Onderzoek Patrice Perreault

Abstract

In CAMELEON zullen we een disruptieve technologie ontwikkelen voor de katalytische, niet-oxidatieve koppeling van methaan (NOCM) door gebruik te maken van twee technologieën: i) een schokgolf reactor voor de NOCM, gecombineerd met ii) een Pd-gebaseerde membraan voor H2 scheiding, dit leidt tot een elektrothermisch membraan wervelbed.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor de elektrificatie van chemische processen en waterstof (ElectrifHy)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ammoniak is een veelbelovende H2-drager vanwege zijn hoge H2-dichtheid, maar een ontbrekende schakel is een energie-efficiënte technologie voor het kraken van ammoniak om ultrazuiver H2 te produceren. De meest onderzochte optie is thermokatalytisch kraken, een energie-intensief proces bij hoge temperatuur dat H2 levert met ongewenste resterende NH3. Dit project stelt een nieuw kraakproces voor ammoniak voor, gebaseerd op de integratie van plasmatechnologie met thermokatalyse en adsorptieve zuivering, waarmee op grote schaal H2 van brandstofcelkwaliteit kan worden geproduceerd voor het verwerken van grote tonnages ammoniak voor intercontinentale invoer van H2.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor de elektrificatie van chemische processen en waterstof (ElectrifHy)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Femtoseconde pulsatie laser microbewerking maakt het mogelijk om verscheidene materialen zoals keramieken (bv. glas), harde metalen (bv. Hastelloy) en polymeren te bewerken met een resolutie tot op microschaal. Dit opent innovatieve en nieuwe onderzoeksmogelijkheden zoals het optimaliseren van de katalytische eigenschappen van oppervlakken, het verbeteren van de stromingsverdeling, warmtetransport en massatransport in chemische reactoren, het verhogen van de detectielimiet van fotoelektrochemische sensoren, het faciliteren van continue stromingschemie, het ontwikkelen van EPR en TEM meetcellen en het machinaal leren voor hybride 3D printen. Momenteel bezit de Universiteit van Antwerpen niet de nodige onderzoeksinfrastructuur om dergelijke materialen en oppervlakken met zulke microschaalprecisie te bewerken. Toegang tot femtoseconde pulsatie laser microbewerking zou dan ook een grote impact hebben op het onderzoek van zowel de dertien betrokken professoren en tien onderzoeksgroepen als de industrie en is essentieel om onderzoek uit te voeren op het hoogste internationaal niveau.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Maes Bert
• Co-promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Van Doorslaer Sabine
• Co-promotor: Vanlanduit Steve
• Co-promotor: Verbeeck Johan
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Verwulgen Stijn
• Co-promotor: Watts Regan

Onderzoeksgroep(en)

• Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De belangrijkste belemmering voor de commerciële inzet van vloeibare organische waterstofdragers (LOHC) is de aanzienlijke warmtebehoefte bij hoge temperatuur voor het vrijkomen van H2. In dit project omzeilen we dit probleem door een duurzame LOHC-dehydrogeneringsstap bij lage (H2 partiële) druk/lage temperatuur te ontwerpen met behulp van reactieve destillatie (RD) in volledige warmte-integratie met industriële restwarmtestromen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor de elektrificatie van chemische processen en waterstof (ElectrifHy)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele klimaatmitigatie alleen zal niet in staat zijn de atmosferische CO2-concentraties te stabiliseren op een niveau dat compatibel is met de opwarmingslimiet van 2°C van het Akkoord van Parijs. Veilige en schaalbare negatieve-emissietechnologieën (NET's), die actief CO2 uit de atmosfeer verwijderen en koolstof (C) op lange termijn vastleggen, zullen nodig zijn. Snelle vooruitgang bij de ontwikkeling van NET's is nodig, om deze technologieen op grote schaal te kunnen inzetten en de overschrijding van omslagpunten in het aardse systeem te kunnen voorkomen. Toch zijn er nog geen NET's klaar om op een duurzame, energie-efficiënte en kosteneffectieve manier grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer te halen . BAM! ontwikkelt 'super bio-versnelde mineraalverwering' als een radicale, innovatieve oplossing voor de NET-uitdaging. Hoewel versnelde silicaatverwering (ESW) eerder naar voren werd geschoven als een potentiële NET, is de huidige onderzoeksfocus op 1/ ex natura carbonatatie of 2/ langzame in natura ESW, gelimiteerd in zijn mogelijkheden. BAM! concentreert zich op een ongeëvenaarde reactortoepassing om de biotische verweringsstimulatie te maximaliseren met een lage input van hulpbronnen, en de implementatie van een geautomatiseerd, snel lerend proces dat het mogelijk maakt kritische doorbraken op het gebied van verweringsgraad snel aan te nemen en te verbeteren. De ambitie is om een NET te ontwikkelen dat kan ingezet worden tegen klimaatrisico's op de korte termijn (binnen 10-20 jaar). BAM! bouwt voort op de natuurlijke processen die hebben geleid tot sterke veranderingen in natuurlijke silicaatverwering en verankert deze in een nieuwe reactortechnologie. Het ambitieuze doel is de ontwikkeling van een onmisbare oplossing voor klimaatmitigatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit IOF consortium verbindt chemisten, ingenieurs, economisten en milieu-wetenschappers in een geïntegreerd team om maximale impact te genereren in de duurzame sleuteltechnologieën, materialen en reactoren, die een cruciale rol spelen in een duurzame chemische industrie en in de economische transitie naar een circulaire, grondstofefficiënte en koolstofneutrale economie (deel van de 2030 en 2050 doelen waarin Europa een leidende rol wil spelen). Innovatieve materialen, hernieuwbare chemische grondstoffen, nieuwe/alternatieve reactoren, technologieën en productie methoden zijn essentiële en centrale elementen om dit doel te bereiken. Door hun onderlinge verstrengeling is een multidisciplinaire, gecoördineerde inspanning als team cruciaal om succesvol te kunnen zijn. Bovendien is vroegtijdige voorspelling en identificatie van sterktes, opportuniteiten, zwakten en bedreigingen in levenscyclusanalyse, techno-economische analyse en duurzaamheidsbeoordeling een objectieve en noodzakelijke sleutel om duurzaamheid in te bouwen tijdens de design fase en om effectieve kennis-gedreven beslissingen te nemen en focus te houden op de grootste bijdragen aan duurzaamheid. Het consortium focust op duurzame chemische productie door efficiënt en alternatief energiegebruik, gekoppeld aan circulariteit, nieuwe chemische reactiepaden, technologieën, reactoren en materialen, die toelaten om alternatieve grondstoffen en energie te gebruiken. De kern van technologische expertise wordt ondersteund door expertise in simulaties, techno-economische en milieu impact beoordelingen en onzekerheidsidentificatie om de technologische ontwikkeling te versnellen via kennis gedreven design en vroeg stadige identificatie van sleutel onderzoek nodig voor een versnelde groei en maximale impact op duurzaamheid. Om deze doelen te bereiken, zijn de consortiumleden gegroepeerd over 4 samenhangende valorisatie programma's gefocust op sleutelelementen die de performantie bepalen en de chemische industrie en technologie hun meerwaarde geven en verder doen groeien: 1) hernieuwbare grondstoffen, 2) duurzame materialen en materialen voor duurzame processen, 3) duurzame processen die efficiënt gebruik maken van alternatieve hernieuwbare energie en/of circulaire chemische bouwstenen gebruiken; 4) innovatieve reactoren voor duurzame processen. Daarenboven zijn transversale sleutelexpertises geïntegreerd, die essentiële ondersteuning bieden en data gebaseerde beslissingen mogelijk maken in de 4 valorisatie programma's door simulaties, techno-economische en milieu-impact beoordelingen en onzekerheidsanalyses.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meynen Vera
• Co-promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Breugelmans Tom
• Co-promotor: Compernolle Tine
• Co-promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Das Shoubhik
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Maes Bert
• Co-promotor: Neyts Erik
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Vande Velde Christophe
• Co-promotor: Vande Velde Christophe
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Co-promotor: Verbruggen Sammy
• Mandaathouder: Meyer Nathalie

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het verkleinen van deeltjesgrootte (< 30 µm) heeft een positieve invloed op de efficiëntie van vaste stof – gasfaseprocessen, door een verbeterde massa- en warmteoverdracht. Dit soort kleine deeltjes zijn echter vaak moeilijk om te verwerken (hoge drukval en kanaliseren). Door gebruik te maken van centrifugale velden, kan de kleinere deeltjesgrootte wel ten volle benut worden met verhoogde efficiënte tot gevolg. Met dit IOFPOC CREATE willen we de uitstekende resultaten die we behaalden door middel van eavanceerde simulaties voor onze patent aanvraag PCT/EP2022/055011 "Apparatus for generating a fluidized bed" bevestigen en een eerste prototype construeren om geïnteresseerde bedrijven aan te trekken. Het toekennen van dit IOFPOC CREATE project zou het mogelijk maken om het TRL-niveau op te trekken van 2 naar 4. Aangezien het objectief is om dit concept te commercialiseren binnen de 6 jaar, is een IOC-POC CREATE de beste optie. Voordat dit patent gevaloriseerd kan worden via licenties, moeten we de technologie bewijzen op laboschaal om geïnteresseerde bedrijven te overtuigen om verdere ontwikkeling te ondersteunen. We mikken vooraleerst op de farmaceutische industrie omdat onze technologie gebruikt kan worden om solventresten te verwijderen uit actieve farmaceutische ingrediënten (AFI) tijdens het drogen. Een alternatieve piste zijn bedrijven uit de chemische industrie, voornamelijk bedrijven in de sector van gefluïdiseerd katalytisch kraken. Met ons proces zouden we de levensduur van katalysatoren (1 tot 3 maanden) in dit proces aanzienlijk kunnen verlengen. Met behulp van dit IOF-POC CREATE project, kunnen we een prototype bouwen, terwijl we gelijktijdig met de constructie hiervan de optimale werking en opschalingsstrategie computationeel kunnen bepalen. Reële AFI-droogexperimenten zullen worden uitgevoerd en vergeleken met gepubliceerde data.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor de elektrificatie van chemische processen en waterstof (ElectrifHy)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele gecompartimenteerde elektrolyzers, die water splitsen in waterstofgas en zuurstofgas door middel van waterelektrolyse, vormen de meest geavanceerde technologie voor het genereren van volledig koolstofneutrale 'groene waterstof' wanneer ze worden aangedreven door hernieuwbare energiebronnen. Deze elektrolyzers hebben echter enkele nadelen, waaronder hoge fabricagekosten, onderhoud (vooral met betrekking tot membraan) en de nood aan ultrazuivere waterige elektrolytvoedingsstromen die afhankelijk zijn van beperkte zoetwaterbronnen. Als alternatieve technologie om deze problemen aan te pakken, is een nieuwe membraanloze elektrolyzer bestudeerd in het lopende IOF-POC CREATE-project. De geconstrueerde membraanloze elektrolysecel op laboratoriumschaal (patent aangevraagd) levert >99,5% zuiver waterstofen zuurstofgas en is gebouwd met behulp van betaalbare en veelzijdige 3D-printtools. In dit IOF-POC Develop-project is het doel om onze lab-unit van 1 W op te schalen naar een demonstrator van 1 kW. Het project richt zich voornamelijk op het ontwerp van de 1 kW-stack, verdere efficiëntieverbetering van het systeem en een prestatiedemonstratie over een langere periode. Dit eerste 1kW membraanloze elektrolyzerprototype zal dienen als een proof-of-concept voor de haalbaarheid om deze technologie op te schalen naar hogere capaciteiten door modulaire integratie. In de loop van dit project zullen initiatieven voor bedrijfsontwikkeling worden genomen via samenwerkingen met geïnteresseerde industriële partners.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verbruggen Sammy
• Co-promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerp engineering, PhotoElectroChemistry & Sensing (A-PECS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ARCLATH-2 project heeft als doel een antwoord te bieden aan bestaande nadelen inzake veilig transport en opslag van waterstof via het ontwikkelen van een nieuwe concept gebaseerd op clathraten. Na vooronderzoek tijdens het ARCLATH-1 project is bewezen dat dit concept werkt en dat waterstof inderdaad kan opgeslagen worden in clathraten bij technische en economische relevante condities, zoals druk en temperatuur. In dit ARCLATH-2 vervolgproject zal getracht worden de waterstof opslagcapaciteit te maximaliseren bij gelijkaardige druk en temperatuur condities. Tevens zal binnen dit project een praktisch proces ontwikkeld worden voor reversibele waterstofopslag en -afgifte gebaseerd op 'pressure swing cycling' technologie op laboschaal.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cool Pegie
• Co-promotor: Bals Sara
• Co-promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium adsorptie en katalyse (LADCA)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit doctoraatsonderzoek richt zich op het ontwikkelen, optimaliseren en simuleren (via numerieke stromingsleer of computational fluid dynamics, CFD) en het testen van Multi fase chemische reactors voor de geïntensifieerde vrijzetting van waterstof uit vloeibare organische waterstof dragers (liquid organic hydrogen carriers, LOHC). Het ultieme doel van is het gebruik van deze technologie voor scheepsmotoren aangedreven door waterstof. De reactor zal ontwikkeld worden aangepast aan de noden van de dehydrogenatie van LOHC, d.i. een traag endotherm heterogeen katalytisch proces, waarbij grote volumes gas worden vrijgezet. De chemische reactie vereist specifiek: i) een nauw contact tussen de vloeistof en de katalysator, ii) een efficiënte en snelle verwijdering van de waterstof, zonder LOHC mee te nemen, iii) een efficiënte overdracht van warmte om de endotherme reactie aan te drijven zonder te veel thermische stress op de vloeistof te zetten, iv) een korte contacttijd tussen de katalysator en de LOHC, v) de mogelijkheid om hoge stroomsnelheden van LOHC om tegemoet te komen aan de trage dehydrogenatiekinetiek van de LOHC en ten slotte, vi) een compensatie voor het effect van de bewegingen van een varend schip in de gas- vloeistofinterfase. Het ontwerpen van dit ideale toestel staat garant voor een aanzienlijke uitdaging en de perfecte reactor voor deze taak bestaat nog niet. Daarom wordt er gekeken om de geometrie aan te passen, zodat de elementaire stappen van een globale chemische die leiden tot het gewenste eindproduct, worden gepromoot. Als deel van dit onderzoek, zullen de bouwblokken worden neergelegd voor de procedure om geautomatiseerde reactors te ontwikkelen: De optimalisatie van de reactor geometrie zal worden uitgevoerd, gebruik makend van een ingeperkte vorm optimalisatie strategie, vanuit een initieel geparameteriseerde geometrie. De inperkingen van de optimalisatieprocedure zijn de massa, energie en impuls balansen, die numeriek geëvalueerd worden gebruik makend van CFD met de open source code OpenFoam. Een initieel geparameteriseerde geometrie (dus een chemische reactor configuratie om uit te itereren) is nodig. De doctoraatstudent zal eerst de mogelijke reactor configuraties bekijken uit te literatuur, maar de promotor stelt ab initio een veralgemening voor van een gasfase – vaste stof vortex reactor (GVVR) voor. Voor de gebruikte toepassing wordt dit dan een gas – vloeistoffase – vaste stof vortex reactor (GVVVR). Dit type van centrifugale reactor combineert verschillende interessante eigenschappen. Op voldoende hoge omwentelingssnelheid is er geen effect meer van zwaartekracht. De aanwezigheid van een lagedruk zone langs de centrale as laat het toe om een geprefereerde gas uitstroom te hebben. De GVVR is ook een centrifugaal apparaat, dit combineert dus de reactie- en scheidingsfuncties. De parameters die dienen geoptimaliseerd te worden voor deze reactor configuratie zijn het aantal openingen, hun relatieve plaatsing, de hoogte van het apparaat, de diameter van de reactiekamer, de positie en diameter van zowel het instroom- als het uitstroomkanaal van de LOHC. CFD kan nog steeds niet bestaan zonder experimentele validatie, zeker niet in de context van het simuleren van turbulente reactieve stromingen die gebruik maken van het tweestromenmodel (Euleriaanse – Euleriaans benadering). Een setup voor experimentele validatie en demonstratie zal worden gebouwd. De techniek van Particle Image Velocimetry zal worden toegepast om zowel de vloeistofstroom (de vloeistoffase wordt dan gevoed met tracerdeeljes) als het katalysator bed te valideren. Door het interdisciplinaire karakter van het voorgestelde onderzoek, moet de student beschikken over een aanzienlijke kennis in verschillende complementaire onderzoeksvelden – het chemische (chemie en katalyse), het ingenieur technische (CFD), het programmeervaardige (C++®, Python®, CFD) aspect moet beheerst worden op zowel een theoretisch, computationeel als experimenteel vlak.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice
• Mandaathouder: Van Hoecke Laurens

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De haven van Antwerpen is een van de grootste havens van de wereld en heeft zichzelf opgeworpen als een pionier in de Europese waterstofeconomie. Voor het uitrollen van een waterstofeconomie is efficiente opslag van waterstof cruciaal, huidige systemen van waterstof opslag zijn gebaseerd op het gebruiken van druktanks (200 tot 700 bar) of het gebruik van vloeibare waterstof (-253 °C). Deze vormen van opslag kunnen tot 30 % van de totale energie opgeslagen in waterstof gebruiken. Een alternatief voor dit systeem is het gebruik van LOHC's (Eng. Liquid Organic Hydrogen Carriers), dit zijn stoffen die waterstof kunnen opslaan tot 7 wt.% waterstof en eenvoudig te transporten en op te slagen zijn in huidige installaties van fossiele brandstoffen. Het moeilijkste aspect van het gebruik van LOHC's is efficiente vrijzetting van de waterstof en op dit vlak is er nog veel vooruitgang te boeken. Met het gebruik van de principes van procesintesificatie wordt er gekeken naar de beste methoden het de problemen rond de vrijzetting van waterstof aan te pakken. In dit project wordt er gekeken naar het gebruik van een centrifugale waterstof reactor. Om de reactor aan te drijven wordt er gekeken naar elektriciteit.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Laffineur Ludovic
• Co-promotor: Maslenkova Svetlana
• Co-promotor: Van Hoecke Laurens

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Op basis van recent ontwikkelde "fysische scheidingstechnieken" wordt een proces ontwikkeld dat toelaat om het gehalte aan heteroatoom bevattende moleculen in pyrolyse olie te reduceren en geschikt te maken voor valorisatie. De methode kan een substituut zijn voor hydrotreatment.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Billen Pieter
• Promotor: Tavernier Serge
• Co-promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Intelligentie in processen, geavanceerde katalysatoren en solventen (iPRACS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project wordt een proof-of-concept geleverd voor de opslag van waterstof in clathraten, een schatting gemaakt van het toepassingspotentieel en een interdisciplinair onderzoeksconsortium voor clathraatonderzoek opgericht. De haalbaarheid van waterstofopslag in clathraathydraten zal bestudeerd worden in technisch en economisch relevante omstandigheden van temperatuur en druk. De centrale onderzoekshypothese is om waterstofclathraten te stabiliseren en hun vorming zodanig te katalyseren dat een nieuwe technologie voor waterstofopslag kan ontwikkeld worden. De concrete doelstelling is om 5 wt% en 30 g/l opslagcapaciteit bij temperaturen boven 2C en een druk lager dan 100 bar te bereiken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Perreault Patrice
• Co-promotor: Verbruggen Sammy

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject