Blikopener
hogescholen, partners in innovatie
Solvents_rijk_02.jpg

Blog-Post Hannes Sels

Vervang schadelijke solventen, kies de alternatieven slim!

 
Hannes Sels  is als onderzoeker verbonden aan het Expertisecentrum Duurzame Chemie van de Karel de Grote Hogeschool in Antwerpen.

Hannes Sels
is als onderzoeker verbonden aan het Expertisecentrum Duurzame Chemie van de Karel de Grote Hogeschool in Antwerpen.

Solventen zijn veelgebruikte verdunners in chemische productieprocessen en producten als verf, schoonmaakmiddelen, lijm en inkt. Klassieke solventen, zoals hexaan, tolueen en diethylether, zijn meestal echter niet duurzaam. Ze zijn niet hernieuwbaar, niet bio-afbreekbaar, zijn brandbaar of zelfs toxisch. Er zijn duurzame alternatieven voorhanden, maar de zoektocht naar het ideale duurzame solvent kan je veel tijd en werk kosten. Verder in dit artikel vind je enkele stappen die je op weg helpen.

Waarom duurzame solventen?

Consumenten gaan steeds bewuster om met chemicaliën in producten, kijk bijvoorbeeld naar initiatieven van ECHA, test-aankoop, Plastic Soup Foundation, … Door bewust bepaalde chemicaliën in je producten en productieprocessen te weren kan je als onderneming op deze groeiende markt inspelen.

Daarnaast ben je als producent verplicht om de strikte Europese regelgeving (REACH, CLP) te volgen. De ‘kandidaatlijst van zeer zorgwekkende stoffen’ is bijvoorbeeld een lijst met stoffen waaraan zeer strikte restricties verbonden zijn bij gebruik door een onderneming. Enkele veelgebruikte solventen staan op deze lijst: diglyme, DMF, dichloorethaan, DMAC, NMP. Je kan alvast nagaan of er nog solventen (of andere chemicaliën) op deze lijst staan die gebruikt worden in jouw onderneming.

Herkenbaar?

Mensen zijn gewoontedieren. En chemici zijn mensen, dus grijpen ze vaak terug naar solventen die ze in het verleden al eens gebruikten. Bovendien kiezen ze vanuit praktische overwegingen vaak voor solventen die snel voorradig zijn. Het beeld van een laborant of chemicus die het magazijn binnenwandelt en daar een keuze maakt op basis van de inventaris en een snelle inschatting met behulp van een aantal vuistregels ligt niet al te ver weg van de werkelijkheid.

Bij eenvoudige systemen kom je misschien nog vlot weg met trial-and-error experimenten op basis van bovenstaande strategie, maar zodra de complexiteit van het systeem toeneemt zit je al snel met een groot aantal experimenten óf riskeer je een suboptimaal systeem. Er is dus nood aan een meer systematische solventselectie.

Een succesvolle solventselectie in zes stappen

Als je aan de slag wil gaan, kan je alvast volgende stappen volgen:

De nuloptie
Bij de selectie van een solvent is de eerste vraag vaak: “Welk solvent heb ik nodig?”. Eigenlijk moet de eerste vraag zijn: “Heb ik een solvent nodig?”. In zeldzame gevallen kan je het solvent gewoon achterwege laten.

Start vanuit de fysische eigenschappen
De fysische eigenschappen karakteriseren het solvent en bepalen hoe het zich zal gedragen. Wacht dus nog even met de inventaris van de solventopslag te bekijken, maar vertrek vanuit een solvent database waarin de fysische eigenschappen per solvent worden beschreven. Je kan zelf een tabel samenstellen in Excel of een database of licentie aankopen. Ga er niet te snel van uit dat dichloormethaan ook deze keer goed zal werken omdat het bij een vorige reactie zo goed werkte.

Nu komt het er op aan het solvent te vinden voor jouw applicatie. Het idee om de zoektocht naar het ideale solvent te starten vanuit een grote database met fysische eigenschappen is eenvoudig, maar is zoeken naar een speld in een hooiberg. Hier kan software te hulp schieten. Verder in dit artikel kom je hier meer over te weten. 

Solventen zijn oplosmiddelen
Hun taak bestaat meestal uit het oplossen, dispergeren, laten zwellen, … van andere stoffen.  Er wordt dus van het solvent verwacht dat het een interactie aangaat met een of meerdere andere stoffen. Drie eenvoudige getallen kunnen je helpen om de solventen te selecteren die in jouw proces ‘een interactie’ zullen vertonen met de andere aanwezige componenten: de Hansen oplosbaarheidsparameters.

Andere vereisten
Nadat je je database hebt kunnen verkleinen tot een lijst met solventen die zullen interageren met het systeem kan je beginnen selecteren op basis van de andere fysische eigenschappen. Met een eenvoudige tabel in Excel en een aantal filters kom je al een heel eind. Typische eigenschappen die een belangrijke invloed kunnen hebben op je proces zijn viscositeit, kookpunt, verdampingssnelheid, …

De duurzame optie
Je beschikt nu over een lijst(je) met solventen die het waarschijnlijk goed zullen doen. Nu hoef je enkel nog het meest duurzame solvent te selecteren en je bent klaar. Maar wat is ‘duurzaam’? Heel wat bedrijven hanteren hiervoor hun eigen criteria. Enkele tips: hou rekening met de aspecten veiligheid, impact op menselijke gezondheid en impact op het milieu. Denk ook aan de energie die je nodig hebt om het solvent te recupereren. Solventen met een hoog kookpunt verminderen de kans op emissies, maar je zal veel meer energie nodig hebben om ze nadien af te destilleren. Een erg eenvoudige en robuuste methodologie om een eerste idee te krijgen van de duurzaamheid van een solvent is die van het CHEM21 consortium.

The proof of the pudding…
De laatste stap is de meest arbeidsintensieve stap: testen (op kleine schaal) of je solvent doet wat het moet doen. Door deze stap te vroeg in het selectieproces uit te voeren worden er veel tijd, middelen en grondstoffen verkwist. De resultaten van deze tests zullen mogelijk aanleiding geven tot een extra iteratie vanaf stap 4, maar uiteindelijk zal je een performant en duurzaam solvent hebben op maat van jouw toepassing.

Opgelet! Je kan alsnog een koude douche krijgen als je op zoek gaat naar leveranciers of als je de prijs van jouw droomsolvent te horen krijgt. Vaak zijn de geproduceerde volumes van ‘groene’ of ‘neoterische’ nog te klein, wat zorgt voor een onzekere toelevering en een hoge prijs.

De SUSSOL software
Bovenstaande stappen helpen je waarschijnlijk al een eind op weg, maar het is duidelijk dat er heel wat efficiëntiewinst te boeken valt. Bij complexe systemen zullen bovenstaande stappen bovendien niet volstaan. Net daarom ontwikkelden we aan het expertisecentrum Duurzame Chemie en de onderzoeksgroep Toegepaste Informatica van de Karel de Grote Hogeschool (KdG) ‘Sustainable Solvents Selection and Substitution Software’ (SUSSOL), een gebruiksvriendelijke software tool gebaseerd op AI-algoritmes. Na drie jaar van intensieve ontwikkeling, testen en statistische validatie is de software gebruiksklaar.

De SUSSOL tool groepeert solventen in clusters op basis van fysische eigenschappen (zoals dampdruk, kookpunt, viscositeit, …) via een neuraal netwerk (een AI-algoritme). De output van het algoritme is een shortlist van solventen die gerangschikt kunnen worden volgens duurzaamheid op basis van milieu-, gezondheids- en veiligheidscriteria. Stap 1 tot en met 4 die we hierboven beschreven zijn dus mooi geïntegreerd in onze software.

Op 17 oktober 2019 geven we een demonstratie van de software en kan je de software zelf testen. Twee van onze partners, Eco-Point en Soudal zijn met de resultaten van SUSSOL aan de slag gegaan en zijn tot een alternatief product gekomen, op 17 oktober vertellen ze erover.

MEER BLOGS

Ben_lambrechts.jpg
0.jpg
StephanieUytterhaegen-150x150.jpg

Blikopener Nieuwsbrief

U wil graag op de hoogte gehouden worden van de activiteiten van Blikopener en nieuws over onderzoek en innovatie? Schrijf u dan in op onze nieuwbrief.


ContactEER Ons

U wil meer weten? U heeft misschien een specifieke vraag of een idee dat u eerder persoonlijk wil bespreken?
Neem dan contact op via onderstaande link.