Veiligheid - Flowchemie is volwassen

woensdag 9 december 2015 Dagmar Aarts Petrochem 12, 2015

Al sinds de jaren negentig wordt flowchemie in micro- en minireactoren als een belangrijke technologie gezien, maar lange tijd kwam het niet echt van de grond in de chemische industrie. Pas sinds kort wordt de techniek bij steeds meer bedrijven gebruikt, vooral vanwege de vele voordelen die het met zich meebrengt. Zo is het veel veiliger dan batchprocessen.

Microreactoren zijn ongeveer net zo groot als een simkaart waarin zeer kleine kanaaltjes zijn aangebracht. Door die microkanalen stromen chemische producten die continu met elkaar kunnen reageren. Minireactoren kunnen hetzelfde, maar zijn wat groter en hebben het formaat van een koektrommel.
Beide hebben veel voordelen ten opzichte van batchreactoren. Ten eerste zijn ze veiliger, omdat er minder product in de reactor zit en de reactie gemakkelijk te stoppen is. Wat vooral handig is bij reacties die lastig zijn te beheersen. In batch-?reactoren wordt de temperatuur vaak lager gehouden dan optimaal is voor de reactie, terwijl in de micro- en mini-?reactoren wel kan worden gewerkt met hogere temperaturen. Daarnaast worden grondstoffen beter benut, wat zorgt voor een hogere efficiëntie en een groener proces. De kleine reactoren kunnen ook nog in serie worden geplaatst waardoor er sneller kan worden geproduceerd.

 

Volwassen
Flowchemie in micro-en minireactoren is voortgekomen uit analyse op een chip. ‘Dat was begin jaren negentig’, legt hoogleraar bio-organische chemie Jan van Hest (Radboud Universiteit) uit. ‘Aan het eind van dat decennium kwam men erachter dat flowchemie niet alleen voordelen had voor het organiseren van moleculen, maar dat je er ook moleculen mee kan maken. In flow heb je veel betere controle over je procescondities. Zo rond 2005 is de techniek echt opgekomen. Je ziet dat de technologie toen redelijk snel is opgepikt door procestechnologen en organisch chemici die actief waren in bedrijven en wilden onderzoeken of zij het voor hun productieproces konden gebruiken. Veel van de ontwikkelingen op het gebied van flowchemie zijn bij bedrijven gedaan, vooral bij grote chemische als DSM en Lonza. Ik denk dat je nu kunt zeggen dat de techniek volwassen is geworden.’
Dat is ook wat Jeoffrey van den Berg van TU/e spin-off Flowid ziet. Zijn bedrijf maakt spinning disc reactoren en helpt chemische bedrijven deze en andere continue technologieën te implementeren. ‘2015 is een keerpunt geweest. Je ziet dat nu over de hele wereld bedrijven flowchemie gaan gebruiken in de chemie, maar ook zeker in de farmaceutische industrie. Wij hebben duidelijke aanwijzingen dat daar een omslag is gekomen en dat alle grote farmaceutische bedrijven bezig zijn met flowchemie.’
Van den Berg ziet wel dat de micro- en minireactoren in de chemische hoek nog maar beperkt worden toegepast. ‘Ik denk dat het in de farmacie belangrijk is snel te ontwikkelen om producten sneller de markt op te krijgen tegen lagere kosten, om zo de concurrentie aan te kunnen gaan. Belangrijk verschil is dat het in de farmacie van bovenaf wordt opgelegd als strategische beslissing, terwijl het in de chemische hoek omhoog moet borrelen vanuit de R&D-afdeling.’

 

Kwaliteit
Flowid heeft zijn omzet dit jaar zien verdrievoudigen en heeft inmiddels de eerste reactoren verkocht aan India en binnen Europa. Ook Chemtrix verleent diensten op het gebied van flowchemie en heeft pas geleden elf Plantrix Industrial Flow Reactors verkocht aan een fabriek in India. Deze plaatreactoren zijn gemaakt van silicium carbide (technisch keramiek) en kunnen tussen de 36 en 400+ liter per uur verwerken. Volgens Stan Hoeijmakers van Chemtrix is er altijd veel interesse geweest voor flowchemie. ‘De laatste jaren wordt de technologie op een steeds grotere schaal, gebruikmakend van grotere reactoren, toegepast. Deze industriële cases komen ook steeds meer onder de aandacht.’
Farma is volgens Hoeijmakers de sector die de technologie als eerste op heeft gepakt. ‘Wij merken sinds een jaar ook een significante toename in leveringen aan bedrijven die de reactoren gebruiken om grondstoffen te maken voor de fijnchemie en gespecialiseerde chemie, zoals agrochemicaliën voor gewasbescherming, maar ook chemicaliën voor cosmetica en verf. Daarnaast is het zo dat heel veel bedrijven de technologie al lang gebruiken, maar hier niet mee naar buiten komen, bijvoorbeeld vanwege het potentiële concurrentievoordeel dat ze niet willen verliezen en vanwege het intellectual property. Deze bedrijven kunnen wellicht een beter proces aan bieden dan de concurrent.’
Flowchemie in micro-en minireactoren is vooral interessant voor de farmaceutische industrie, de fijnchemie, agrochemie en ook de foodindustrie. TNO helpt bedrijven bij de ontwikkeling van processen en de introductie van onder andere kleine innovatieve reactoren. Leon Geers, se-?nior research scientist process intensification bij TNO: ‘Wij werken doorgaans op een schaal van 1,2 en soms tien liter per uur. We hebben bedrijven in consortiumprojecten geholpen om in te schatten of het voor hun processen haalbaar is om over te gaan op ‘continuous’ flow. Op die manier hoeven bedrijven niet alle investeringen zelf te doen. Nu krijgen we meer gerichte vragen van ondernemingen voor business-to-business-projecten en er zijn ook bedrijven die op basis van het werk dat ze bij ons hebben gedaan, gaan kijken of ze de techniek zelf in kunnen zetten voor processen.’

 

Niet allemaal
De technische mogelijkheden om flowchemie met behulp van micro- en minireactoren in te zetten in de chemische industrie zijn er dus. Het is veiliger en efficiënter, maar toch wordt het niet overal gebruikt. Volgens Hoeijmakers moet er voor een bedrijf een noodzaak zijn. ‘Als je proces in batch prima werkt, waarom zou je dan overgaan op flow? Een flowproces kan echter financieel voordeliger zijn dan batch. Om dat te weten te komen, is een businesscase nodig. Hierbij dient het hele proces te worden bekeken, inclusief up- en downstream-processing, want ook daar kunnen voordelen worden behaald.
Nog een reden waarom er niet overgegaan wordt op flow is dat het een investering is. Als je batchfabriek niet helemaal vol zit, dan is er in principe geen reden om te investeren in extra capaciteit. Pas als men moet investeren in nieuwe productiefaciliteiten, behoort een flowfabriek ook tot de opties.’
Hoogleraar Van Hest vindt dat niet elk proces beter af is met flowchemie. Het zijn vooral de processen die gevaarlijk zijn, veel warmte produceren en waar je veel controle over moet hebben. ‘Je ziet dat bedrijven in de fijnchemie in de batchprocessen blijven hangen totdat er een ‘bottleneck’ zit in een proces dat ze kunnen vervangen door flow. Het probleem is dat je veel apparatuur moet gaan afschrijven en dat je ook je ontwikkelingsproces in flow moet gaan doen, omdat je anders niet zo gemakkelijk GMP-gecertificeerd wordt.’
Leon Geers is het met Van Hest eens dat flowchemie in micro- of minireactoren niet overal de oplossing voor is. Zo ziet hij het niet zijn intrede doen in de bulkchemie.
Geers: ‘Er is een tijdlang het geloof geweest dat als je je reactie op zo’n klein chipje onder controle had, je er duizenden naast elkaar zou kunnen zetten zodat je kon opschalen. Dat is echter niet goed te managen en het is duur. Wil ik een twee keer zo hoge doorzet hebben dan heb ik ook twee keer zoveel microreactoren nodig. Met traditionele opschaling, heb je niet een twee keer zo grote fabriek nodig.’

 

Toekomst
Alle vier de heren zien de toekomst net iets anders, maar allemaal denken ze dat flowchemie in micro- en minireactoren de komende tijd echt door gaat breken. Van de Berg (Flowid): ‘De sneeuwbal rolt van de helling. Het ligt aan de economische kwaliteit van de sneeuw hoe snel die groeit en hoe hard die rolt. Dat is heel moeilijk om te zeggen.’
Hoeijmakers van Chemtrix durft er wel een tijd aan vast te plakken. Hij denkt dat flowchemie de komende twee jaar nog meer gaat worden gebruikt. ‘We zijn bezig om onze reactoren groter te maken om ook echt grote processen om te kunnen zetten naar flow, aangevuld met onze (micro)reactoren voor R&D en pilots. Echt doorbreken heeft ook met perceptie te maken. Flow gaat nooit de gehele huidige techniek vervangen. Ik durf te stellen dat 75 procent van de chemische bedrijven op diverse manieren actief is met flow. Alleen komt men er om verschillende redenen niet mee naar buiten.’
Chemtrix en Flowid kunnen direct aan hun inkomsten zien of er meer interesse is voor hun techniek. Geers van TNO bekijkt het meer van een afstandje, maar ziet ook een toenemende trend. ‘Wat mij betreft mag het meer zijn. Ik geloof echt in de kracht van die techniek, maar ik zal niet gaan verkondigen dat alle processen in flowchemie moeten plaatsvinden. Ik denk echter wel dat het het overwegen waard is om te zien of het voor jouw proces ook zou kunnen.’
Van Hest ziet dat bedrijven nu wel een realistisch beeld hebben van waar de techniek geschikt voor is. ‘Heel veel chemische bedrijven zijn er al mee in aanraking geweest, maar ze laten dat niet altijd zien omdat ze hun eigen productieproces willen afschermen. De technologie is er klaar voor, het is nu aan de industrie om te kijken wat de economische voordelen zijn van het omarmen van flow. Ik denk dat het nog wel een jaar of vijf duurt voordat het op meerdere plekken wordt toegepast. Ook de druk uit de maatschappij op de chemische industrie zal daar een rol in spelen, want micro- en minireactoren zijn veiliger en duurzamer.’

Petrochem is een uitgave van Industrielinqs Pers & Platform.
© 2016 www.petrochem.nl - alle rechten voorbehouden.