In zogeheten wervelbedreactoren worden de plastickorrels gemaakt die als grondstof dienen voor talloze producten. Hierbij wordt de grondstof voor het plastic (bijvoorbeeld methaangas) van onderaf in een metershoog reactorvat met katalysatordeeltjes geblazen. Deze deeltjes blijven zweven op de gasstroom, waarbij zich na verloop van tijd lange polymeerketens vormen rond de katalysatordeeltjes - met bolletjes plastic als resultaat.

Dit proces wordt in de industrie al lange tijd toegepast, maar er valt nog wel iets aan te verbeteren, zegt Tom Janssen. “Bij de reactie komt warmte vrij. Daardoor ontstaan vaak hotspots, extra warme gebieden waar de reactie niet goed verloopt of juist een ongewenste stof wordt gevormd. In het ergste geval kan zelfs de reactor beschadigen.” Door de warmte gelijkmatiger over de reactor te verdelen, verloopt het productieproces beter en bovendien veel energiezuiniger, doordat er geen warmte verloren gaat aan de hotspots.

Koelen met koud gas gaat niet sneller wanneer je de gasstroom vergroot

Om meer inzicht te krijgen in wat zich precies in zo’n een wervelbed afspeelt, bekijkt Janssen nu wat er gebeurt in een doorzichtige mini-wervelbedreactor van zo’n twintig centimeter hoog. Deze produceert echter geen plastic, legt hij uit. “We gebruiken zeolietbolletjes, een mineraal dat warm wordt als zich CO₂ aan het oppervlak hecht. Dat is een goed modelsysteem voor wat er gebeurt bij de productie van plastic, omdat de warmte ook in mijn opstelling van binnenuit de bolletjes komt.”

Met de hogesnelheidscamera kan Janssen de bewegingen van de op de gasstroom dansende zeolietbolletjes volgen, en op het beeld van de infraroodcamera verkleuren de opwarmende bolletjes van blauw via groen en geel naar rood.

De uitkomsten van de metingen vergelijkt de oud-voorzitter van studievereniging Japie met een in zijn groep ontwikkeld computermodel dat ook het warmtetransport in de veel grotere industriële reactoren kan voorspellen. Uit dat model is bijvoorbeeld al gebleken dat koelen met koud gas niet sneller gaat wanneer je de gasstroom vergroot - in tegenstelling tot de heersende opvatting in de industrie.

Bijzonder aan de groep waarbinnen hij zijn afstudeerproject doet (Multi-scale Modelling of Multi-phase Flows) is dat ze procestechnologie combineren met reactiechemie, vindt Janssen. “Ik wil niet alleen weten hoeveel warmte er vrijkomt uit de zeolietbolletjes en hoe snel, maar ik probeer ook iets van het achterliggende proces te begrijpen. Die combinatie vind ik erg inspirerend.”