Een overzicht van Philip de Goey

In een van de internationale workshops over aerosolverbranding in het kader van ESA project Perwaves* raakte ik geïntrigeerd door het onderwerp van energieopslag in Metal Fuels, dat wil zeggen de verbranding en regeneratie van metaalpoeders dat wil zeggen van de verbranding en regeneratie van metaalpoeders om energie vrij te maken en op te slaan. Dit was begin 2015. Diepgaande discussies binnen het Perwaves team overtuigden mij van het potentieel en het besluit om een nieuwe onderzoekslijn te starten aan de TU/e over dit onderwerp vanuit het niets. Sinds de tijd dat ik met mijn auto naar huis reed vanuit ESA (Noordwijk), waar ik de beslissing nam om mijn laatste 'gig' te beginnen, is er veel gebeurd.

Onrealistische droom?

Het leek een onrealistische droom op dat moment, dus de eerste paar jaar waren moeilijk. Het starten van zo'n nieuwe ontwikkeling is een uitdaging, omdat het de eerste jaren erg moeilijk is om de benodigde financiering en partijen in Nederland en Europa bij elkaar te krijgen. Maar we hielden vol. We bleven overtuigd van de mogelijkheden en dat we in staat zouden kunnen zijn om een grote Metal Power gemeenschap van samenwerkende mensen uit de academische wereld, de industrie en overheden te creëren. De 'technology push' verandert langzaam in een 'market pull-trend' vanwege het inmiddels bewezen potentieel en de toegenomen zichtbaarheid.

In dit korte document zet ik de belangrijkste stappen op een rij die zijn genomen om tot dit punt te komen. Door een tijdlijn te creëren en de belangrijkste (strategische) stappen te bespreken die nodig waren om te komen waar we nu zijn. Toch zijn we helemaal niet waar ik zou willen zijn, maar door te werken in een steeds sterker en groter team, wordt het steeds leuker, maar ook moeilijker .....

Tijdlijn

2015

• Besluit om Metal Fuel Research line @ TU/e(May 2015) te starten
• Ideeën delen binnen afdeling Werktuigbouwkunde @ TU/e
• Samenwerking met Goroshin/Bergthorson (McGill) om focus te brengen op TU/e-onderzoek (december 2015: invitatie om naar de TU/e te komen om te discussiëren en meer te weten te komen over metaalverbranding)
• Besluit: focus op verbranding van ijzerbrandstof en reductie
• Besluit: focus op het verbinden van fundamenteel onderzoek met valorisatie en scale-up naar grotere schalen, om zich te kunnen onderscheiden van anderen (Bochum/Siemens, Orleans/PSA)
• Visiedocument voor de ontwikkeling van het Metalot innovatiecentrum en campus over circulair gebruik van metalen en energie samen met Jan Vlassak wordt omarmd door partners
• Oprichter van Metalot innovation center (M3C) samen met Jan Vlassak
• Belangrijkste idee was om een sterke band te leggen tussen de TU/e en Metalot om een symbiose te creëren tussen fundamenteel onderzoek en meer praktische technologische ontwikkeling om de technologie op de markt te brengen (>TRL3) @ Metalot

​2016

• Start samenwerking van TU/e en Metalot; oprichters zijn Nyrstar, Provincie Noord-Brabant, gemeente Cranendonck en TU/e. Metaalverbranding en reductie in combinatie met metalurgie en metaalrecycling zijn hoofdthema's; vele andere gerelateerde onderwerpen worden besproken en gesprekken met vele partijen worden gestart
• Eerste experimenten op metaalbrandstoffen starten @ TU/e door Yuriy Shoshin, TU/e expert op het gebied van metaalverbranding
• Workshop over metaalbrandstoffen @ TU/e met veel academische (incl. McGill) en industriële partijen om ideeën uit te wisselen en een eerste consortium op te zetten (incl. TaTa, Shell, PSA, Siemens), zeer succussful (feb. 2016).
  Conclusie: maak grote consortiumprojecten om financiering te krijgen voor circulair gebruik van metalen en energie
• MRE subsidie (Team Energy @ TU/e, Metalot en Nyrstar) toegekend om wat financiering te krijgen voor de eerste kleine stappen (50 K euro)
• Drie kleine SER-projecten met Flowid, Romico, Nyrstar/Metalot en PI om wat meer financiering te krijgen (30 k euro)
• Ideeën delen met Innovation Lab: Mark Cox wil een TU/e honors studententeam ondersteunen, eerste drie studenten starten team SOLID

​2017

• Verschillende voorstellen worden door ons ingediend onder mijn leiding, maar ze worden allemaal niet toegekend:
  • EU SPIRE spinning-disc elektrolyse met TU/e Chemistry Department
  • EU MezeCapo met veel partijen uit EU-landen
  • Large MetalCycles NWO perspectief is ontwikkeld door mij ondersteund door dr. Martin Timmer (4,5 M euro met 1,5 M euro bijdrage van vele partijen, o.a. TaTa, Nyrstar, PSA, Siemens)
• SOLID groeit naar elf studenten, eerste metalen brandstof vlammen worden gemaakt zonder ondersteunend gas, samen met MSc studenten en Yuriy Shoshin; SOLID is onafhankelijk studententeam, maar een sterke samenwerking is voorzien om krachten te bundelen
• Ontwikkeling van Metalot wordt sterk en leidend. Contacten met veel bedrijven en andere partijen worden gelegd; Provincie Noord-Brabant financiert Metalot (100 k euro) en kwartiermaker (Wybe Thysse) wordt benoemd om campus en innovatiecentrum verder te ontwikkelen
• Maandelijks Metalot Meets worden gestart over onderwerpen met betrekking tot energie-opslag en metaal recycling, elke keer ongeveer 30-40 deelnemers uit de industrie / academische wereld
• Tweewekelijkse Metal Meets start op vrijdagochtend @ TU/e ME afdeling om ideeën uit te wisselen en elkaar te stimuleren

2018

• Verschillende voorstellen worden ingediend en worden allemaal niet toegekend, maar ik ben niet gestopt en geloof dat we zeer goede ideeën hadden, bijvoorbeeld:  
  • EU MezeCapo opnieuw ingediend bij vele partijen, niet verleend
  • Large MetalCycles  NWO perspectief (4,5 M euro met 1,5 M euro bijdrage van vele partijen, o.a. TaTa, Nyrstar, PSA, Siemens), niet toegekend
  • NWO TTW Metal2Power Heatflux (800 k euro), niet toegekend

Veel andere ideeën worden samen met veel verschillende partijen onderzocht:

• Het voorstel van MetalCycles werd beschouwd als de basis voor het Metalot innovatieprogramma; omdat dit niet werd verleend, was de provincie ervan overtuigd om de meer toegepaste onderdelen van het MetalCycles-programma met betrekking tot het Metalot-initiatief te ondersteunen en wordt het Lighthouse Metal Power-project ingediend.
• Om een grotere en multidisciplinaire TU/e-gemeenschap te creëren, hebben prof. Hensen en ik de basis gelegd van het eerste multidisciplinaire TU/e-instituut EIRES op energieopslag met metalen brandstoffen als een van de belangrijkste thema's
• De Nederlandse overheid ondersteunt techniek sectorplannen (die ik heb geleid) om de kwaliteit van het onderzoek te verbeteren
• SOLID groeit naar 25 studenten, het aantal MSc studenten tot vier, één promovendus op metal fuels met CSC scolarship (Daoguan Ning)
• Metalot-oprichters besluiten Metalot minstens vier jaar te ondersteunen met 300 k euro per jaar om zich verder te ontwikkelen
• Metalot, EIRES @ TU/e en metal fuel projecten moeten samen ontwikkelen, met support door SOLID en vele andere partijen

2019

• Hoewel de belangrijkste ideeën zeer goed werden geaccepteerd door bedrijven en financieringsorganisaties, ontbrak de financiering van projecten begin 2019 nog grotendeels.
• Verschillende voorstellen werden (opnieuw) ingediend en dit keer met succes!
  • NWO TTW Metal2Power Heatflux (800 k euro) werd opnieuw ingediend, op de eerste plaats gerangschikt door recensenten en toegekend; twee nieuwe promovendi (Mark Hulsbos en Aravind Ravi) begonnen met experimenten en modellering van vlammen op het gebied van metaalbrandstof
  • Lighthouse Metal Power (2.4  M euro met TU/e, Metalot, Nyrstar, EMGroup, Uniper, Heat Power, Romico, Enpuls en SOLID) wordt toegekend door provincie en wordt  gestart
  • MIIP-project met maritieme sector om mogelijke toepassing in de scheepvaart te bestuderen, wordt toegekend en uitgevoerd
  • IFUEL was niet succesvol
• Tim Spee, een van mijn oud-afgestudeerden, begint als projectcoördinator van de toegepaste valorisatieprojecten (Lighthouse Metal Power en MIIP en later meer)
• De ontwikkelings- en bouwfase van MP100, het 100 KW metaalbrandstofsysteem gefinancierd door Lighthouse Metal Power projec, is gestart
• EIRES @ TU/e ontwikkelt zich langzaam en is op zoek naar wetenschappelijke/algemene directeuren
• De Nederlandse overheid ondersteunt technieksectorplannen om de kwaliteit van het onderzoek te verbeteren; als vertegenwoordiger van de TU/e ben ik erin geslaagd om drie open professorposities te creëren over metaalbrandstofgerelateerde onderwerpen; eerste positie wordt ingevuld door Giulia Finotello; startpakketten met 1-2 promovendi voor elke nieuwe hoogleraar worden gefinancierd vanuit het EIRES instituut  
• SOLID groeit naar 35 studenten, PR machine wordt opgestart, voornamelijk door SOLID.
• Gesprekken met veel partijen die geïnteresseerd zijn in Metalot en metaalbrandstoffen worden uitgevoerd (incl. investeerders)
• Metalot komt in crisis ..... vanwege de stikstofcrisis in Nederland wordt door Nyrstar besloten de ontwikkeling van Metalot Site te stoppen. Innovatiecentrum Metalot gaat zelfstandig verder
• Metal Fuels zijn genoemd in een brief aan het parlement over de sluiting van de kolencentrales.

2020

• Metalot start Future Energy Lab (FEL) in Cranendonck & MP100 setup verhuist naar FEL.
• Nieuwe projectvoorstellen  worden ingediend en opnieuw zeer succesvol!    
  • Lighthouse Metal Energy Carrier project om een demonstratie te bouwen op de vermindering van ijzeroxiden tot ijzer  (1.4  M euro met TU/e, Metalot, Shell, EMGroup, Pometon en RISE) wordt toegekend door provincie en gestart
  • OP ZUID Living Lab Metal POWER (3.75 M euro met Metalot, TU/e, Veolia, Nyrstar, EMGroup, Uniper, Heat Power) wordt toegekend door Stimulus en Provincie en gestart
  • ERC advanced grant MetalFuel (2,5 M euro, persoonlijke beurs) wordt toegekend en is gestart met zes nieuwe studenten en vele andere academische medewerkers;
  • RVO TSE haalbaarheidsproject (280 K euro) krijgt opdracht om een proefproject te onderzoeken: 5 MW MP full cycle op stadsverwarming inb= Rotterdam met Uniper, Shell en anderen
  • E=MC2 studie naar de ontwikkeling van een MILD metaal brandstofbrander wordt gefinancierd door 4e laag geld (TU / e alumnus) en gestart

• Een zeer beperkt aantal projecten wordt niet toegekend: EU MSCORE, CLCO2
• EIRES @ TU/e wordt gelanceerd tijdens opening academisch  jaar met focus op metaalbrandstoffen
• SOLID draagt bij aan Lighthouse projecten Lighthouse  MP/MEC & OPZUID & RVO TSE
• Demo van MP100 door Metal Power consortium &  SOLID @ Swinkels/Bavaria om CO2-vrij bier te brouwen, zeer succesvol met enorme media-interesse (>60 nieuwsberichten)

Op dit moment is meer dan 10 miljoen euro aan financiering uit verschillende bronnen verkregen om volgende stappen mogelijk te maken. Dit is een goede basis om volgende stappen te zetten in alle relevante terrotories.

• TU/e: naast drie nieuwe (assistent) hoogleraren (sectorplannen) en het groeiende studententeam SOLID die aan het onderwerp werken, onderzoeken twee PostDocs (Giel Ramaekers en Mohammadreza Baigmohammadi), meer dan tien promovendi en een wisselend aantal MSc- en BSc-studenten de belangrijkste wetenschappelijke elementen binnen het thema Metal Fuel, om de fundamentele fysische en chemische processen te begrijpen. Op een fundamenteel niveau beginnen we langzaam te begrijpen hoe de metal fuel vlammen branden en zich voortplanten. We zijn begonnen met het ontwikkelen van eerste modellen en modelbranders. Naast dit basisonderzoek uitgevoerd onder mijn supervisie werken er nog veel meer studenten op onze afdeling, o.a. gecoacht door Niels Deen, Jeroen van Oijen en Yuriy Shoshin.
• EIRES: onderzoek naar metal fuel is de basis van een van de belangrijkste EIRES-pijlers, waar Niels Deen momenteel een van de senior wetenschappers is. In mijn ogen is EIRES de vruchtbare omgeving waar dieper en multidisciplinair onderzoek naar het metal fuel thema kan worden uitgevoerd.
• Metalot: EIRES en TU/e worden steeds meer verbonden met Metalot, dat centraal staat op het punt waar applicatiegedreven onderzoek en ontwikkeling samenkomen. Metalot is momenteel klaar om te worden omgevormd tot een organisatie die het volledige ecosysteem op metaalbrandstoffen huisvest, waar nieuwe projecten en teams worden gevormd, waar IP geconcentreerd is en waar de samengevoegde stappen dichter en dichter bij de markt zullen worden gezet.
• Startup RIFT: voormalig SOLID studenten proberen door te gaan met de ontwikkeling van de metaalbrandstoftechnologie als onderdeel van een startup
• Industrie/overheden: samen met vele betrokken mensen van overheden en uit de industrie zullen verdere technische ontwikkelingen, verdere marktpenetratie en ecosysteemontwikkeling mogelijk worden gemaakt in de komende jaren van 'my final gig'.

Met dank aan veel mensen die dit proces samen met mij doorlopen, om er een paar te noemen (de belangrijkste):

• Niels, Tim, Jeroen, Yuriy van DE TU/e
• Mark, Richard en Emiel van EIRES
• Jan, Fränk, Piet-Jan en Steef van Metalot
• Moamer, Nicole, Wybe, Eric uit de provincie NB
• Frans, Danielle, Joris van de gemeente Cranendonck
• Alle studenten van team SOLID & RIFT
• Mike, Aris en vele anderen van de vele bedrijven
• Sam en Jeff van McGill

ESA project Perwaves

Toelichting ESA Project Perwaves

1)
Ik fungeer als budgetverantwoordelijke wetenschapper van het Technisch Team Dust Combustion (Perwaves project) binnen het internationale Physical Sciences Team van ESA-ESTEC sinds ongeveer 2010. Verschillende sonderende raketten zijn in de loop der jaren gelanceerd om de vlamfronten van perculatiegolven te bestuderen die zich voortplanten in wolken van deeltjes in een omgeving zonder zwaartekracht. In november 2019 werd vanuit Zweden de laatste TEXUS-56 sonderende raket gelanceerd. Tot nu toe zijn er experimenten gepubliceerd, met een overzicht in Acta Astronautica in dec. 2020.

2)
Palecka, Goroshin, Higgins, Shoshin, de Goey, Angillella, Oltmann, Stein, Schmitz, Vega, Vincent-Bonnieu, Sillekens & Bergthorson, Percolating Reaction–Diffusion Waves (PERWAVES)—Sounding rocket combustion experiments, Acta Astronautica 177, p 639-651 (2020)

3)
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2020/09/Making_Per_waves