Duurzame proces- en energiesystemen

Thema's expertisegroep

We richten ons momenteel op de volgende focusgebieden:

• Thermische energie: warmteopslag en energieomzetting tot warmte en terug.
• Duurzame chemie: het gebruik van bio-gebaseerde grondstoffen voor de productie van chemicaliën en bij chemische processen.
• Gasbehandeling: oplossingen voor de productie ven hernieuwbare gassen en afvang en gebruik van CO2.

Binnen deze gebieden ontwikkelen we efficiënte processen. We maken prototypen en delen onze kennis, om partners en klanten voorsprong op de concurrentie te geven. Per focusgebied lichten we hieronder onze werkzaamheden toe.

Thermische energie

Thermische energie is een warmtebron. Het kan zorgen voor het verwarmen van huishoudens door een duurzame manier van energie produceren, gebruiken en opslaan. De expertisegroep Sustainable Process & Energy Systems kijkt hoe thermische energie kan worden ingezet als energiebron. We werken aan optimalisatie en ISO-certificatie en combineren dat met onze kennis van beglazing en isolatie. Zo krijgen we een beeld van de thermische balans in woningen, kunnen producten worden gecertificeerd en kan hun jaarlijkse prestatie worden afgeschat.

Warmtebatterij en energieconversie

Een thermochemische methode van warmteopslag is bijzonder aantrekkelijk voor een warmtebatterij. Een compacte, seizoensgebonden warmtebatterij kan overtollige zonnewarmte in de zomer opslaan voor gebruik in de winter.

Naast de warmtebatterij ontwikkelen we nieuwe technologieën voor energieconversie, zoals magnetocalorische koeling, waarbij schakelende magnetische velden materialen koelen, bijvoorbeeld naar kamertemperatuur.

Ons onderzoeksexpertise in thermische energie richt zich op:

• het bepalen van de optische eigenschappen (emissie/absorptie, transmissie, reflectie: EN 410 & 673) en thermische transmissie (U-waarde: EN-ISO 12567) van materialen.
• het evalueren van zonnecollectoren en -ketels (ISO 9806 en ISO 9459).
• het bepalen van de fysisch-chemische en thermische eigenschappen van materialen voor gebruik bij thermische opslag en conversie. We gebruiken zowel commerciële als in eigen beheer ontwikkelde apparatuur, bijvoorbeeld:
  • Clausius-Clapeyron (druk-temperatuur diagram)
  • vacuüm thermogravische analyse (TGA)
  • thermische en damp cycli van thermochemisch materiaal
• adviseren over thermochemische materialen en apparaten, bijvoorbeeld warmtepompen of warmte-accu’s..
• complete thermische systemen modelleren met warmteopwekking, opslag en gebruik op basis van referentiegegevens (NEN 7120 en NEN 5060).
• het bouwen en onderzoeken van demonstraties van thermo-energiesystemen.

Duurzame chemie

Het is van groot belang dat de chemische industrie het milieu zo min mogelijk vervuilt. Duurzaamheid en decarbonisatie zijn daarbij belangrijke uitdagingen. Minder vervuiling kunnen we bereiken door nieuwe producten en processen te ontwerpen die zo min mogelijk gebruik maken van gevaarlijke stoffen. Een voorbeeld is de implementatie van ‘groene chemie’.

Groene chemie

We zijn actief betrokken bij groene chemieoplossingen voor de productie van industriële chemicaliën. We richten ons op de ontwikkeling van chemische productieprocessen van bio-gebaseerde grondstoffen en duurzame verwerking. We zijn experts in:

• Ontwikkeling, ontwerp en testen van chemische processen
• Constructie van testeenheden op laboratoriumschaal
• Techno-economische analyse van chemicaliënproductie in verschillende stadia van procesontwikkeling
• Bio-gebaseerde en organische chemie
• Elektrochemie, ontwikkeling van elektrochemische processen, modellering van elektrochemische conversies
• Scheidingsprocessen

We bieden efficiënte oplossingen bij de implementatie van ‘groene’ chemische productieprocessen. Bijvoorbeeld elektrochemische conversie, voornamelijk op basis van biomassa, maar ook op basis van fossiele bronnen.

Scheidingstechnologie

Om efficiënter en met hogere kwaliteit te kunnen produceren moet het aantal scheidingsstappen omlaag. Dat kan door scheidingsprocessen te integreren en te intensiveren, waardoor energieverbruik en kosten omlaag gaan en kwaliteit verbetert. TNO richt zich daarom met name op scheidingsprocessen die een hoge selectiviteit hebben en een laag energieverbruik.

We richten ons op 3 technieken, namelijk kristallatie, extractie en membraan-technologie. Ook werken we aan nieuwe generaties scheidingstechnologieën die gebruik maken van externe krachten, zoals centrifugale krachten, elektrische velden en magnetronstraling. Ook werken we aan reacties en scheidingen die duurzame elektriciteit als drijvende kracht gebruiken in plaats van warmte uit fossiele brandstoffen.

Gasbehandeling

Om te werken aan een schonere industrie, ontwikkelen we technologie voor gasopvang en gasbehandeling. We ontwikkelen oplossingen met economische, milieu en technische voordelen ten opzichte van bestaande gasverwerkingsinstallaties. Bijvoorbeeld voor de opvang van CO2 en de behandeling van biogas.

Leidende positie

TNO heeft in Nederland een leidende positie in het adviseren over en creëren van oplossingen voor het terugwinnen, recyclen en hergebruiken van gasbronnen die schadelijk gas bevatten. We ondersteunen de complexe grootschalige implementatie van CO2-afvang, -transport en -opslag (CCS) door bedrijven en overheden te adviseren over technologische, economische en veiligheidsaspecten.

Project energie-efficiënte gebouwen

Het project SCORES is een 4-jarig project over energie-efficiënte gebouwen. Het doel van het project is het ontwikkelen van een energiesysteem voor gebouwen en dit in praktijk demonstreren.

SCORES richt zich erop dat woongebouwen tegen lage kosten meer gebruik gaan maken van duurzame energie. Binnen dit project wordt ook gekeken naar nieuwe compacte hybride opslagtechnologieën die het gebruik (aanbod, opslag en vraag) naar elektriciteit en warmte in woongebouwen optimaliseren.

SCORES is gestart in november 2017 en wordt gefinancierd door de Europese Unie, als onderdeel van de ‘call’ Horizon 2020 Energiezuinige Gebouwen. TNO is coördinator, bevordert een soepele samenwerking en versterkt het consortium van binnenuit.