Chemisch technoloog Maaike Kroon verblijft inmiddels ruim drie jaar in Abu Dhabi. Ze vertelt over de verhuizing, de opzet van nieuwe labs en onderwijs, en haar onderzoek aan scheidingsmethodes met deep eutectic solvents. ‘Het maakt niet uit of je scheidingstechnologie toepast op het ene of het andere vraagstuk.’

Maaike Kroon (38) werd in 2011 hoogleraar scheidingstechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven en was toen met dertig jaar de jongste vrouwelijke hoogleraar van Nederland. Die aanstelling volgde op een succesvolle opleiding en snelle promotie op een scheidingstechnologie die ionische vloeistoffen combineert met superkritische koolstofdioxide. Dat resulteerde in een nieuwe synthese plus scheidingsmethode die met veel lager verbruik van oplosmiddelen en katalysatoren bouwstenen voor medicijnen kan maken.

Nog geen vijf jaar later, in 2015, vertrok ze met man en twee kleine kinderen naar de Khalifa University of Science and Techno­logy in Abu Dhabi, Verenigde Arabische Emiraten. Het kwam voor velen als een grote verrassing en het kwam haar ook op kritiek te staan, maar Kroon stond achter haar onconventionele keuze: ze hoefde zich in Abu Dhabi niet meer druk te maken over schaarse financiering en kreeg de vrije hand om onderzoek en onderwijs vanaf de grond af op te bouwen. Bovenop die vrijheid kwamen huisvesting en arbeidsvoorwaarden die horen bij een welvarende oliestaat.

Haar onderzoek draait nog steeds om scheidingstechnologie, maar ze richt zich nu meer op petrochemie en waterzuivering. Ook is ze verder gegaan met onderzoek aan scheidings-methodes met deep eutectic solvents (DESs), een klasse oplosmiddelen waarmee ze in Eindhoven pionierde. DESs hebben veel eigenschappen gemeen met ionic liquids, maar ze zijn vaak goedkoper en soms samengesteld uit alledaagse stoffen als ureum en choline.

 

‘Het begint met kwantumchemische berekeningen aan duizenden kandidaat-moleculen’

Ionische vloeistoffen bestaan uit een kation en anion, terwijl een DES een mengsel is van een waterstofbrugdonor en een waterstofbrugacceptor. Die zijn vast bij kamertemperatuur, maar vloeibaar bij menging. ‘Daar hoeft niet per se een zout in te zitten’, legt Kroon uit, ‘maar vaak dient het zout cholinechloride wel als de acceptor, en meng je het met een andere stof zoals etheenglycol, ureum of een suiker.’

Kroon ziet op dit moment meer toekomst in deep eutectic solvents dan in ionic liquids. ‘Ionic liquids werken wel, en er zijn wel specifieke toepassingen gekomen, maar de prijs is vaak te hoog voor grootschalige processen. Veel deep eutectic solvents kunnen we maken tegen veel lagere kosten. Als je dan dezelfde prestaties kunt bereiken, dan is dat beter voor de uiteindelijke toepassing. We proberen ook DESs te vinden die vloeibaar zijn bij een lage temperatuur, rond de 50 °C. Dat levert gunstige procescondities die minder energie vragen.’

 

Je recente publicaties gaan over ontzwavelen van diesel. Is dat het gevolg van je verhuizing naar een aardolieregio?

‘Met de overstap naar Abu Dhabi krijg je andere sponsoring van onderzoek, in dit geval de nationale oliemaatschappij. In Eindhoven werkte ik aan papier en bioraffinage, hier ligt mijn focus op opschonen van aardolieproducten, zoals zwavel uit diesel, maar ook op ontzilting en afvalwaterbehandeling. Ik vind het prima; het maakt niet uit op welk vraagstuk je scheidingstechnologie toepast, het blijven dezelfde wetenschappelijke vragen.’

 

Moet ontzwavelen van diesel met deep eutectic solvents een ander proces gaan vervangen?

‘Verhitting met waterstof is momenteel de standaardtechnologie om zwavel- en stikstofhoudende aromatische verbindingen te verwijderen. Dat is nodig om emissies van zwaveldioxide en stikstofoxides tegen te gaan. Bij dat ontzwavelingsproces ontstaan waterstofsulfide en ammoniak. Waterstof­sulfide is extreem giftig, dus dat wil je liever vermijden. Er zijn wel andere scheidingsmethodes om te ontzwavelen, maar met name dibenzothiofenen gaan er lastig uit, en voor grondige ontzwaveling is dat wel nodig. Daarom gebruik je hoge drukken en temperaturen om dat met waterstof voor elkaar te krijgen. Er is dus grote belangstelling voor scheidingstechnologie die deep desulfurization kan doen, maar dan heb je zeer hoge selectiviteit nodig om die lastige zwavelverbindingen eruit te halen.’

 

Zwavel en stikstof kunnen in tientallen verschillende verbindingen zitten. Hoe ga je dan op zoek naar een oplosmiddel dat ze er allemaal uit kan vissen?

‘Dat begint op de computer, met kwantum­chemische berekeningen aan vele duizenden kandidaat-moleculen. Degene die daaruit als veelbelovend naar voren komen, gaan we in het lab uitproberen. We testen kandidaat-oplosmiddelen met de zwavelverbinding die het moeilijkst is te extraheren uit diesel, in ons geval is dat 4,6-di­methyldibenzothiofeen. Als het lukt om die eruit te halen, weten we dat we alle andere zwavelverbindingen ook kunnen vangen.’

 

Maar je moet die zwavelverbindingen naderhand wel weer van je oplosmiddel kunnen scheiden.

‘Daarom is een adsorbens of een deep eutectic solvent op een vaste drager vaak beter dan een vloeistofextractie, omdat je dan sneller kunt hergebruiken. Maar scheidingstechnologie gaat altijd tegen de entropie in, dus bij regeneratie moet je er energie in stoppen. Het is dus een trade-off van eigenschappen. Als een adsorbens een zwavelverbinding heel goed bindt, krijg je het er bijna niet meer af, en dan is je regeneratie niet kostenefficiënt. Selecteren op de allerhoogste selectiviteit heeft dus ook zijn grens. Alleen als de absorberende stof heel goedkoop is, zou je het eenmalig kunnen gebruiken. Dat gebeurt bijvoorbeeld in sommige processen met goedkope actieve kool.’

 

Hoe ver zijn jullie gevorderd met deep eutectic solvents? Zijn er al veelbelovende kandidaten?

‘We zijn nu zo ver dat TAKREER, onderdeel van het olieraffinagebedrijf van Abu Dhabi, belangstelling heeft om het uit te proberen in een pilotfabriek voor ontzwaveling van diesel. Ik kan de naam van de deep eutectic solvent niet noemen, maar in het algemeen kun je zeggen dat we mengsels gebruiken met stoffen die lijken op de zwavelverbindingen die we willen verwijden, dus aromaten met zwavel of stikstof. We zeggen in de scheidingstechnologie niet voor niets like dissolves like.’

 

Tegelijkertijd zoek je naar groene, goedkope, makkelijk af te breken oplosmiddelen.

‘Dat is wel het ideaal. Maar de solvents die we nu gebruiken in diesel zijn niet de meest duurzame of minst toxische in dat opzicht. Het zijn tenslotte aromatische verbindingen. Maar bij opzuivering van waterige stromen gebruik je wel meer natuurlijke verbindingen. Als je gezuiverd proces­water moet kunnen lozen, dan kies je andere stoffen.’

 

Waaraan moet ik denken bij zuiveren van waterige reststromen?

‘Er zijn veel fabrieken die stromen met aromatische onzuiverheden produceren die je niet mag lozen. Een van mijn promovendi is bezig met kankerverwekkende chloorfenolen afvangen uit de afvalstroom van een fabriek. Een van de opties is extraheren met een deep eutectic solvent of een ionic liquid. Ook daar gaat het om zeer lage concentraties chloorfenol in de orde van 100 ppm, wat verder omlaag moet naar 1 ppm. Vaak draait waterzuivering om een mengcultuur van bacteriën die de organische verbindingen afbreken. Maar chloorfenolen zijn giftig voor veel microbes, dus dat werkt niet goed. Dan kun je beter de afvalstroom leiden langs een adsorbens of een deep eutectic solvent op een drager.’

 

De aandacht die ionic liquids een jaar of tien geleden kregen, lijkt nu deep eutectic solvents ten deel te vallen.

‘Als je de literatuur bekijkt zie je dat DESs een hot topic beginnen te worden. Toen ik er in Eindhoven mee begon, was ik een van de eersten, en waren er een dozijn papers over DESs verschenen. Sindsdien hebben ze een vlucht genomen in verschillende chemische richtingen. Dit jaar is in Portugal een congres volledig gewijd aan deep eutectic solvents; het eerste in de geschiedenis. Onderzoekers denken er dus meer en meer over na en publiceren er meer over; ook het bedrijfsleven krijgt er steeds meer belangstelling voor.’

 

‘Voor mij en mijn gezin is dit een heerlijk leven’

 

Je werkt nu ruim drie jaar in Abu Dhabi. Hoe is die overstap bevallen?

‘Toen ik aankwam was het labgebouw net opgeleverd, zonder inrichting. Er staan nu heel mooie labs, ik heb de kans gekregen om die zelf op te zetten. Er was nog niet veel, en dan krijg je alle ruimte om keuzes te maken. Mijn werkzaamheden zijn daardoor echt anders geworden. In Nederland werk je in een bestaand universitair systeem, hier hebben we vorig jaar net het PhD-programma opgezet. Dan moet je nadenken over de invulling en organisatie. Alle vragen zijn nog onbeantwoord. Wat wordt het curriculum, wat voor onderwijs wil je de studenten geven?’

 

Jij bent met je man en twee kinderen verhuisd. Is dat een grote overgang?

‘Dat hangt denk ik af van je partner, en met mijn man ging het heel goed. Dat is wel vereiste nummer één: je gezin moet het ook willen. Inmiddels hebben we een Arabier in ons midden want ons derde kindje is hier geboren. In Nederland was het misschien bij twee kinderen gebleven, want we hadden er het geld, de tijd en de ruimte niet voor. Je werk en privéleven organiseren is hier gewoon makkelijker. Ik ga met de taxi naar de universiteit, ’s avonds ben ik altijd vrij en thuis. Het weer is aangenaam en we wonen in een mooi huis dicht bij het strand. Voor mij en mijn gezin is dit een heerlijk leven.’

 

Het klinkt juist alsof je het nu door alle managementtaken naast je onderzoek nog drukker hebt gekregen.

‘In Nederland had ik weinig managementtaken, maar was ik de helft van mijn tijd kwijt aan onderzoeksvoorstellen schrijven en geld binnenhalen. Financiering is hier gewoon geregeld, dus dan houd je tijd over. In Abu Dhabi ben ik veel meer strategisch bezig, zoals met labinrichting en opleidingen, terwijl je in Nederland vooral gericht bent op de overleving van je eigen onderzoeksgroep. Ik bouw hier eigenlijk een universiteit op. Dat is leuk en ik voel me daardoor waardevol.’

---

 

CV Maaike Kroon

• 2015-heden: hoogleraar Khalifa University, Verenigde Arabische Emiraten
• 2011-2015: hoogleraar scheidingstechnologie, Technische Universiteit Eindhoven
• 2010: visiting assistant professor, Stanford University
• 2009: KNCV-prijs voor het beste proefschrift in de periode 2006-2008
• 2007: postdoc, onderzoekscentrum MATGAS, UA Barcelona
• 2004-2006: promotie op reacties en scheidingen in ionische vloeistoffen en koolstofdioxide, Technische Universiteit Delft
• 2003-2005: honors track innovatiemanagement, TU Delft
• 1999-2004: studie chemische technologie, TU Delft