textielindustrie, desinfectie en het produceren van chemicaliën tot bodemsanering en een breed scala aan waterbehandelingsprocessen. De stof valt uiteen in water en zuurstof en is milieuvriendelijker dan chloorbleekloog. Het traditionele productieproces van waterstofperoxide verbruikt echter veel energie, genereert een grote afvalstroom en vraagt om grote hoeveelheden organische oplosmiddelen. Verder leiden transport en het omgaan met deze stof herhaaldelijk tot incidenten. Decentrale, on-site, productie kan deze veiligheidsrisico’s verlagen, maar dan moet er geen gebruik worden gemaakt van organische oplosmiddelen en waterstofgas. Daarom startte TNO circa vijftien jaar geleden al de ontwikkeling van een productiemethode op basis van elektrochemie. Recent is in het kader van het Voltachem-programma een verbeterde variant van deze technologie ontwikkeld.”

2. Wat is er bijzonder aan deze verbeterde variant?

“Dit is echt een doorbraak. Bij de ‘conventionele’ elektrochemische methode wordt de in de lucht aanwezige zuurstof gereduceerd tot waterstofperoxide in een alkalisch milieu. We hebben de productie van waterstofperoxide al mogelijk gemaakt in een breed pH-bereik, van zuur en neutraal tot basisch. Voor de elektrische geleiding is echter een elektrolyt nodig: een zout, zuur of base. Dit resulteert in chemicaliënverbruik en bovendien vindt de productie plaats in een oplossing. In een decentrale opstelling, waarbij op locatie waterstofperoxide wordt gemaakt, is het niet gewenst om elektrolyt mee te doseren. Dit zou namelijk kunnen leiden tot bijvoorbeeld verzilting van het systeem, zeker als het een gesloten systeem betreft. In ons nieuwe concept gebruiken we minder chemicaliën en vrijwel geen elektrolyt, waardoor het proces milieuvriendelijker is. Het mooie is dat het basisprincipe ook nog eens niet alleen inzetbaar is voor efficiëntere productie van waterstofperoxide, maar daarnaast gebruikt kan worden voor elektrosynthese van andere chemische stoffen.”

3. Waarom is deze ontwikkeling zo relevant?

“Zoals aangegeven speelt waterstofperoxide een belangrijke rol in tal van industriële en civiele toepassingen. De markt groeit jaarlijks met meer dan 5%, zeker met de toegenomen interesse in duurzame oplossingen. Het ontwikkelde elektrochemische proces is relatief eenvoudig, efficiënt en zeer selectief. Daardoor kunnen de productiekosten, het energieverbruik en de afvalproductie flink omlaag. Daarnaast is het proces op kleine schaal kosteneffectiever en lineair schaalbaar, waardoor decentrale productie mogelijk wordt. Decentrale waterstofperoxide productie minimaliseert veiligheidsrisico’s, zowel in de productie als in het transport, en zorgt voor betere kwaliteit omdat organische oplosmiddelen en metaalkatalysatoren worden vermeden. Additioneel is het mogelijk om gebruik te maken van duurzame, decentraal opgewekte energie in de vorm van elektriciteit. Daarmee is de elektrochemische productie van waterstofperoxide uit water en zuurstof een goed voorbeeld van industriële elektrificatie, wat een inspiratie kan zijn voor het elektrificeren van andere chemische processen.”

“Het ontwikkelde proces is relatief eenvoudig, efficiënt en zeer selectief. Daardoor kunnen de productiekosten, het energieverbruik en de afvalproductie flink omlaag”

4. Hoe ziet de toekomst eruit?

“We hebben het principe nu op laboratoriumschaal aangetoond. Met een kleine lab-reactor demonstreerden we de continue productie van waterstofperoxide gedurende een hele werkweek wat voldoende is om vertrouwen te hebben in de werking van de technologie. Komend jaar zullen we deze reactor verder optimaliseren, waarna we met partners gaan opschalen naar een industriële reactor en een geïntegreerd demonstratiesysteem. Ondertussen zijn we in gesprek met meerdere geïnteresseerde partijen die deze technologie verder willen trekken voor specifieke applicaties. Daarnaast hebben we veel geleerd over het gebruik van elektrochemie en het efficiënte ontwerp van elektrochemische reactoren voor conversie van gassen en vloeistoffen. Deze kennis en ervaring gaan we zeker verder gebruiken voor andere processen. Zo zijn we in het Voltachem-programma ook al bezig met de conversie van CO2 naar brandstoffen en bouwstenen van plastics, een domein waarover in de komende jaren zeker meer te horen zal zijn.”

VoltaChem

VoltaChem is een Shared Innovation Program voor de elektrificatie van de chemie en een initiatief van TNO, ECN en Topsector Chemie om duurzame energie in de chemie te benutten voor de productie van warmte, waterstof en chemicaliën.

Doet u mee?

Heeft u interesse in de elektrochemische productie van waterstofperoxide of vergelijkbare producten, ziet u nieuwe toepassingsmogelijkheden voor deze technologie of wilt u direct betrokken worden bij het onderzoek? Dan nodigen we u van harte uit om contact op te nemen voor een nader gesprek of u aan te sluiten bij de VoltaChem Community. Wij gaan graag in gesprek met bedrijven uit de gehele keten, van chemische producenten en apparatenbouwers tot eindgebruikers in diverse sectoren, om gezamenlijk nieuwe businesskansen te verkennen en ontwikkelingen op het gebied van elektrificatie en elektrosynthese daadwerkelijk in de markt te laten landen.

innovatie

Water + lucht + elektriciteit = waterstofperoxide

7 dec '16 - 3 min
Decentraal waterstofperoxide produceren uit water, lucht en elektriciteit. Binnen het Shared Innovation Program Voltachem is aangetoond dat het mogelijk is. De verbeterde... Lees meer
innovatie

Sustainable Growth Metrics: groeikansen voor duurzaamheid

16 jun '17 - 3 min
Een extra stuur in handen om de duurzaamheidsambitie voor elk afzonderlijk bedrijfsproces te bepalen. Geen droge methodologie, maar een praktische vertaling naar... Lees meer
blik op de toekomst

Printdrogen verbetert gecontroleerde afgifte van medicijnen

13 jun '17 - 1 min
Een meer gecontroleerde afgifte van actieve stoffen in medicijnen om over- en onderdosering te voorkomen. Met TNO’s printdroogtechnologie is dat mogelijk. Medio... Lees meer
verhaal van de klant

Een stap dichter bij plastic uit biologisch afval

29 nov '16 - 3 min
Gft, luiervulling, zeefgoed en mest als grondstof voor de productie van furanen, waardevolle chemische bouwstenen voor bio-aromaten: afgelopen jaar bewezen de partners... Lees meer
blik op de toekomst

Inzicht in explosiegrenzen verhoogt productiecapaciteit

22 nov '16 - 2 min
Zonder aanpassingen aan installaties of grote investeringen, een hogere productie en een lager energieverbruik in chemische fabrieken realiseren. Het is mogelijk... Lees meer
op de werkvloer

VoltaChem: elektrificering van de chemische industrie

1 jun '15 - 3 min
Hoe kun je gebruikmaken van duurzame elektriciteit in de chemische industrie? Dat onderzoeken ECN en TNO samen met bedrijven in Shared Innovation Program VoltaChem.... Lees meer

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.