Demcon kryoz uit Enschede en Cooll uit Hengelo en de Universiteit Twente ontvangen een subsidie om een geavanceerd koelsysteem te ontwikkelen voor de Einstein Telescope. Dit enorme observatorium voor zwaartekrachtsgolven wordt mogelijk 250 tot 300 meter onder het aardoppervlak gebouwd in het Nederlands-Belgisch-Duitse grensgebied om ongestoord te kunnen meten. Trillingsvrij koelen tot zeer lage temperaturen is nodig om de zeer zwakke signalen uit het heelal te kunnen detecteren. De drie partijen zetten hun fundamentele kennis en industriële expertise van trillingsvrij koelen in om de metingen van zwaartekrachtsgolven veel nauwkeuriger te maken. Ze ontvangen daarvoor over een periode van drie jaar 2,6 miljoen euro uit de R&D-regeling voor de Einstein Telescope, gefinancierd door het Nationaal Groeifonds.
Zwaartekrachtsgolven als gevolg van extreme gebeurtenissen in het heelal, zoals het samensmelten van twee zwarte gaten, werden voorspeld door de grote natuurkundige Albert Einstein. Een eeuw later, in 2015, werden ze voor het eerst waargenomen door twee Amerikaanse observatoria. In Europa wordt nu gewerkt aan een nieuwe, extreem gevoelige detector, de Einstein Telescope. Daarmee kunnen onderzoekers nog veel meer waarnemingen doen van ‘rimpelingen in het ruimte-tijdweefsel’. Zo willen ze het geboorteproces van zwarte gaten beter leren begrijpen en meer inzicht krijgen in de aard van het heelal direct na de oerknal. Ook kunnen ze met de nieuwe ondergrondse ‘telescoop’ voorspellingen van Einsteins relativiteitstheorie nog beter testen.
Om innovatie en versnelde ontwikkeling van nieuwe technologieën voor de Einstein Telescope te stimuleren is in het najaar van 2023 het ET valorisatieprogramma van start gegaan. Onderdeel van dit programma is een R&D-regeling voor hightech bedrijven.
Twents onderzoek aan trillingsvrij koelen
Aan de Universiteit Twente (UT) in Enschede vindt al twintig jaar onderzoek plaats aan trillingsvrij koelen op basis van een sorptietechnologie die werkt met actieve kool. Dat gebeurt in de vakgroep Energy, Materials & Systems (EMS) onder leiding van professor Marcel ter Brake. Demcon kryoz uit Enschede heeft op basis van het koelprincipe een prototype cryogene microkoeler uit de vakgroep doorontwikkeld tot een product. Cooll uit Hengelo (Ov) werkt juist aan het omgekeerde proces, verwarming op basis van dezelfde technologie. Het bedrijf heeft daarnaast een fabriek ingericht voor de productie van de actieve kool. Zo bestrijken de drie Twentse partijen de complete keten voor trillingsvrij koelen: fundamenteel onderzoek, apparatuur- en procesontwikkeling en productie van het compressormateriaal.
Drietrapskoelsysteem
Voor de Einstein Telescope hebben de drie partijen vorig jaar de handen ineengeslagen toen de eerste call van de R&D-regeling werd opengesteld. Onlangs werd bekend dat hun voorstel is gehonoreerd. Het Twentse consortium ontvangt voor een periode van drie jaar een bedrag van € 2,6 miljoen om de technologie geschikt te maken voor de Einstein Telescope. Daarvoor gaan ze een drietrapskoelsysteem ontwikkelen. Dat werkt met drie verschillende koelmiddelen, neon, waterstof en helium, om vanaf –195 °C (78K) (de temperatuur die wordt bereikt met vloeibare stikstof, waarmee het koelproces start) de laatste en lastigste stap naar –263 °C (10K) te zetten. Uiteindelijk gaan ze er drie exemplaren van bouwen, één voor onderzoek aan de UT in Enschede en twee voor de ETpathfinder, het R&D-lab voor zwaartekrachtsgolfdetectoren, in Maastricht.
Opschaling
Pieter Lerou, managing director van Demcon kryoz, was eindverantwoordelijke voor het voorstel: “Het principe voor trillingsvrij koelen is bekend en wij hebben het werkend gemaakt op industriële schaal. Maar dat was met een microkoeler, terwijl de koelers voor de Einstein Telescope met een immense compressor en een veel hoger vermogen werken. Voor deze opschaling is nog veel fundamenteel onderzoek nodig. We gebruiken daarvoor onze kennis van cryogene technologie en onze ervaring met het ontwerpen, modelleren en bouwen van hightech koelsystemen. Daarnaast brengen wij onze expertise van systems engineering in. We zorgen dat alle kennis en expertise en alle benodigde componenten bijeenkomen en dat als eindresultaat een betrouwbaar werkend systeem volgens planning en binnen budget wordt opgeleverd. Dat is zeker nodig, want met de uitkomst van ons project dragen we bij aan het bidbook voor de Nederlands-Belgisch-Duitse locatie van de Einstein Telescope.”
Universiteit Twente (UT)
“Voor de UT, en de vakgroep EMS in het bijzonder, is dit een fantastisch project”, vertelt universitair docent Michiel van Limbeek. “We richten ons in onze projecten op de ontwikkeling van technologie voor concrete toepassingen. Voor ons liggen die vaak op het vlak van de energie en duurzaamheid, maar ook op het vlak van Big Science met projecten voor CERN, ESA en heel concreet ook voor de Einstein Telescope. Een ambitieus project waarin technologie waar we al lange tijd aan gewerkt hebben nu daadwerkelijk toegepast gaat worden. Het brengt de technologie weer een stap verder richting bredere toepassingen in de markt waar gevraagd wordt om trillingsvrij koelen.”
Hoogwaardige actieve kool
Johannes Burger, oprichter van Cooll: “Voor woningverwarming heeft Cooll een thermisch aangedreven warmtepomp ontwikkeld die werkt met hoogwaardige actieve kool. Deze technologie zorgt, vergeleken met een HR-ketel, voor een besparing van 30-40% op het (groen) gasverbruik van woningen. Onze technologie is een directe spin-off van de ontwikkeling van trillingsvrije cryogene sorptiekoelers aan de UT; twintig jaar geleden stonden we zelf mede aan de basis hiervan. De ontdekking van een actieve koolsoort met zeer hoogwaardige eigenschappen maakte beide toepassingen mogelijk. Cooll heeft dit materiaal de afgelopen jaren samen met een Amerikaanse partner doorontwikkeld voor gebruik in onze warmtepomptechnologie en geschikt gemaakt voor productie. We zijn blij dat we als nieuwe spin-off van onze ontwikkeling de eenheidscellen voor de trillingsvrije compressor mogen leveren. Daarmee is de cirkel rond. Ook stellen we graag onze kennis van de compressortechnologie beschikbaar voor het project.”
Link magazine december/januari 2023/2024: Vertrouwen in de keten, niet alleen voor relaties tussen bedrijven; ook tussen afdelingen binnen een organisaties. Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
Mijlpaal
Programmamanager Jorg van der Meij (LIOF, namens de Nederlandse Regionale Ontwikkelings Maatschappijen): “Vandaag vieren we een mijlpaal in het Einstein Telescope valorisatieprogramma, waar een consortium van visionaire bedrijven en een toonaangevende kennisinstelling de eerste R&D-subsidie heeft ontvangen. Hun innovatieve plannen rondom trillingsvrij koelen versterken niet alleen de kandidatuur voor de Einstein Telescope maar zijn ook veelbelovend voor andere sectoren en toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan de luchtvaarttechniek of de semiconductor industrie. Trillingsvrij koelen zal ook bij elektrisch vliegen belangrijk worden.”
Nederlands-Belgisch-Duits initiatief
De Einstein Telescope moet onderdeel worden van de grote Europese onderzoeksinfrastructuur. Er zijn nu twee concurrerende initiatieven voor een ondergrondse locatie. Naast Sardinië is dat het grensgebied van Nederland, België en Duitsland. Dat is geschikt voor een ondergronds observatorium omdat de zachte bovengrond trillingen door menselijke activiteit aan het oppervlak tegenhoudt, zodat de metingen niet worden verstoord. In 2025/2026 wordt besloten waar de Einstein Telescope komt en rond 2030 moet de bouw starten. Een groot aantal universiteiten en wetenschappelijke instellingen uit Nederland, België en Duitsland werkt nu aan een gezamenlijke kandidatuur.
Demcon kryoz, onderdeel van de Demcon group, in Enschede ontwikkelt geavanceerde oplossingen voor het efficiënte koelen of verwarmen van hightech systemen. Toepassingen liggen op het gebied van wetenschappelijk instrumentatie, materiaalonderzoek, telecommunicatie en medische diagnostiek. De expertise reikt van cryogene tot extreem hoge temperaturen. Demcon kryoz beschikt daarvoor over specifieke fysische kennis, uitgebreide ervaring met modelvorming, testopstellingen en eigen producten, zoals cryogene microkoelers.
Cooll in Hengelo (Ov) ontwikkelt duurzame verwarming en koeling op basis van adsorptietechnologie. Het hart van de technologie is actieve kool. Cooll heeft daarvoor samen met een Amerikaanse partner de productietechnologie ontwikkeld en er in Nederland een fabriek voor ingericht. Voor woningverwarming bouwt het bedrijf nu warmtepompen die werken met actieve kool in de warmte-aangedreven adsorptiecompressor.
De Universiteit Twente in Enschede (12.500 studenten, 3.900 medewerkers) is een ‘smart living lab’ waar studenten en medewerkers zorgen voor baanbrekend onderzoek, verrassende innovaties en inspirerend onderwijs. De groep Energy, Materials & Systems (EMS) van de Faculteit Technische Natuurwetenschappen doet onderzoek aan supergeleiding en cryogene technologie. Toepassingen liggen op het gebied van duurzame energie (onder meer kernfusie en hoogvermogen elektriciteitstransport) en wetenschappelijk onderzoek. EMS draagt onder meer bij aan CERN (elementaire deeltjes), ESA (ruimtevaart) en de Einstein Telescope (zwaartekrachtsgolven).
