Gas-oppervlakte interactiesimulatie in industriële optica, waterstof en adsorptie van giftige gassen

Inleiding

Klimaatverandering en stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde zijn cruciale problemen waarmee de mensheid in de 21e eeuw wordt geconfronteerd. De wetenschap heeft aangetoond dat er een rechtstreeks verband bestaat tussen de klimaatverandering en de CO2-emissies in de atmosfeer door menselijk toedoen.

Probleemstelling

In dit kader kan gasafvang uit de lucht een levensvatbare, CO2 netto-negatieve oplossing zijn. Het gebruik van een zeer poreus materiaal bekleed met een adsorberende stof is een veelbelovende technische oplossing die voor vele toepassingen van gasadsorptie kan worden ingezet, zoals:

• De afvang van CO2
• De afvang van andere giftige industriële gassen
• De adsorptie van waterstofmoleculen

Doel van het Project

Om het materiaal en de werking van het apparaat waarin de technologie is ingebed goed te ontwerpen, moeten de fundamentele processen die leiden tot de gasadsorptie en desorptie uit het poreuze materiaal nauwkeurig worden gemodelleerd. Dit is noodzakelijk om te komen tot een accurate bepaling van de effectiviteit hiervan.

Het doel van dit project is onderzoeken of het technisch en economisch haalbaar is de gasadsorptie en desorptie van zeer poreus materiaal binnen industriële toepassingen te simuleren. Dit zal worden gedaan middels een combinatie van de Direct Simulation Monte Carlo methode (DSMC), een computersimulatie op basis van een numerieke methode om gasstromen te modelleren, met de modellering van oppervlaktechemie van de gasadsorptie.

Toepassingen

In deze haalbaarheidsstudie wordt onderzocht of de resultaten die zijn behaald bij de adsorptie van CO2 ook haalbaar zijn binnen drie andere toepassingen:

1. Waterstofgas
2. Giftige industriële gassen
3. Vervuiling van optica zoals spiegels, lenzen en lasers binnen de industrie

Onderzoeksaanpak

Binnen dit onderzoek wordt een literatuurstudie uitgevoerd. De technische haalbaarheid zal worden getoetst middels numerieke modellering van testconfiguraties. Daarnaast wordt er een marktverkenning gedaan om potentiële partners en klanten in kaart te brengen, en er wordt een concurrentieanalyse uitgevoerd om deze methode te vergelijken met zowel technisch als commercieel beschikbare alternatieven.

Organisatie

Dit haalbaarheidsonderzoek wordt uitgevoerd door FLOW Matters, een startup die is gevestigd op de faculteit toegepaste natuurkunde van de Technische Universiteit Eindhoven, opgericht in 2018. Het bedrijf richt zich op het verkopen van software en bijbehorend advies op het gebied van op natuurkunde gebaseerde simulaties van gas- en vloeistofmechanica.

Verdere Ontwikkeling

Wanneer de uitkomsten van dit haalbaarheidsonderzoek positief blijken te zijn, wordt overgegaan op de technische ontwikkeling van de modellen middels een industrieel onderzoeksproject in een van de drie genoemde industriële applicaties.

Impact

Dit project draagt bij aan de verdere verlaging van de voetafdruk van CO2 en andere giftige gassen van de (zware) industrie in Nederland. De te onderzoeken simulatiemodellen zullen bijdragen aan een accuratere, betere en goedkopere voorspelling van de gasadsorptie, waardoor de ontwikkeling van deze technologie mogelijk wordt gemaakt.

Daarnaast kan de innovatie bijdragen aan de ontwikkeling van de technologie van waterstofgaswinning, waardoor het bijdraagt aan de vergroening van het energie- en brandstoffensysteem. Dit project draagt ook bij aan de ontwikkeling van de sleuteltechnologieën voor de toekomst, namelijk op het gebied van digitale en industriële technologie en de verdere ontwikkeling van het hightechcluster in de regio Zuid-Nederland.