Mohammadreza Baigmohammadi

Voorbij de grenzen van elektra en waterstof 

De afvalstoffen die vrijkomen bij verbranding van conventionele brandstoffen zijn een belasting voor ons milieu. Daar is de wereld het inmiddels wel over eens.  Alternatieve energiebronnen en aandrijvingen winnen snel aan populariteit. Maar het voelt aan alsof de zoektocht naar alternatieve energie is blijven steken bij elektriciteit. Op zich een prima bron van energie, maar niet bepaald de heilige graal in de zoektocht naar antwoorden op de wereldwijde vraag naar energie. Aan efficiency laat elektra bijvoorbeeld nogal wat te wensen over. De verhouding tussen gewicht en de opbrengst is van de accu’s is matig, de productie ervan leunt op een aantal serieus vervuilende stoffen, elektra van zonnepanelen laat zich slecht opslaan en voor echt grote machines en transportmiddelen is aandrijving op basis van elektriciteit een stevige uitdaging. Om maar eens een understatement te gebruiken. Naast elektriciteit duikt ook de term ‘waterstof’ nog wel eens op als een efficiënter en minder vervuilend alternatief. Maar waterstof produceren is niet zonder risico’s en de verkrijgbaarheid is anno 2021 marginaal. Een aantal specialisten binnen de TU/e nam de taak op zich om met een onconventioneel alternatief te komen.  

Metal fuels 

Voor degenen die niet bekend zijn met het fenomeen zal deze kop klinken als de naam van een band die leunt op een stevige gitaarsectie en een zeer gemotiveerde drummer.  Maar het gaat over een serieus en veelbelovende vervanger van conventionele carbon-based brandstoffen: metalen deeltjes, geladen met energie, die deze energie op gecontroleerde wijze vrijgeven. De vrijgekomen energie leent zich uitstekend voor het aandrijven van allerlei vooral zwaardere motoren. De deeltjes worden na de verbranding opgevangen en opnieuw geladen, waardoor een volledig circulair proces ontstaat. We praten erover met Dr. Mohammadreza Baigmohammadi, postdoctoraal onderzoeker bij de Power&Flow groep, onder leiding van Professor Phillip de Goey. Deze groep richt zich op innovaties in ‘combustion (verbranding)’.  

Explosies en smeltpunten 

Metaalpoeder kan veel energie vasthouden. Niet voor niets is het al eeuwen een geliefd ingrediënt in explosieven en vuurwerk. Maar een explosie is een korte, heftige ontlading en dit onderzoek richt zich erop om die energie over langere tijd vrij te laten komen. En dat levert uitdagingen op, aldus Mohammadreza; “Om te beginnen moeten we de temperatuur beheersen. We willen de metaaldeeltjes dicht tegen het smeltpunt aan verwarmen. Als het te heet wordt, verdampen de deeltjes. Dan worden het nanodeeltjes en die zijn een stuk lastiger weer op te vangen. We willen de partikels heel houden. Dat is onze hoofdfocus” 

Niet allemaal tegelijk 

Zodra het poeder opwarmt, komt er energie vrij. En die ontlading kan er ook weer voor zorgen dat de temperatuur stijgt. Tot zover lijkt dat op de standaard verbranding van brandstoffen. Maar er is een groot verschil, zo legt Mohammadreza uit: “Conventionele brandstof is voorspelbaar in zijn gedrag. Alles ontbrandt tegelijk. Bij metaalpoeder brandt elk partikel op zichzelf. Maar de partikels reageren wel weer op elkaar. En dat zie je niet bij gewone brandstoffen.  

Schuiven en knoppen 

De oplossing schuilt volgens Mohammadreza in het beheersen van een aantal parameters. Hij noemt dat de schuiven en knoppen van het project. “Het zuurstofgehalte is er daar één van. Om de verbranding beheersbaar te houden, verlagen we dat gehalte. Maar minder zuurstof betekent ook weer minder verbranding. Dus zoeken we naar methoden om de brandstof voor te verwarmen. Zo is het al op redelijk op temperatuur als het de motor inkomt en hebben we minder zuurstof nodig om het proces op gang te houden. We zoeken naar manieren en systemen om de vlam beheersbaar te houden. “ 

De toekomst 

Het team heeft de belangrijkste parameters voor een veilige en toch voldoende heftige ontbranding inmiddels in kaart gebracht. “We boeken serieuze vooruitgang. Nu moeten we gaan uitvinden hoe die parameters samenwerken en hoe we ze kunnen toepassen op deze vorm van verbranding.” Aandrijving op basis van metaalpoeder is een methode die geschikt is voor bijv. energiecentrales. Voor gewone motoren in auto’s is het lastiger, aldus Mohammadreza: “De grootte van de motor is niet zo belangrijk. Maar de controle over de brandstof is cruciaal. Daarom zien we in de toekomst vooral toepassingen in externe motoren. Er komt een externe hitteafvoer bij kijken. Als we naar auto’s met externe motoren gaan, zien we kansen.”  

Binnen twee jaar verwacht Mohammadreza een werkende demo te hebben; een lab-prototype. “Dan kunnen we ook bedrijven iets laten zien tijdens een demonstratie. Dat is een stap om nieuwe investeringen te krijgen.” 

Alleen bij de TU/e: ook kijken naar recycling 

Volgens Mohammadreza richten veel andere universiteiten zich op het verbeteren van processen rond de vertrouwde pyrotechniek en explosies. “Wij doen het anders. De anderen zetten in op alleen verbranding. Wij op verbranding én recycling. Daar zijn we op de TU/e echt uniek in. Wij zijn echt een frontrunner op dit terrein. Op dit moment werken alleen de TU/e en de McCale University in Canada aan dit proces. Aan een echt nieuwe vorm van duurzame energie. Dat is niet altijd makkelijk, want soms stuit je op scepsis. Dan willen ze eerst bewijs zien. Er zijn wel bedrijven die er mee bezig zijn en daar praten we ook wel mee. Maar over het algemeen kijkt iedereen naar elkaar om te kijken wat er gebeurt. En in die context gaan wij juist pionieren.”  

Motivatie 

Een heel nieuw speelveld, scepsis uit de buitenwereld en weinig andere partijen om op te leunen. Er zijn voldoende onderzoekers die al bedanken voor mindere uitdagingen. Maar Mohammadreza haalt zijn energie en motivatie uit kleine, positieve signalen en het geloof dat technologie hoop biedt. “Dat en je moet gek zijn. Anders kijken naar bestaande systemen en problemen. Als je dat niet doet, ontdek je nooit iets nieuws. Als je als onderzoeker een beetje slim bent, weet je echt wel waar je moet gaan zoeken. Ja, het duurt lang en soms weet je niet waar je moet zoeken, maar je zet door. Omdat je erin gelooft. En misschien stuit je na lang graven inderdaad wel op een schat.”  

Waarom is het fonds belangrijk? 

“Als dat er niet was, was dit onderzoek er niet. Zo simpel is het. Het onderzoek van Phillip de Goey leunt erop. Het fonds steunt projecten die niet meteen prototypes of concrete resultaten opleveren. Die belangrijke projecten die soms juist de basis leggen voor grotere ontdekkingen. Grote bedrijven willen dat ook wel, maar wij hebben liever alle technologie en sleutelrollen zelf in handen. Dat levert zoveel meer technische kennis op. Die we dan vervolgens weer kunnen delen met andere partijen.” 

Dat is het hart van mijn werk. Je praat over iets nieuws. Het kan er simpel utzien. Kijk nar Elon Musk. Wat hij doet is niet nieuw. Maar hij doet het op een nieuwe manier. Een nieuw technologie biedt hoop. Je moet gek zijn. Anders ga je nooit iets ontdekken en uitzoeken. Misschien stuit je op een schat. Als je een slimme onderzoeker bent, weet je echt wel waar je gaat zoeken. We zien veel positieve signalen. Misschein dat sommige onderzoekers eerder afhaken. Toen ik begon wist ik dat we iets geks gingen doen maar dat viel weg na een maand of drie. Toen zagen we positieve signalen. Er zijn veel onderzoekers die gekke dingen doen. Soms weten we niet wat de iutkomst zal zijn. En het diuurt vaak lang. Binnen 4-5 jaar tijd hebben we iets veelbelovends. Op de TU/e zietten we diep in combustion en recycling. Hier combineren we die twee. Daar zijn wij uniek in.  

How do you handle setbacks? 

Ik probeer elke dag vooruit te kijken. We werken in het donker. Je weet niets, dus alles wat je ontdekt is winst. De kans is groot dat je pas achteraf het licht. In mijn vorige carrière werkte is als researcher en publiceerde veel papers. Ik miste ontdekken en experimenteren. Ik was altijd bezig met conventionele brandstoffen. Twee jaar geleden veranderde ik van mening. Ik zag geen enkele toekomst voor conventionele energie. Zonne-energie is er wel, maar het is niet constant. Je wilt ook een backup. Ik maakte voorstellen die werden afgewezen. Maar ik zette door en ontmoette iemand die er wel in wilde duiken. Ik vind het nu om nieuwe technieken te ontdekken. Niet wedden op 1 paard. We werken nu aan ijzer, maar dat kan een beginpunt zijn voor andere manieren om energie op te slaan in materialen.  

Binnen twee jaren kunnen we een werkende demo hebben. Dan kunnen we ook bedrijven iets laten zien. Een demonstratie. Het is dan nog wel een lab-prototype. Wel een manier om meer investeringen te krijgen. Ik doe dit nu voor een jaar. Ik hoop er nog een jaar aan vast te plakken.  

Steun ook de projecten van de helden van de toekomst. Doneer aan het Universiteitsfonds en laat uw naam vereeuwigen op een bijzonder kunstwerk.