- Onderzoek
- 02/06/2016
De magie van membranen
De faculteit Scheikundige Technologie heeft een nieuwe onderzoeksgroep: Membrane Materials and Processes. Onder leiding van hoogleraar Kitty Nijmeijer zal deze groep membranen gaan ontwikkelen om kostbare stoffen terug te winnen uit afvalstromen. De uit Twente overgekomen membraandeskundige is nu druk bezig met de inrichting van een gloednieuw laboratorium.
De gang op de begane grond van STO (Helix) staat vol met apparatuur. Werklui leggen de laatste hand aan de vloer van het nieuwe laboratorium van Membrane Materials and Processes (MM/P), de groep die momenteel bij Scheikundige Technologie wordt opgebouwd door membraandeskundige Kitty Nijmeijer. Het lab moet voor de zomervakantie gereed zijn, vertelt ze. De uit Twente overgekomen chemisch technologe is zichtbaar enthousiast over de mogelijkheden die de faculteit ST haar biedt. “Het is fantastisch om een lab precies zo te kunnen inrichten als je zelf wilt”, zegt ze stralend. “De meeste wetenschappers krijgen die kans nooit.”
Tot 1 februari gaf Nijmeijer leiding aan de groep Membrane Science & Technology aan de Universiteit Twente, de universiteit waar ze promoveerde en sindsdien altijd als onderzoeker heeft gewerkt. “Bestaande apparatuur vervang je niet zomaar, alleen omdat deze net iets minder kan dan je zou willen. Nu kan ik met mijn ervaring uit Twente hier exact de apparatuur laten maken die ik nodig heb voor mijn onderzoek. Dat is echt heerlijk.”
Het logo van haar nieuwe groep hangt, provisorisch geprint op een A3, al op de klapdeur naar de gang waar MM/P zetelt. Zelf bedacht, met wat hulp van een TU/e-student Industrial Design, en netjes binnen de huisstijl van de TU/e - zelfs met een slash in de naam. Ook staat er al een vitrinekast met een uitgebreide selectie van de membranen die ze voor haar onderzoek gebruikt. “Ik vind het belangrijk om studenten en bezoekers te kunnen laten zien hoe membranen er uitzien - zeker omdat de kennis over membranen hier aan de TU/e nu nog zeer beperkt is.”
Het bijzondere aan Nijmeijers groep is dat er ook membranen gemáákt worden
Een membraan is een dun vlies, dat sommige stoffen wel doorlaat en andere niet. Ons lichaam bevat er veel: onze longen bijvoorbeeld, of de wand van onze darmen. Elke lichaamscel is zelfs omgeven door een membraan. Deze biologische membranen hebben alle tot doel om selectief stoffen tegen te houden of juist door te laten: ze werken als een filter. Daarnaast kun je ook kunstmatige membranen maken met filterende eigenschappen, vaak van polymeren (plastic).
Voor de Universiteit van Nederland verzorgde Nijmeijer vorig jaar een collegereeks waarin ze op toegankelijke wijze diverse toepassingen van membranen belichtte. Haar in het oog springende voorbeelden: nierdialyse (waarbij een membraan afvalstoffen uit bloed verwijdert), het zuiveren van drinkwater (ze dronk slootwater via een membraanrietje), terugwinnen van schoon water uit de rookgassen van elektriciteitscentrales (technisch mogelijk, maar nog niet op grote schaal toegepast) en het opwekken van elektriciteit op het grensvlak van zout en zoet water (er loopt een proefproject op de Afsluitdijk).
Het bijzondere aan Nijmeijers groep - voorheen in Twente en nu ook aan de TU/e - is dat er in de groep zelf membranen gemaakt kunnen worden. “Wereldwijd wordt wel meer onderzoek gedaan aan membranen, maar dat komt vaak neer op het doormeten ervan. Wij gaan een stap verder, en proberen met specifieke materialen en processen de eigenschappen te beïnvloeden, zodanig dat je bepaalde stoffen van elkaar kunt scheiden.”
Om dat ook in Eindhoven te kunnen doen, wordt haar lab de komende maanden ingericht met onder meer apparatuur om membranen met een variabele samenstelling en structuur te ‘spinnen’ uit een polymeeroplossing. Ook komt er meetapparatuur om onder meer de poriegrootte, de waterdoorlaatbaarheid en scheidende eigenschappen van de geproduceerde membranen te bepalen. “We laten ook een apparaat maken waarmee we membranen voor de scheiding van gassen kunnen testen, bijvoorbeeld voor de verwijdering van het broeikasgas CO2. Daarmee kunnen we ook koolstofmonoxide en waterstofsulfide meten, dat zijn gevaarlijke stoffen die in veel industriële gasstromen aanwezig zijn en die een grote invloed hebben op de werking van polymeermembranen. Voor zover ik weet zijn wij de eerste in de wereld die dat effect straks goed kunnen meten.”
“We richten ons op het scheiden van afvalstromen en hergebruik van grondstoffen”
In Eindhoven zal Nijmeijer zich richten op nieuwe toepassingen van membranen, legt ze uit. “Voor de Universiteit van Nederland heb ik gekozen om bestaande processen toe te lichten, vooral omdat het beeld bestaat dat membraantechnologie in de kinderschoenen staat en nog maar weinig toepassingen heeft. Mijn nieuwe onderzoek aan de TU/e richt zich echter op wetenschappelijk gezien interessantere problemen, met name het scheiden van afvalstromen en het hergebruik van grondstoffen in het kader van de circulaire economie.”
Bij veel chemische productieprocessen wordt als het ware het kind met het badwater weggegooid, omdat het nog niet rendabel is om waardevolle stoffen uit de afvalstroom terug te winnen. Daar valt volgens Nijmeijer nog een wereld te winnen met membranen. “Ik wil kijken hoe we membranen zodanig kunnen aanpassen dat we bepaalde mineralen uit dat water kunnen halen voor hergebruik, of bijvoorbeeld eiwitten kunnen terugwinnen uit stromen in de zuivelindustrie.” Ook wil ze membranen maken om resten van medicijnen en drugs uit het oppervlaktewater te filteren. De concentraties van dergelijke stoffen zijn de afgelopen decennia toegenomen, en deze kleine moleculen glippen vooralsnog door de membranen van onze waterzuiveringsinstallaties.
Als ander voorbeeld noemt de hoogleraar - die de ‘scheidingscolleges’ zal overnemen van de naar Abu Dhabi vertrokken Maaike Kroon - een project dat meekomt uit Twente. Hierin wordt onderzocht hoe je afvalwater of zeewater kunt gebruiken voor bijvoorbeeld irrigatie. “Dat wordt in de Westerse wereld vaak gedaan met relatief schoon zoet water, maar dat is niet altijd nodig. Wel zou je voor zeewater een methode moeten vinden om de balans tussen natrium- en kaliumzout te veranderen. Zeewater bevat namelijk vooral natrium, terwijl planten juist kalium nodig hebben.”
Vooralsnog wordt de wetenschappelijke staf van MM/P gevormd door Nijmeijer en universitair hoofddocent Zandrie Borneman, die eveneens uit Twente is overgekomen. Borneman zal in Eindhoven een aan MM/P gelieerd membraaninstituut opzetten, dat contractonderzoek uitvoert voor het bedrijfsleven. “Binnenkort beginnen bij ons in de groep twee technici voor de uitvoering daarvan, naast de ondersteuning die ze aan de promovendi en andere onderzoekers zullen geven. Dat levert technici op met veel kennis van zaken die een deel van hun eigen salaris terugverdienen. Bovendien houd je zo goed zicht op de behoeften van het bedrijfsleven en de rest van de maatschappij.”
Discussie