Procesintensificatie en modularisering vormen twee-eenheid

Combinatie van beide concepten maakt nieuwe procesontwerpen mogelijk

Vanuit de gedachte dat intensieve processen minder afval produceren, energiezuiniger zijn en kleinere hoeveelheden gevaarlijke stoffen bevatten, is er een verschuiving gaande van groot- naar kleinschalige processen. Binnen de chemische industrie en de procestechnologie krijgt deze verschuiving concreet vorm door procesintensificatie en modularisering. Er is daarbij zowel sprake van samenhang als interactie: samenhang vanwege hun onderlinge afhankelijkheid, interactie omdat beide concepten actief op elkaar reageren en/of elkaar beïnvloeden.

Wouter Oude Groothuis - 30 april 2026

Trend

De chemische industrie en procestechnologie hebben de afgelopen decennia ingrijpende veranderingen ondergaan, zowel in economisch als in milieutechnisch opzicht. Daarvoor zijn twee belangrijke redenen aan te wijzen, die beide hun oorsprong vinden in de tweede helft van de vorige eeuw.

De Oliecrisis van 1973, gevolgd door die van 1979, maakten energie plotseling aanzienlijk duurder. Hierdoor zagen industrieën zich genoodzaakt over te gaan op energiezuiniger processen, resulterend in lagere investeringskosten en een hogere productiviteit. De komst van strengere milieuregels en veiligheidseisen in de jaren 80 vormde een tweede 'katalysator' voor de verschuiving van groot- naar kleinschalige processen, via procesintensificatie en modularisering. 

Procesintensificatie en modularisering maken de huidige uitdagingen steeds beter 'hanteerbaar'

Deze concepten maken de jongste jaren een revival door, om de eenvoudige reden dat ze uitdagingen als duurzaamheid, flexibiliteit, kostenbeheersing en technologische implementatie steeds beter 'hanteerbaar' maken. Beide concepten doen dit vanuit verschillende invalshoeken, en juist die combinatie creëert de juiste randvoorwaarden voor nieuwe procesontwerpen.

Begrippenkader
- Microreactoren: compacte, modulair opgebouwde kernreactoren voor de lokale productie van elektriciteit en warmte. Ze zijn ontworpen voor kleinschalige energievoorziening en staan voor hoge flexibiliteit en veiligheid, en voor snelle inzetbaarheid (zie foto).
- Millireactoren: compacte chemische reactoren van millimeterformaat. Het voordeel hiervan is dat warmte- en massatransport veel efficiënter verloopt dan in grotere reactoren, waardoor reacties sneller, beter controleerbaar en veiliger verlopen.

- Numbering-up: processtrategie waarbij meerdere kleine, identieke eenheden/reactoren worden geschakeld, bijvoorbeeld in parallelle productielijnen met een identieke configuratie. Er is daarbij sprake van een verhoogde capaciteit, flexibiliteit en veiligheid, zonder verlies van operationele efficiëntie.
- Skid-mounted katalysatoren: compacte, voorgeassembleerde eenheden waarin een katalysator en bijbehorende procesapparatuur op een draagframe (skid) zijn gemonteerd. Ze zijn eenvoudig te transporteren en snel te installeren en te integreren in bestaande systemen.
- Ultrageladen katalysatoren: chemische stoffen die extreem hoge hoeveelheden reactieve deeltjes bevatten. Dit type katalysator wordt vaak toegepast in brandstofcellen, waterstofproductie en andere industriële katalytische processen.

Procesintensificatie

Door innovatieve technologieën en slimme procesontwerpen kunnen verschillende processtappen naadloos op elkaar aansluiten. Dit concept, bekend als procesintensificatie, vermindert energie-, materiaal- en tijdsgebruik. Het maakt bijvoorbeeld ook grote buffertanks overbodig, doordat processen direct worden gekoppeld.

Principes en strategieën

Procesintensificatie richt zich op het fundamenteel verbeteren van processen door ze kleiner, efficiënter, energiezuiniger en flexibeler te ontwerpen. De bijbehorende operaties zijn daarbij ingedeeld in vier domeinen.

1. Energie
   Een snellere overdracht van warmte en stoffen – bijvoorbeeld dankzij micro- en millireactoren of ultrageladen katalysatoren, zie kader – verhoogt de reactiesnelheden, verkort de verblijftijden en vermindert het energieverbruik.
2. Synergie
   Door reactie en scheiding te combineren in één en hetzelfde apparaat (hybride systemen) verminderen transporttijden en materiaalverlies, terwijl de efficiëntie stijgt en energieverbruik en operationele kosten aanzienlijk worden verlaagd.
3. Structuur
   Compacte installaties – bijvoorbeeld geïntegreerde reactie-destillatiekolommen of reactieve extractie-eenheden – verlagen de materiaalkosten, beperken de transportstromen, verhogen de flexibiliteit en maken modulair, schaalbaar en efficiënter produceren aanzienlijk eenvoudiger.
4. Tijd
   Een snelle doorstroming, bijvoorbeeld dankzij verbeterde menging door turbulentie of statische mengers, vermindert het ontstaan van ongewenste bijproducten en optimaliseert de selectiviteit. Dit heeft een positieve invloed op zaken als procescontrole, schaalbaarheid en veiligheid.
   
   

Prettige bijkomstigheid is verder nog het feit dat de footprint van een proces aanzienlijk kleiner wordt, om de simpele reden dat er minder energie en grondstoffen voor nodig zijn.

Tegengeluid
Er bestaat geen eenduidige consensus over de interpretatie van het begrip 'procesintensificatie'. De omschrijving 'kleiner, compacter en modulair' is volgens critici onvolledig, te beperkt en vooral ook te weinig ambitieus. Zij pleiten voor een paradigmaverschuiving richting een fundamenteel andere chemie en fysica met als speerpunten:
• overstappen op nieuwe principes en uitgangspunten in plaats van bestaande te optimaliseren;
• focussen op de reactie zelf in plaats van op ondersteunende systemen;
• scheidingsprocessen laten plaatsvinden onder thermodynamisch evenwicht;
• synergetische katalyse toepassen om reacties aanzienlijk te versnellen.
Procesintensificatie zou volgens de critici vooral moeten gaan om de ontwikkeling van radicaal andere chemische routes die intrinsiek efficiënter, selectiever en energiezuiniger zijn.

Modularisering

De modules worden afzonderlijk ontworpen, gebouwd en getest, en daarna op locatie samengevoegd. Elke module – variërend van reactor-, utilities- en scheidingsmodules tot opslag- en doseermodules – heeft een duidelijk afgebakende functie en vaste interfaces voor materiaal, energie en data. Vaak wordt gebruikgemaakt van gestandaardiseerde aansluitingen, waardoor modules uitwisselbaar en eenvoudig integreerbaar zijn.

Principes en strategieën

• Gebruik van gestandaardiseerde, eenvoudig te koppelen modules (plug-and-playprocesunits, zoals containerized chemical plants en skid-mounted units, zie kader). De implementatie kan daardoor aanzienlijk worden verkort, met een lagere kans op integratiefouten.
• Doordat modules vooraf gebouwd en getest zijn, kan montage op locatie sneller plaatsvinden met minder arbeid en kortere doorlooptijden, bijvoorbeeld in de vorm van geoptimaliseerde membraanmodules voor scheiding en reactie.
• Door numbering-up (zie kader) wordt de capaciteit op flexibele wijze vergroot, terwijl de daaraan verbonden technische risico’s beperkt blijven.
• De productie kan eenvoudig worden aangepast aan de veranderende vraag door modules toe te voegen, te verwijderen of te herconfigureren, bijvoorbeeld door het gebruik van verwisselbare pomp- of doseermodules met een variabele capaciteit.

Modularisering komt voor op verschillende niveaus – van apparatuur over processtap, productielijn of -unit tot fabrieksniveau – en is met name geschikt voor kleine volumes, wisselende vraag, batch- of semicontinue processen en decentrale productie.

Interactie en samenhang

Juist de interactie en samenhang tussen procesintensificatie en modularisering maakt duurzame procesontwikkeling mogelijk, die leidt tot verbetering van de duurzaamheid, vergroting van de flexibiliteit, een betere kostenbeheersing en versnelling van de technologische implementatie. Wat technisch mogelijk wordt door intensificatie, wordt praktisch toepasbaar door modularisering. Procesintensificatie levert de efficiëntie, modularisering de flexibiliteit.

Interactie

De interactie is gelegen in het onderling actief versterkende effect van beide processen:

• intensieve processen zijn vaak kleiner en compacter, wat ze bij uitstek geschikt maakt voor modulair ontwerp;
• modularisering maakt het mogelijk meerdere intensieve eenheden parallel te schakelen, waardoor schaalvergroting kan plaatsvinden zonder efficiëntieverlies;
• door modules slim te combineren kunnen geïntensiveerde functies als reactie, scheiding en warmteoverdracht direct met elkaar interacteren binnen één en hetzelfde systeem.

Deze wisselwerking maakt innovaties sneller toepasbaar en houdt complexe processen beheersbaar, terwijl optimalisatie op systeemniveau mogelijk wordt. Door slimme combinaties van modules wordt directe samenwerking tussen kernfuncties als reactie, scheiding en warmteoverdracht mogelijk, en daarmee zowel snelle toepassing als optimale prestaties op systeemniveau.

Wat technisch mogelijk wordt door intensificatie, wordt praktisch toepasbaar door modularisering

Samenhang

Samenhang gaat een stap verder dan interactie alleen en heeft betrekking op de structurele integratie van beide concepten binnen de ontwerpcontext. Al vanaf het begin is er sprake van een gezamenlijk ontwerp. Dit leidt tot systemen waarin functies zijn geïntegreerd (intensificatie) en logisch zijn geordend in gestandaardiseerde eenheden (modularisering). Er is dus sprake van een holistische benadering: niet de optimalisatie van één enkel apparaat, maar van de procesketen als geheel.

Belangrijke kenmerken daarbij zijn:

• consistente ontwerpprincipes over alle schaalniveaus;
• betere aansluiting tussen ontwerp, bouw en operatie;
• verhoogde robuustheid en onderhoudsvriendelijkheid.

De kern van de samenhang tussen procesintensificatie en modularisering is dat het geheel meer wordt dan de som der delen, waardoor er dus sprake kan zijn van synergetische prestatieverbeteringen.