"Toegepaste thermodynamica heeft een stem nodig"

Antoon ten Kate (EFCE) pleit voor meer wetenschappelijke betrokkenheid in het duurzaamheidsbeleid

Chemisch technoloog Antoon ten Kate, onlangs herbenoemd als trustee in het bestuur van EFCE, zul je niet zo snel op een onbezonnen uitspraak betrappen. Hij studeerde in Delft, werkte een flink deel van zijn carrière bij AkzoNobel (nu Nouryon) en is onlangs met Chemspiration een eigen consultancy begonnen. Hij heeft zijn sporen verdiend in procesontwikkeling en conceptueel procesontwerp. Toegepaste thermodynamica is een van zijn specialisaties. Deze discipline vormt niet alleen een fundament van de scheidingstechnologie, maar beschrijft ook hoe temperatuur chemische reacties aandrijft.

Het stigma van vervuilers

Maar als ten Kate over de plaats van de chemie in het huidige politieke debat over afval, milieu en de opwarming van de aarde begint, is hij beslist. “Traditioneel zit de chemie voor de publieke opinie in de hoek van ‘vervuilers’. Daarbij wordt vaak wel vergeten dat de chemische industrie heel nuttige en waardevolle producten maakt. En het is industrie, dus de producten worden op een open markt verkocht tegen een concurrerende prijs. Waar we nu tegenaan gaan lopen, is dat we in het kader van de verduurzaming in de toekomst de ‘echte’ prijs zullen moeten gaan betalen voor grondstoffen, energie en afval.”

"CO₂ is dood materiaal – energetisch onaantrekkelijk als bouwsteen"

“Als we willen overleven zal dat wel moeten. En dat is een punt waar ik zelf wel mee zit: ik vind de chemisch thermodynamici als gemeenschap wat stil. Misschien moeten we, op basis van de kennis die we hebben, toch wat luidruchtiger zijn. We laten de discussie over verduurzaming nu over aan policy makers, die gewend zijn om op basis van weinig informatie beslissingen te nemen. Knap hoor, maar niet altijd effectief of zinvol. Niet alleen op het gebied van grondstoffen en energie, maar ook met betrekking tot afval en vervuiling. Via mijn rol als Industrial Vice-Chair in EFCE’s Working Party Thermodynamics and Transport Properties hoop ik hier wat meer beweging in te krijgen.”

Dode materie

Als voorbeeld noemt ten Kate CO₂. “Dat is in feite afval, een afvalproduct van het leven en van onze bedrijvigheid. In verband met de opwarming van de aarde heeft het zin om dat zo veel mogelijk op te vangen en uit de atmosfeer te halen. Maar als je dat dan hebt, zelfs in zuivere vorm, wat doe je er dan mee? Er wordt wel geroepen: we gebruiken het als basismateriaal voor de synthese van koolstofketens, voor nieuwe materialen. Maar dat is niet zo simpel. Kooldioxide is een eindproduct, dood materiaal. Het is energetisch heel onaantrekkelijk om het als bouwsteen voor andere verbindingen te gebruiken. Het kan wel, maar als je nagaat dat veruit de meeste CO₂ juist ontstaat bij de opwekking van energie, dan is zulk hergebruik onlogisch. Althans, zeker op de kortere termijn waar we zoveel problemen hebben op te lossen, en andere activiteiten zoveel meer opleveren – een kwestie van prioriteiten stellen. CO₂ kun je beter mineraliseren en onder grond stoppen.”

"De gehele supply chain moet meedoen en bereid zijn voldoende te investeren"

Twee vormen van sustainability

Antoon vindt dat wetenschappers, en vooral toegepaste thermodynamici, zulke kennis beter zouden moeten delen. “Het lastige is natuurlijk de vertaalslag naar de economie. Onze kapitalistische economie, met al zijn goede en kwade kanten, is gericht op het product. Een product dat gemaakt wordt om op de markt te brengen. Je kunt zeggen dat er verschillende soorten sustainability zijn: de ecologische, die gericht is op het gebruiken van zo weinig mogelijk grondstoffen en energie, en het produceren van zo weinig mogelijk afval. Dat is vaak duur, té duur. En dan komt de economische sustainability om de hoek kijken. Dat is in onze economieën tot op heden altijd een voorwaarde geweest voor technologische voortgang.”

Dieper graven

Volgens Antoon ten Kate kun je uit de geschiedenis al opmaken dat dat vaak niet genoeg is. In de jaren ’70 maakte men zich zorgen of er wel genoeg fossiele energie voorhanden zou zijn voor onze industriële ontwikkeling. Dat heeft geleid tot enig overheidsingrijpen, bijvoorbeeld in de vorm van autoloze zondagen, maar in de loop van de tijd is dit probleem op de achtergrond geraakt.

“Inmiddels zijn we er namelijk van doordrongen geraakt dat er nog heel andere problemen aan het gebruik van fossiele grondstoffen vastzitten en zal er waarschijnlijk opnieuw moeten worden ingegrepen. Maar hoe, en waar? Er zijn allerlei oplossingen in de maak, zoals bijvoorbeeld elektrisch rijden. Daarmee vermijd je de directe uitstoot van een auto, maar je moet dan wel weer een loodzware batterij met je meeslepen. En als je beter kijkt naar de herkomst van de elektriciteit om hem te laden, dan is dat een mix die óók weer uitstoot met zich meebrengt.”

Het probleem van modelleren

“Je kunt natuurlijk eenvoudigweg zeggen: vooruit, we zitten in een transitie, en over een tijdje zijn er voldoende windmolens en zonnepanelen om uitstootvrije elektriciteit op te wekken. Maar wie gaat dat doen? De gehele supply chain moet meedoen en bereid zijn voldoende te investeren. Die investeringen vergen naast geld ook veel materiaal, constructiemateriaal voor zonnecellen of windmolens, batterijsystemen, eventuele conversiesystemen naar waterstof etcetera. En bij de productie, tijdens en na het gebruik daarvan komen ook weer broeikasgassen vrij. Als je dat allemaal precies in kaart wilt brengen, zou je een soort enorme lifecycle-analyse moeten opzetten.”

Antoon maakt duidelijk dat de modellen die dit oplevert, al snel te ingewikkeld worden om betrouwbare voorspellingen te doen. Daar komt bij dat je, zoals bij elk model (en hier wel in het bijzonder), heel veel aannames en versimpelingen moet doen. “En ik vraag me dan wel eens af of je met zulke modellen bezig bent om te meten hoe het ene proces zich verhoudt tot een ander – of ben je alleen bezig om op een ingewikkelde manier je aannames te toetsen?”

"Een model maak je altijd met een doel. Daarom is het een beperkte beschrijving van de werkelijkheid"

Het doel van een model

Hij maakt duidelijk dat het doel van modelleren – de dominante factoren in een proces duiden – zich soms slecht verhoudt met de middelen.

“Een model maak je altijd met een doel. Daarom is het een beperkte beschrijving van de werkelijkheid, waarin je alleen de dominante factoren wilt beschrijven. Maar de zekerheid – zeg maar de precisie - waarmee je met een model adequate voorspellingen kunt doen wordt daardoor ook beïnvloed.”

“En daarmee”, legt ten Kate uit, “is het model, én de uitkomsten, ook afhankelijk van de keuzes die je maakt. Je zou die factoren ook moeten kunnen kwantificeren, maar daar wordt in de chemische procestechnologie nog maar weinig mee gewerkt.”

Zekerheid en toepasbaarheid

“Om een voorbeeld te geven. Stel: je maakt een model van een proces in een destillatiekolom. Daarin bepaal je de lengte, de capaciteit van de reboiler en allerlei andere waarden op basis van je gegevens en het model. Maar in de (industriële) praktijk zal je uit veiligheidsoverwegingen een aantal waarden toch ruimer kiezen, bijvoorbeeld een extra schotel in de distillatiekolom, omdat het risico dat het model niet helemaal klopt, simpelweg te groot is. Het is helemaal niet gezegd dat deze extra marge een eventueel falen oplost – maar het betekent wèl dat je investeringen in de installatie een stuk groter worden. Als je nu een inschatting van de onzekerheid en de toepasbaarheid van je model zou kunnen maken, zou je een waardeoordeel op de voorgestelde aanpassing kunnen plakken, en fors op geld èn grondstoffen besparen.”

Theorie en praktijk

Antoon ten Kate heeft een groot deel van zijn carrière in de chemische technologie op het grensvlak tussen industrie en academie gewerkt, en beseft dat de samenwerking niet vanzelf tot stand komt.

“Deze aanpak van ontwerpen onder onzekerheid (‘uncertainty’) is nu typisch een probleem dat universiteiten op zich kunnen nemen, maar dat de industrie zou moeten entameren. Er gebeurt al wel het een en ander, maar nog lang niet voldoende. Vanuit Chemspiration zou ik daaraan kunnen graag willen bijdragen. En mijn betrokkenheid bij EFCE, die tenslotte ook de samenwerking tussen de academie en de praktijk hoog in het vaandel heeft staan, kan alleen maar behulpzaam zijn.”

Chemspiration, de onderneming die Antoon ten Kate het afgelopen jaar is gestart, richt zich vanzelfsprekend op zijn specifieke expertises zoals procesontwikkeling en toegepaste thermodynamica. Uit de informatie die de website (www.chemspiration.com) geeft, blijkt zijn grote ervaring: hij was betrokken bij vele patenten en heeft een fors aantal publicaties op zijn naam staan. Ook zijn vermogen om bruggen te slaan tussen industrie en academie is overduidelijk.