Membraantechnologie heeft toekomst voor procesindustrie

Membranen worden op grote schaal in de industrie toegepast. De bekendste toepassing is waarschijnlijk op het gebied van waterzuivering: niet alleen bij de productie van drinkwater, maar ook bij het zuiveren van (industrieel) afvalwater. Maar membraantechnologie wordt bijvoorbeeld ook in de voedingsmiddelenindustrie gebruikt om waardevolle stoffen terug te winnen of om verschillende gassen van elkaar te scheiden. Hoogleraar Kitty Nijmeijer, Professor Membrane Materials and Processes aan de Technische universiteit Eindhoven, beantwoordt vijf vragen over dit onderwerp.

Voor welke toepassing in de procesindustrie is membraantechnologie interessanter dan veel mensen denken?Membraantechnologie is een zeer milde scheidingstechnologie die veel voordelen heeft ten opzichte van technieken waar bijvoorbeeld verdamping wordt gebruikt. In de voedingsmiddelenindustrie bijvoorbeeld, treedt denaturatie van eiwitten op als het product wordt verhit. Met membraantechnologie heb je daar geen last van. Maar ook als je CO2 wilt verwijderen uit aardgas, kun je daar membranen voor inzetten. En kijk je verder naar de toekomst: ook bij het terugwinnen van waardevolle componenten uit reststromen of de productie van waterstof zijn membranen heel goed in te zetten.”

Hoe zit dat met het terugwinnen van die waardevolle componenten?Bij veel industriële toepassingen worden grote hoeveelheden waterige afvalstromen geproduceerd waarin lage concentraties van waardevolle stoffen voorkomen. Denk aan eiwitten, aminozuren, stikstof, fosfaat, enzovoorts. In 2050 moet Nederland een circulaire economie hebben. Dat betekent dus dat je dit soort stoffen dan moet kunnen terugwinnen. De huidige membranen zijn helaas nog niet zo goed dat ze zeer specifiek bepaalde componenten kunnen terugwinnen; ze filteren er meestal groepen componenten uit.”

Nog niet goed genoeg, maar in de toekomst dus wellicht wel? “Zeker. Je wilt dus eigenlijk een membraan hebben waarmee je specifiek en uitsluitend bijvoorbeeld fosfaat, of een willekeurig aminozuur uit je afvalstroom kunt halen. Een aminozuur of eiwit is nog relatief groot om met een kleine poriegrootte te kunnen filteren, maar fosfaten zijn nog eens oneindig veel kleiner dan aminozuren. Bij fosfaten heb je het over ionen. Dan kun je niet meer op basis van poriegrootte scheiden, maar moet je naar chemische affiniteit gaan kijken.”

“Er zijn al wel membranen die positief of negatief geladen stoffen weten tegen te houden, maar die kunnen geen onderscheid maken tussen specifieke stoffen. Alle negatief geladen stoffen worden er dan dus uitgefilterd. Dat is dus iets waar we veel onderzoek naar doen.”

Zou je kunnen zeggen dat er in de procesindustrie nog te weinig gebruik wordt gemaakt van membraantechnologie?In de industrie wordt nog vaak gebruik gemaakt van destillatie, terwijl je met een membraan soms betere resultaten kunt bereiken, bijvoorbeeld omdat je eiwitten stabieler blijven, bij een lager energieverbruik en vergelijkbare investeringskosten. Daar staat tegenover dat als er tien jaar geleden een destillatiekolom is aangeschaft die dertig jaar meegaat, je die niet na tien jaar kunt vervangen. Dat er in Nederland heel wat destillatiekolommen te vinden zijn, wil niet zeggen dat die allemaal vervangen kunnen worden door applicaties met membraantechnologie. Er zijn bijvoorbeeld kolommen die ethaan en etheen van elkaar scheiden. Die moleculen lijken enorm op elkaar en zijn met membraantechnologie heel lastig van elkaar te scheiden. Ik zeg dus niet dat we alle destillatiekolommen maar weg moeten doen. Dat is niet realistisch, tenminste, niet op korte termijn.”

Lees het complete verhaal in Process Control 6, 2018