Technologie Stichting STW

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