13 december 2004
Chip helpt waterstof maken op weg naar duurzaam energiegebruik
STW-promovendus Roald Tiggelaar ontwikkelde microreactoren die bij
hoge temperaturen kunnen werken. Zijn chips kunnen ingezet worden bij
reacties die waterstof opleveren. Hij promoveerde op 2 december 2004
aan de Universiteit Twente.
Mits goed ontworpen zijn silicium microreactoren, kortweg chips,
uitermate geschikt om hete gasreacties te controleren en te
onderzoeken. Zon hete gasreactie is het katalytisch partieel oxideren
van methaan naar synthesegas, een mengsel van koolstofmonoxide en
waterstof. Deze laatste stof wordt steeds interessanter als
alternatief voor fossiele brandstoffen.
Chips die tegen een stootje kunnen
Bij een hete gasreactie loopt de temperatuur soms op tot 800°C. Er is
vraag naar chips die zulke reacties kunnen controleren, maar hoe maak
je chips geschikt voor dit soort hete gasreacties? Die vraag
beantwoordt Roald Tiggelaar in zijn proefschrift
In een STW project onderzocht hij wat een chip nodig heeft om te
overleven in een proces waarin methaan wordt geoxideerd tot waterstof
en koolmonoxide. Om een dergelijk heftig proces te beheersen zijn
chips met ingebouwde verwarmingselementen en temperatuursensoren
noodzakelijk, zodat de temperatuur van het deel van de chip waar het
gas reageert heel snel opgewarmd of afgekoeld kan worden.
De goede chip voor de goede temperatuur
Het blijkt dat zogenoemde vlakke membraan chips tot temperaturen van
550 600°C goed functioneren, mits het juiste type siliciumnitride
gebruikt wordt in het vlakke membraan. Een ander type chip dat werkt
met buisjes van stoichiometrisch siliciumnitride is bestand tegen
temperaturen tot boven 800°C. Dan moeten wel verwarmingselementen van
dunne films van zuiver platina in de chip toegepast worden.
Tiggelaar onderzocht hoe vlakke membraan chips, dat zijn chips waar op
de conventionele manier een verwarmingselement en temperatuursensoren
in de vlakke bovenkant zijn ingebakken, op hoge temperaturen reageren.
Deze chips werken het best als hun membraan een uniforme dikte heeft.
Indien het membraan bestaat uit silicium en siliciumnitride met een
lage mechanische stress (SiRN), functioneren de microreactoren goed
tot circa 350°C. Wordt het SiRN vervangen door stoichiometisch
silicium nitride (Si3N4), dan kan de chip temperaturen verdragen tot
600°C.
Vervolgens onderzocht hij een nieuw soort chips die werken met buisjes
van stoichiometrisch silicium nitride (Si3N4), die zijn opgehangen in
het gaskanaal. Dunne metaalfilms in die buisjes worden verhit en meten
de temperatuur van het gas. Ook hier blijkt dat zuivere platina betere
resultaten geeft dan platina met een hechtingsmateriaal. Deze chips
bleven intact bij temperaturen boven 800°C.
ECN betrokken bij het onderzoek
Paul Cobden, namens Energieonderzoek Centrum Nederland betrokken bij
het project: Wij zijn geïnteresseerd in manieren om katalytische
partieel oxidatie beter te beschrijven om vervolgens met verbeterde
oplossingen te komen voor waterstof productie. In principe kunnen
microreactoren voordelen bieden ten opzichte van bestaande technieken
om deze kinetiek te bepalen. Zo ver zijn we nog niet, maar Roald heeft
een grote voorsprong geboekt door microreactoren te fabriceren die bij
hoge temperaturen kunnen werken.
Informatie:
Ir. R.M. Tiggelaar, MESA+ Research Institute, Universiteit Twente
Tel: (053) 489 44 20
e-mail: R.M.Tiggelaar@el.utwente.nl
---
TOP Laatste wijziging: 13-12-2004
Reacties naar: webmaster@stw.nl
Technologie Stichting STW