Startup Dye-FF en Ozephius: Superkritisch CO2-procestechniek ondersteunt duurzame processen

Dye-FF is een engineering- en R&D-bedrijf, dat de technologie ontwikkelt waarmee superkritisch CO2 kan worden toegepast als duurzaam procesoplosmiddel. Samenwerking met klanten kan vele vormen aannemen: klantspecifieke productie van machines voor extractie en impregnering, commercieel onderzoek om een ​​klant in staat te stellen nieuwe producten te maken door impregnering of extractie met CO2, samenwerking in R&D en pilotprojecten, enzovoort. Om dat praktisch mogelijk te maken is er samenwerking gezocht met Ozephius B.V., toeleverancier van vele industriële producten van rvs, Duplex en aluminium, van drukvaten tot machines en apparaten.

Door Myriam Borghuis

CEO en oprichter van het in Pijnacker gevestigde Dye-FF is dr. ir. Martijn van der Kraan. Hij heeft scheikundige technologie gestudeerd en is daarna in Delft gepromoveerd met als onderwerp textiel verven in superkritisch CO2 (hierna verkort tot scCO2). Hierdoor kreeg hij uitgebreide kennis over scCO2-procestechniek. Als onderdeel van een van de toonaangevende ontwikkelaars van het waterloos verven van textiel in scCO2, heeft Martijn binnen dit vakgebied unieke opschalingskennis en vaardigheden verworven. Martijn: ‘Tijdens die promotie ben ik in contact gekomen met Jan Ozephius. Dit naar aanleiding van het bouwen van een pilotmachine door Ozephius Stainless B.V. Na de promotie heb ik bij verschillende bedrijven gewerkt, ook op gebied van  scCO2-technologie. Niet meer alleen textiel verven, maar ook het drogen van voeding, het sproeidrogen van voeding en het steriliseren hiervan. ScCO2 is een soort platformtechnologie, die breed inzetbaar is.


Dr. ir. Martijn van der Kraan, CEO en oprichter Dye-FF, zoekt groene oplossingen.
 

Synergie Dye-FF en Ozephius

‘In 2018 ben ik voor mezelf begonnen’, geeft Van der Kraan aan. ‘Toen zijn de contacten met Jan Ozephius weer aangehaald, omdat ik daar de nodige synergie zag. Ik heb veel kennis over scCO2 en bij Ozephius is veel praktische kennis van apparatuur, nodig om deze technologie te kunnen inzetten. Ozephius biedt ook de mogelijkheid om zo’n machine te bouwen. Die combinatie van vergaande kennis over scCO2 en een machinebouwer, die meer wil dan standaardproducten maken, is een Unique Selling Point. Een USP, die heeft geleid tot een sterke samenwerking. Mensen, die zich bezighouden met scCO2, zijn vaak wat academisch gericht.  Om de technologie meer tastbaar en inzichtelijk te maken, is het goed om ook de praktijkkant te kunnen aanbieden.

Jan Ozephius staat bekend als een atypische apparatenbouwer, een Willie Wortel die altijd op zoek is naar nieuwe uitdagingen: ‘Martijn doet het functionele ontwerp.
Dat is gebaseerd op kennis van scCO2. En wij doen het constructieve ontwerp. Wij zijn daar ook al mee bezig. We zijn een eigen testfaciliteit aan het bouwen. Zo kunnen wij klanten, die hierover een vraag hebben, bedienen met testmogelijkheden. Dat er interesse in is, merken we door over de technologie te praten. Dan komen er vanzelf vragen over deze procestechniek. Zoals laatst iemand die vroeg of je waardevolle stoffen uit sinaasappelschil kunt extraheren. Er zijn legio mogelijkheden. En wij bij Ozephius houden van nieuwe ontwikkelingen en zijn nieuwsgierig naar zinvolle toepassingen. Samen met Martijn wil ik die uitdaging aangaan. Wij zoeken naar partijen die een vraag hebben hierover. Martijn zoekt uit of dat scheikundig mogelijk is en wij kunnen daar een passend technisch antwoord bij zoeken.’

Extractie en impregnatie op een duurzame manier

Op zich is de scCO2-technologie niet nieuw. Zo wordt cafeïne geëxtraheerd uit koffiebonen en dat wordt weer toegevoegd aan bijvoorbeeld cola of paracetamol. Zie ook de voorbeelden in het kader.
Nieuwer is het toepassen van scCO2 bij textiel verven, het onderwerp van het promotieonderzoek van Martijn. ‘Dat bestond toen nog helemaal niet. Door de pilotmachine en verder onderzoek is er een commerciële samenwerking ontstaan. Inmiddels wordt dit proces toegepast in de eerste fabrieken in Azië. In totaal is er nog minder dan 1 procent van de textielmarkt met deze techniek bezig. Dus hier valt nog genoeg te ontwikkelen en verbeteren.’

Door scCO2-techniek toe te passen breng je een overgang in werking waardoor je kunt extraheren en impregneren. Jan: ‘Zie het als een transportmiddel. Een groot pluspunt van scCO2 toepassen is dat je geen water gebruikt. Het betreft een gesloten proces. Heel belangrijk in een omgeving waar anders vervuild water, bijvoorbeeld in geval van het verven van textiel in Azië, zo weer wordt teruggesluisd naar een rivier, waar een stuk verder tilapia wordt gekweekt, wat na zoveel tijd, met die vervuiling, weer in onze winkels ligt.’

Maar dat is slechts één voorbeeld. Ook op gebied van food zijn er meerdere kansen. Verder chemie, farmacie, enzovoort. Jan: ‘Deze techniek is zeker actueel en interessant, omdat de extractie van voedingsmiddelen zo groener kan plaatsvinden. Zonder het achterblijven van residuen in het product, die je anders weer in je lijf krijgt. Daarom verdient deze techniek meer aandacht en toepassing. En niet alleen voor impregnatie, maar ook voor extractie. Dat doe je milieutechnisch zo op een veel schonere manier. Dat is een mooi bericht voor de maatschappij en het milieu.’


Een typisch proces voor het verven van textiel m.b.v. superkritisch CO2.

Superkritisch CO2: Groener, veiliger, milder en duurzamer

Martijn: ‘ScCO2 kan de plaats innemen voor water in sommige processen. Of van organische oplosmiddelen. CO2 is zo een groen oplosmiddel. Daarbij komt dat die extracten ook veel zuiverder blijken te zijn dan geproduceerd met conventionele middelen.’ Gebruik je scCO2 om te sproeidrogen, bij medicijnen of voeding, dan is het voordeel dat je minder energie kwijt bent en dat het sproeien op lagere temperaturen, tot zo’n 35 graden, kan plaatsvinden. Zo wordt het proces ook weer groener en het is beter voor het product. Martijn: ‘De USP van scCO2 is dus: het is groener, veiliger, niet giftig, milder en duurzamer. Dat in tegenstelling tot de oudere technieken.’
Dat is de boodschap, die achter dit verhaal zit. Jan: ‘We kunnen zo wezenlijk bijdragen aan een gezonder product. Daar willen we naartoe. Door gebruik te maken van de academische kennis van Martijn op dit gebied en de vertaling van dit proces naar een apparaat, die Ozephius kan inbrengen. Wij richten een laboratorium in om vragen op dit gebied te kunnen uitzoeken.’

De voordelen van scCO2 op een rijtje:
- het vermijden van chemische oplosmiddelen;
- verwerking op lagere temperatuur;
- minder energieverbruik;
- doodt bacteriën en virussen.

Transportmiddel 4.0

We hebben het niet over de auto-industrie, maar over het transport van waardevolle inhoudsstoffen van en naar substraten (extracties resp. impregnaties), die nu nog niet op een groene manier tot stand komen.
Jan: ‘Een aantal voorbeelden zijn bekend, maar de techniek kan nog veel breder uitgerold worden. Dat is waar voor ons de uitdaging in zit. Wij willen vragen uit de markt krijgen en samen kijken we wat de mogelijkheden zijn.’
Martijn: ‘Om dat te kunnen doen heb je veel kennis nodig, maar ook de juiste apparatuur. En dan zit ik bij Ozephius goed. Hoogwaardige kennis van machines en een Willie Wortel-mentaliteit. Ga verder dan de veilige grens, blijf nieuwsgierig en investeer in mogelijke kansen, die leiden tot verbeteringen en een schoner milieu.’
De reden dat de technologie niet al veel breder wordt toegepast in de industrie is toch een zekere onbekendheid; het is allemaal vrij nieuw maar absoluut innovatief en zeer bruikbaar in een transitie naar schonere processen.


Het pand van Ozephius Stainless B.V. in Oud-Beijerland.
 

Van pilot naar nieuwe business

Met de pilot scCO2-machine van Ozephius zal naar oplossingen en verbeteringen worden gezocht binnen een richting waar vraag naar is. Als dat leidt tot een goed uitgewerkt concept, kan een volgende partij dat gaan vermarkten. Jan: ‘Dat kan een bedrijf zijn, dat dat concept overneemt, of wellicht een samenwerking, waar ieders sterkte bij elkaar komt. Dit is een technologie die nog redelijk in het begin van zijn economische levenscyclus zit. We willen hiermee een bedrijf opzetten dat echt op kennis is gebaseerd en waar wij een extra toekomst mee hebben.’

In november 2020 is de startup gestart. Martijn begeleidt het opstellen van een pilot-installatie, voor zowel extractie als impregnatie. Dat moet met een aantal maanden gereed zijn. Jan: ‘Wel een behoorlijke investering, maar zo kun je iets werkelijk laten zien, iets tastbaar maken, de proof of principle tonen. En zo wordt het inbrengen van een vraag ook laagdrempeliger. We beschikken dan al over de apparatuur en kunnen geïnteresseerden uitnodigen te komen kijken. En met onze kennis kunnen we, afhankelijk van de vraag, de machine op maat maken voor een klant. Daarvoor zijn wij niet aangewezen op een laboratorium of een andere partij, waaraan weer de nodige kosten zitten.’

‘Ozephius beschikt over een team van meedenkers, die graag een uitdaging aangaan en inventiever willen zijn dan de concullega’s. Nu zijn we de markt aan het onderzoeken. Waar zijn er vragen, waar kunnen we oplossingen voor bieden? In een tijd, waar groen en duurzaamheid – heel terecht - grote aandacht krijgen, kunnen wij wat betekenen.’

Martijn: ‘In dit artikel worden een aantal voorbeelden gegeven. Denk eens na in welke situatie deze techniek en dit proces kunnen bijdragen aan het groener en beter maken van uw product. Dat horen wij graag van u. Zo maken we de wereld weer wat beter.’


Caffeïne wordt uit koffiebonen geëxtraheerd met superkritisch CO2.


Kruiden kunnen worden gedroogd,  geëxtraheerd en gesteriliseerd met CO2.


Superkritische planten extracten zijn zuiverder.


Poeders kunnen worden gesproeidroogd bij kamertemperatuur.
 

Toepassingen van superkritisch CO2

Superkritische koolstofdioxide (CO2) is een milieuvriendelijk en niet-toxisch oplosmiddel dat op verschillende manieren gebruikt kan worden in de industrie, bijvoorbeeld om stoffen van elkaar te scheiden of op te lossen. Deze groene procestechnologie bespaart grondstoffen, water en energie. Martijn schetst een aantal mogelijkheden:

1. Extractie van natuurlijke producten: De meeste bekende en oudste toepassing van scCO2 is extractie van cafeïne uit koffiebonen. Waardepropositie van CO2 is hier: het vervangt organische oplosmiddelen die hier vroeger voor gebruikt werden. Je wilt natuurlijk liever geen restjes oplosmiddel (hoe weinig ook) in een voedingsmiddel zoals een koffieboon. Ook thee, rijst, hop en verschillende andere voedingsmiddelen worden soms commercieel met scCO2 geëxtraheerd. Extra voordeel van extractie met scCO2 is dat de extracten altijd zuiverder zijn dan die, welke met conventionele vloeibare oplosmiddelen worden gewonnen.
2. Sterilisatie van voedingsmiddelen: Dit wordt nog maar voor enkele voedingsmiddelen toegepast en dan alleen met lagedruk CO2. ScCO2 kan op veel meer voedingsmiddelen worden gebruikt. Hier liggen nog genoeg mogelijkheden. Waardepropositie t.o.v. conventionele technieken: geen straling nodig, geen steriliserende chemicaliën, geen hoge temperatuur. Deze waardepropositie geldt niet alleen voor voeding, maar ook voor bijvoorbeeld medische textiel of instrumenten.
3. Drogen van voedingsmiddelen: Dit kost minder energie dan vriesdrogen en geeft een betere, versere ‘bite’ van het product dan bij vriesdrogen. Deze methode is ook nog niet op grote schaal geïmplementeerd.
4. Sproeidrogen: Dit wordt ook nog bijna niet commercieel toegepast. Waardepropositie: Poeders (micro- en nanodeeltjes) kunnen worden gevormd bij lage temperatuur, in een beschermende atmosfeer, met een smallere deeltjesgrootte-verdeling dan bij conventioneel sproeien in hete lucht of stikstof.
5. Textiel verven: Mijn oude project waarop ik ben gepromoveerd. Dit is opgeschaald van lab tot grote commerciële machines (enkele duizenden liters) en de eerste machines zijn in de industrie geplaatst. De technologie begint nu langzaam door te dringen in andere fabrieken. Waardepropositie: geen watervervuiling in textielproductie (in plaats van water is scCO2 het medium). Tegelijkertijd kost het minder energie en het proces is sneller.
6. Chemische reacties: De eerste toepassingen zijn ook in de chemische industrie geïmplementeerd. ScCO2 neemt hier de plaats in van organische oplosmiddelen. Bijkomend voordeel hier is dat scCO2 makkelijk is te scheiden van reactanten en reactieproducten door eenvoudig druk af te laten (dan slaat alles neer). Dus er is minder scheidingsapparatuur nodig na de chemische synthesereactie.

 
www.dye-ff.com
www.ozephius.nl