Bachelorstudenten ontwikkelen model voor beter inzicht in chemisch proces hernieuwbare brandstof
Een groep bachelorstudenten van de TU Delft heeft tijdens hun minor Computational Science and Engineering een nieuw model ontwikkeld dat molecuuleigenschappen van alkanen nauwkeurig voorspelt. Deze kennis is cruciaal voor de ontwikkeling van hernieuwbare brandstoffen. Het model wordt inmiddels regelmatig gebruikt door wetenschappers en heeft ook geresulteerd in een publicatie in The Journal of Physical Chemistry.
Brandstoffen en chemicaliën afkomstig uit hernieuwbare bronnen worden in de toekomst de standaard. Maar om dit te realiseren, moeten nog vele technologische barrières worden overwonnen in het productieproces. “Voor duurzame vliegtuigbrandstof zijn kortere alkanen, dit zijn koolwaterstofmoleculen, zeer geschikt vanwege hun gunstige molecuuleigenschappen,” legt hoogleraar Engineering Thermodynamics, Thijs Vlugt, uit. “Het splitsen van lange alkanen tot korte alkanen in zeolieten, een stof met nanoporiën, is hierin essentieel, maar we begrijpen nog steeds niet goed wat er tijdens dit proces gebeurt.”
Nauwkeurige voorspellingen
Vier bachelorstudenten hebben zich gedurende een half jaar, naast hun reguliere vakken, toegelegd op deze uitdaging tijdens de minor Computational Science & Engineering. “Ons doel was een model te ontwikkelen dat nauwkeuriger de eigenschappen van langere alkanen kan voorspellen, omdat hierover nog weinig bekend is,” vertelt Josh Sleijfer, een van de studenten. “Bestaande modellen richten zich vooral op de koolstofatomen in het molecuul en hun directe buren, maar wij gingen een stap verder en hebben ook naar de ‘buren van de buren’ gekeken. Door deze bredere benadering kunnen we veel nauwkeurigere voorspellingen doen.”
Thijs Vlugt
Het model blijkt uiterst waardevol voor het onderzoek van Vlugt. “Er zijn ontzettend veel soorten structuren van alkanen mogelijk. Als het molecuul 20 koolstofatomen bevat, betekent dit dat er al bijna een kwart miljoen variaties van het molecuul mogelijk zijn. Dat zijn er simpelweg te veel om te meten.” Een computermodel dat de eigenschappen van al deze mogelijke alkanen kan voorspellen, is daarom zeer welkom. Vlugt: “Door meer inzicht te krijgen in het omzettingsproces in zeolieten kunnen we het productieproces optimaliseren en daarmee betere hernieuwbare brandstoffen ontwikkelen.”
Frisse blik
Sleijfer, die de bachelors Technische Wiskunde en Technische Natuurkunde volgde, had in eerste instantie weinig kennis van chemische reacties en daarmee de context van het onderzoek. “Het kostte wat tijd om te begrijpen waar het precies om draaide, maar toen dat kwartje viel, voelde het allemaal heel logisch,” vertelt hij. Vlugt waardeert juist de diverse achtergronden van de studenten en hun frisse, onbevangen kijk op het onderwerp: “Het dwingt je als begeleider om de opdracht goed en helder uit te leggen, en dat komt het onderzoek alleen maar ten goede.”
Nuttige bijdrage aan onderzoek
De inzet van de groep, waar ook Jeroen op de Beek, Stach van der Zeeuw en Daniil Zorzos deel van uitmaakten, leidde uiteindelijk tot een publicatie. Daar is Sleijfer erg trots op. “Hoewel het project wat extra uren vergde, motiveerde het enorm dat onze resultaten daadwerkelijk bruikbaar waren. In een bachelorproject werk je vaak voor je eigen leerervaring, maar deze projecten waren zo opgezet dat ze ook daadwerkelijk een nuttige bijdrage leverden aan lopend onderzoek.”
Een publicatie op je naam hebben nog vóór de start van je master is iets wat maar weinig studenten kunnen zeggen. Inmiddels volgt Sleijfer de joint master Computer Simulations for Science and Engineering, terwijl het model van zijn groep regelmatig wordt gebruikt in de onderzoeksgroep van Vlugt: “We overwegen nu om het model uit te breiden naar andere grootheden. Misschien is dat weer een mooie uitdaging voor een nieuw team studenten.”