Aan de UHasselt ontwikkelt de expertisegroep ‘Analytical and Circular Chemistry’ onder leiding van prof. dr. Wouter Marchal nieuwe processen en analysetechnieken voor een groene toekomst. Het onderzoek bij het Instituut voor Materialenonderzoek beweegt zich op het snijvlak van wetenschap en bedrijfsleven. Een team technische experts voert hier samen met de industrie innovatie-ondersteunend onderzoek uit in spiksplinternieuwe laboratoria. “Uit kruisbestuiving komen nieuwe ontwikkelingen voort.”

Alinda Wolthuis | Fotografie: Marco Vellinga

Het IMO-IMOMEC (Institute for Materials Research in MicroElectronics), het Instituut voor Materiaalonderzoek aan de UHasselt, zet België op de kaart met fundamenteel en toegepast materiaalonderzoek. Daarbinnen richt de expertisegroep Analytical and Circular Chemistry (ACC) zich op academisch onderzoek voor een circulaire maatschappij. Het streven naar duurzaamheid door de structuur-eigenschap-relaties van materialen grondig onder de loep te nemen, is echter ook van groot belang in toegepaste wetenschappelijke dienstverlening. “Ons academisch onderzoek richt zich onder andere op de zuivering en valorisatie van afval- en zijstromen waaronder diverse vormen van biomassa. Daarvoor ontwikkelen we groene processen, zoals pyrolytische conversie, speciale adsorbenten die schadelijke stoffen uit water kunnen isoleren en extracties met groene designer-solventen. Met nieuwe analysetechnieken kunnen we uit afvalstromen waardevolle chemicaliën identificeren, de selectieve verwijdering van schadelijke componenten opvolgen of de vorming van added-value producten doorgronden”, zegt prof. dr. Wouter Marchal. “Tegelijkertijd bieden we de chemische analysestrategieën, die hiervan de solide kennisbasis vormen, aan onze industriële klanten aan voor kwaliteitscontrole, productontwikkeling of reverse engineering projecten.”

Analytische speeltuin

ACC heeft toegang tot een breed spectrum aan analysemogelijkheden, waaronder spectroscopie, elementanalyse, thermische analyse, rheologie en chromatografie. “Onze ‘analytische speeltuin’”, noemt Marchal de state-of-the-art faciliteiten liefkozend. Klanten kiezen voor zijn expertisegroep vanwege deze faciliteiten en vanwege de brede range aan specialisaties waarover zijn ervaren en wendbare team beschikt. “Grote bedrijven vragen onze ondersteuning omdat ze behoefte hebben aan een zeer specifieke analyse, of wanneer hun vraag zich buiten hun core business of hun comfort zone beweegt. Ze weten dat het onderzoek bij ons in goede handen is, en dat ze zich over de protectie van hun IP ook geen zorgen hoeven te maken. De confidentialiteit is bij ons geborgd.” Kleinere en middelgrote bedrijven hebben niet altijd het budget om zelf de hoogwaardige apparatuur aan te schaffen voor analyses of de daarbij benodigde kennis in eigen huis. Zij waarderen het directe contact met de expertisegroep: “Je hebt geen vijftig handtekeningen nodig om met ons aan de slag te gaan en we denken graag met je mee.”

Met nieuwe technieken kunnen we uit afvalstromen waardevolle chemicaliën identificeren
Prof. dr. Wouter Marchal

Pyrolytische conversie

Zo’n vijfhonderd projecten per jaar staan op de rol. Die variëren in omvang en complexiteit. “Het loopt van een eenvoudige kwaliteitscontrole op samples tot complexe productontwikkeling, zodat onze klanten een unieke positie in de markt kunnen verwerven. Ze kunnen bijvoorbeeld laten uitzoeken welk scala aan additieven zich in de formulering van aangeleverde plastics bevinden. Ook schrijven we mee aan toegepaste projectvoorstellen: van onderzoek naar biogebaseerde ontsmettingsproducten tot efficiënte meststoffen of bioafbreekbare verpakkingsmaterialen.”

Een van de kernexpertises is GC-MS. “We moeten snel en nauwkeurig antwoord kunnen geven op vragen omtrent de milieu-impact van vrijgestelde, vluchtige organische verbindingen, de samenstelling van specialty polymeren, contaminaties of chemische reacties in thermische processen. Bovendien is er een belangrijke overlap met onze onderzoekslijn naar pyrolytische conversie van afvalstromen: hoe kunnen we biomassa verwerken voor de productie van biochar en actieve kool?” Onlangs werd bij IS-X/Interscience een veelzijdig analytisch systeem aangeschaft om deze pyrolyseprocessen beter te doorgronden. “Met hun kundige ondersteuning wagen we de stap naar comprehensive GCxGC-MS, een systeem met een enorme scheidingskracht waardoor we de complexe samenstelling en degradatiereacties van natuurlijke materialen steeds beter kunnen begrijpen. Bovendien is het apparaat uitgerust met een UV-bestralingsunit, waardoor we ons scala aan analyses konden uitbreiden. We zijn nu bijvoorbeeld ook in staat de veroudering van plastics te bestuderen: vergeling wordt veroorzaakt door bepaalde afbraakprocessen die we nu online kunnen analyseren met onze gaschromatografie.”

Kruisbestuiving

De kennis van de academische pijler wordt toegepast in de expertisegroep, net zoals kennis uit de praktijk van nut is voor de academische tak. “Ik zie het toch wel als mijn taak om een brugfiguur te zijn voor de kruisbestuiving tussen de academie en de industrie”, zegt Marchal. “Het is prachtig als je nieuwe technologie uit academisch onderzoek – zoals infrarood mapping – kunt benutten in de industrie. Anderzijds kan het oplossen van een kortetermijnprobleem voor de industrie ook heel waardevol zijn voor de verder weg liggende horizon van de wetenschap. Het is belangrijk om elkaar te leren begrijpen en elkaars sterkten te benutten. Doordat we als ACC voor zowel wetenschap als industrie werken, begrijpen we de mogelijkheden en de behoeften van beide pijlers en leren we van elkaar. Dat is niet altijd evident.” Zelf geniet Marchal van het diverse karakter van zijn werk. “Ik ben graag met analyse bezig, en het vinden van de juist analytische strategie, ook al komen daar problemen bij kijken.”

In wetenschap en bedrijfsleven groeit het besef nu echt
Prof. dr. Wouter Marchal

Horrorbeeld

Marchal verwacht dat we in de toekomst veel kritischer en creatiever zullen moeten omspringen met de materialen die we nu als afval beschouwen. “Zowel in de wetenschap als in het bedrijfsleven is het besef enorm gegroeid dat circulaire processen ons echt kunnen helpen richting een duurzame toekomst. Het is toch een horrorbeeld dat we schepen met plastic en andere materialen die nog ontelbare waardevolle moleculen bevatten naar het buitenland sturen voor een onzekere recyclage? Of dat we gevaarlijk afval in de grond begraven? Wat we hier gebruiken, moeten we hier waardig en energie-efficiënt herbestemmen. Ik verwacht dat we de komende jaren grote sprongen gaan maken bij de valorisatie van biomassa, daar is veel vraag naar. En daar leveren wij graag een bijdrage aan.”

UHasseltCirculaire economieCirculair producerenDuurzaamheidGC-MSvalorisatie