Alles om tot een succesvolle aanvraag te komen
NWO bevordert wetenschappelijk onderzoek van wereldklasse mét impact
NWO verbindt agenda’s, wetenschap en samenleving
Blijf op de hoogte van het laatste nieuws rond toekenningen, nieuwe calls en het beleid van NWO
NWO is de belangrijkste Nederlandse wetenschapsfinancier en zorgt voor kwaliteit en vernieuwing in de wetenschap
Joost Lötters kwam er in zijn OTP-project al snel achter dat zijn beoogde onderzoeksidee, een energiezuinig apparaatje dat methaan meet door middel van verbranding, moeilijk te realiseren was. Hij dook een zijpad in en ontdekte geheel nieuwe toepassingen voor gas- en vloeistofflowmeters in de medische- en energiesector.
Tekst: Amanda Verdonk. Beeld: Shutterstock
Nu de Groningse gaskraan steeds verder wordt dichtgedraaid, is Nederland afhankelijker geworden van geïmporteerd gas. Het is immers (nog) niet mogelijk om volledig op duurzame energie over te schakelen, hoezeer de huidige ontwikkelingen op het wereldtoneel de noodzaak tot verdere versnelling momenteel ook onderstrepen. Het importeren van buitenlands gas stelt energieleveranciers wel voor een uitdaging, want de samenstelling is anders. Over het algemeen heeft buitenlands gas een hogere verbrandingswaarde en bevat het meer methaan dan Gronings gas. Nederlandse apparatuur, zoals cv-ketels, is niet afgesteld op die andere samenstelling. Geïmporteerd gas moet daarom eerst worden bijgemengd met stikstof. Hiervoor worden gasflowmeters gebruikt die zijn aangesloten op een gasbuis. Het gas stroomt door het instrument heen en sensoren meten dan de hoeveelheid en de samenstelling van het gas.
Joost L ö tters werkt bij Bronkhorst High Tech, een bedrijf dat compacte flowmeters maakt. Ook is hij deeltijdhoogleraar Microfluidic Handling Systems aan zowel de Universiteit Twente als de TU Delft. In 2015 startte hij een OTP-project waarin hij, samen met onder andere twee promovendi, een nieuw type instrument wilde ontwikkelen dat de hoeveelheid methaan in een gas zou kunnen meten. In tegenstelling tot de huidige apparaten, ter grootte van een pak speelkaarten, zou dit instrument op een kleine chip passen. Het uiteindelijke apparaatje, inclusief behuizing, wordt dan even groot als een luciferdoosje. Door een kleinere meter stroomt maar een fractie van de gashoeveelheid in vergelijking met een grote meter, en dat zou het apparaatje energiezuiniger en goedkoper maken. En dat loont: de verwachting is dat er in de toekomst meer invoerpunten van gas komen. LNG komt bijvoorbeeld uit het Midden-Oosten per schip via de Rotterdamse haven en biogas komt uit vergisters op boerenerven. En als er meer instrumenten nodig zijn, is het nuttig om de kostprijs van het apparaatje omlaag te krijgen.
L ö tters: ‘We hadden toentertijd het idee om een klein verbrandertje in de chip te maken. Door het gas met lucht te vermengen en flink te verwarmen, ontstaat spontane verbranding. Door de temperatuurstijging die daardoor ontstaat, zou je de hoeveelheid methaan kunnen meten.’ L ö tters en zijn team kwamen er echter al vrij snel achter dat het erg ingewikkeld was om dat proces in miniatuurvorm stabiel te krijgen.
Hij ziet dit echter niet als verloren tijd, integendeel. ‘Er ontstond toen serendipiteit; de zijweg bleek belangrijker dan de hoofdweg. Door het OTP is er een zaadje geplant. Ik vind dan ook dat zulk onderzoek altijd door moet gaan. Er komt misschien niet direct een oplossing uit, maar mijn ervaring is dat je via een omweg bijna altijd wel op iets nuttigs uitkomt.’
In 2021 was het precies 40 jaar geleden dat de net opgerichte Stichting voor de Technische Wetenschappen (STW, nu TTW) het Open Technologieprogramma (OTP) introduceerde. Doel: het realiseren van excellent onderzoek met aandacht voor kennisoverdracht tussen technische wetenschappen en gebruikers. In een serie artikelen laten we zien hoe in de afgelopen 40 jaar de meest uiteenlopende projecten niet alleen tot mooie innovaties en nieuwe samenwerkingen hebben geleid, maar ook de basis onder de technische wetenschappen versterkten en academische loopbanen in een stroomversnelling brachten.
De onderzoekers ontdekten namelijk dat het meten van meerdere parameters, waardoor naast de flow ook de samenstelling bepaald kan worden, een interessant nieuw onderzoeksveld is, met mogelijk veel nieuwe toepassingen. Parallel werkten ze daarom aan een andere methode, die onder andere de dichtheid en viscositeit van het gas meet. Die bleek eenvoudiger te realiseren. ‘Als je de dichtheid en viscositeit van een mengsel weet, dan kun je terugrekenen om welke individuele componenten het gaat. Op die manier kun je óók de samenstelling van een gas meten. Dankzij ons OTP-project hebben we die gedachte kunnen uitwerken.’ Om de dichtheid te meten lieten de onderzoekers het gas door een trillend buisje stromen. Uit de frequentie van die trilling is de dichtheid af te leiden. Daarnaast werd een druksensor in lijn met het buisje geplaatst om de viscositeit te kunnen bepalen. Alle sensoren werden in één chip geïntegreerd, en daardoor ontstond de zogeheten multiparameterchip.
De onderzoekers ontdekten al snel dat deze technologie geheel nieuwe toepassingen en markten opent, zoals het meten van de samenstelling van infuusmiddelen in ziekenhuizen. ‘Op intensive care-afdelingen wordt vaak een mengsel van meerdere bloeddrukmedicijnen gebruikt. Ook hier is de dichtheid van het mengsel een maat voor de samenstelling. Daardoor kun je achterhalen of alle toegediende geneesmiddelen daadwerkelijk de patiënt bereiken. Het zou kunnen dat een van de middelen vertraagd aankomt, bijvoorbeeld door een knik in de slang. Artsen gaan de dosis dan verhogen omdat ze geen effect zien, maar de dosis zou daardoor uiteindelijk veel te hoog kunnen worden.’
Een andere nieuwe markt is die van de hernieuwbare energie. Zoals vergisters, die steeds meer op boerenerven worden geplaatst om mest en organisch restafval om te zetten in biogas. Ook daar is het nuttig om de hoeveelheid methaan te weten, zodat het gas vervolgens, al dan niet bijgemengd, in het gasleidingennetwerk kan worden opgenomen. Hetzelfde geldt voor waterstof, dat in de toekomst mogelijk ook steeds meer in het leidingennetwerk terecht komt. ‘Netbeheerders willen de hoeveelheid biogas en waterstof op meerdere punten in het netwerk monitoren, om zo te zien hoe ze zich verspreiden over het land en of er ergens bijvoorbeeld iets weglekt.’ In een ander onderzoeksproject is een testopstelling gemaakt. ‘Daarmee hebben we kunnen aantonen dat in het laboratorium deze samenstellingsmeter een afwijking van minder dan 1% heeft ten opzichte van de werkelijke samenstelling.’ Door het OTP-project kwam Lötters in contact met netbeheerder Alliander, dat lid was van de gebruikerscommissie en daarmee nauw betrokken was bij het onderzoek. Daardoor kon het team op twee locaties in het netwerk van Alliander prototypes van een miniatuur-flowmeter met multiparameterchip testen. Ook is Lötters via de gebruikerscommissie met andere marktpartijen in contact gekomen, zoals apparatenbouwers die de flowmeter in hun apparaten kunnen inbouwen. ‘Doordat we al in een vroege fase met hen in contact zijn gekomen, is er een grote potentiële markt voor ons geopend. De nieuwe flowmeters zijn nog niet op de markt, maar we merken dat ze er al reikhalzend naar uit kijken.’
Meer weten over dit onderzoek? Joost Lötters presenteert zijn werk tijdens NWO's Innovatiefestival TEKNOWLOGY op 31 mei 2022. Kom ook! Deelname aan het festival is gratis.
De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek financiert toponderzoekers, geeft sturing aan de Nederlandse wetenschap via programma's en beheert (inter)nationale kennisinfrastructuur.
Inschrijven nieuwsbrief