Het ziet ernaar uit dat op termijn alle gasvelden met vrijwel zuiver methaan zijn leeggepompt en slechts de voorraden zwaar verontreinigd aardgas overblijven. Voor multinationale olie- en energiemaatschappijen is dit probleem extra actueel, vertelt Willems (28). “De nationale oliemaatschappijen hebben zo langzamerhand de technologie en kennis in huis om het makkelijk winbare aardgas zonder hulp van de multinationals te exploiteren.” Goede kans dat in de toekomst alleen de onzuiverste -en daardoor momenteel onrendabele- gasvelden voor multinationals als Shell overblijven, zo’n twintig procent van de wereldwijde voorraad.

Om die ontwikkeling voor te blijven, is Shell dan ook naarstig op zoek naar een manier om aardgas te ontdoen van grote hoeveelheden verontreiniging. Daarvoor werkt het bedrijf samen met de vakgroep Procestechnologie van de faculteit Werktuigbouwkunde, waar Willems zijn promotieonderzoek uitvoerde. Willems: “Met de huidige technieken is het rendabel om gas te zuiveren dat tot zo’n vijftien procent aan kooldioxide of waterstofsulfide bevat. Met onze methode, waarbij we een roterende deeltjesscheider gebruiken, kunnen we dat getal opschroeven tot wel zeventig procent.”

Hoe haal je nu bijvoorbeeld kooldioxide uit aardgas? Omdat het om enorme hoeveelheden gas gaat, vereisen de gebruikelijke scheidingstechnieken zonder uitzondering grote of energieslurpende installaties. Daarom richtten Willems en zijn collega’s zich op een methode die gebruikmaakt van het verschil in condensatietemperatuur tussen kooldioxide en methaan. Dat werkt als volgt: het aardgas komt onder hoge druk (zo’n tachtig bar) uit de grond. Door het gas te laten uitzetten en af te koelen, condenseert de kooldioxide tot een mist van minuscule druppeltjes, met een doorsnede van een duizendste tot een honderdste millimeter. Die mist kan uit het gas worden verwijderd door het in een centrifuge snel rond te draaien: de druppeltjes zijn zwaarder dan het omringende gas en worden door de middelpuntvliedende kracht naar buiten geslingerd.

Centrifugeren is een algemene methode om deeltjes te scheiden, maar het is vooral effectief op kleine schaal. In de eenvoudigste uitvoeringsvorm, de cycloon, wordt het gas onder druk met relatief hoge snelheid een cilindervormige ruimte ingeleid (zie afbeelding rechts), waarin het vervolgens om de centrale as omlaag spiraliseert. Stofdeeltjes en vloeistofdruppeltjes vliegen als het ware uit de bocht en belanden tegen de wand van de omhullende cilinder, waarlangs ze als een vloeistofstroom worden weggevoerd. Echter, hoe groter de cilinder, hoe ruimer de bocht die het gas neemt en hoe minder makkelijk de druppels daar uitvliegen. Alleen de grootste druppels kun je in een grote cycloon nog met deze methode verwijderen. De truc is dus om uit de fijne mist grotere druppels te maken.

En daar komt de roterende deeltjesscheider in beeld; een vinding van prof.dr.ir. Bert Brouwers, promotor van Willems en leider van de vakgroep Procestechnologie. Het is een filterelement bestaande uit smalle verticale buisjes met een doorsnede van een millimeter, dat in zijn geheel met twee- tot drieduizend toeren per minuut om de cilinderas draait. Van bovenaf stroomt het gas met de mistdruppeltjes de buisjes van de deeltjesscheider binnen, waar ze al snel tegen de buiswand worden geslingerd. Daar vormen ze een dunne laag vloeistof die langs de wanden van de buisjes naar beneden stroomt. Onderaan de buisjes breekt de laag op in grotere druppels, groot genoeg om wél tegen de wand van de omhullende cilinder te worden geslingerd.

In een kleine proefopstelling bij Shell in Amsterdam, gebaseerd op het onderzoek van zijn voorganger Ralph van Wissen, werd door Willems al bewezen dat de roterende deeltjesscheider geschikt is om aardgas te zuiveren. Aan Willems was vervolgens de taak om een grotere opstelling te bouwen van (bijna-) industriële afmetingen, twee meter hoog en met een doorsnede van een meter. “Die heb ik vervolgens getest, maar dit keer niet met echt aardgas. Waterstofsulfide is behoorlijk giftig, dus dan zit je met allerlei veiligheidsissues. Bovendien heb je enorme hoeveelheden gas nodig. Daarom hebben we water en perslucht gebruikt.” Voornaamste doel was te testen of de roterende deeltjesscheider ook op deze schaal netjes grote vloeistofdruppels creëerde en om te kijken of het apparaat de enorme vloeistofstroom wel zou aankunnen. “In de praktijksituatie maak je zo’n tien liter vloeibare kooldioxide of waterstofsulfide per seconde, die moet je wel kunnen afvoeren.”

De in W-hoog gebouwde ‘wasmachine’ voldoet nu aan alle eisen en Willems ziet dan ook een grote toekomst voor deze techniek. “Deze methode is heel energiezuinig en heeft als voordeel dat je de kooldioxide en waterstofsulfide weer direct in de bodem kunt opslaan.” Daarnaast kan de methode waarschijnlijk ook worden ingezet om kooldioxide af te vangen bij kolencentrales. En dat zou -met de verwachte toename van kolengestookte energiecentrales- nog wel eens minstens zo’n belangrijke toepassing kunnen zijn. (TJ)/.