PURECOOL is hot: opkomst van nieuwe generatie koelsystemen

MRI-scanners, quantumcomputers, waterstofopslag en chips van de toekomst functioneren goed bij extreem lage temperaturen. Afkoelen kost veel energie. Dat kan anders, vinden de onderzoekers van PURECOOL; een nieuw nationaal wetenschappelijk onderzoeksprogramma waarin kennisinstellingen en bedrijven samenwerken aan slimmere, duurzamere en efficiëntere cryogene technologie.

Het ontwikkelen van een nieuwe generatie koelsystemen krijgt veel waardering. PURECOOL eindigde als nummer één in de NWO Perspectief-ronde 2024-2025 en ontving daarmee de hoogste financiering. De Haagse Hogeschool maakt deel uit van het consortium, samen met onder meer de Universiteit Twente, TU Eindhoven, Universiteit Leiden, ASML, Thermo Fisher Scientific en Leiden Cryogenics.

Slimmer en energiezuiniger maken

Cryogene techniek draait om het bereiken van extreem lage temperaturen. Jarenlang lag de nadruk vooral op prestaties: hoe koud kun je gaan en hoeveel koelvermogen kun je leveren? Energieverbruik speelde daarbij vaak een ondergeschikte rol. “Nu de technologie in de samenleving steeds vaker wordt toegepast en de gevolgen voor het milieu groot zijn, is het hoog tijd voor een volgende stap”, zegt Lodewijk Arntzen, projectleider van het lectoraat Smart Sensor Systems. “De komende vijf jaar werken onderzoekers, studenten en bedrijven samen om cryogene systemen slimmer en energiezuiniger te maken.”

Energieverliezen terugdringen

Onderzoekers bestuderen onder meer hoe warmte zich gedraagt bij zeer lage temperaturen en hoe warmte tussen materialen beter overdraagbaar is. Die kennis wordt gebruikt om nieuwe koeltechnologieën te ontwikkelen die minder energie verbruiken, minder trillingen veroorzaken en eenvoudiger te onderhouden zijn. Volgens Lodewijk is daar veel winst te behalen. “Energieverbruik gaat vaak verloren in warmteoverdracht, kleppen en transportsystemen. Compactere en slimmer ontworpen systemen kunnen die verliezen aanzienlijk terugdringen.” 

Duurzame alternatieven

PURECOOL kijkt verder dan traditionele koelmethoden. Het consortium onderzoekt verschillende innovatieve technologieën die kunnen uitgroeien tot duurzame alternatieven. Zo wordt gewerkt aan magnetische koeling, waarbij speciale materialen warmte afvoeren onder invloed van een magnetisch veld. Bij elastocalorische koeling ontstaat koeling door materialen gecontroleerd uit te rekken en weer samen te drukken. Daarnaast wordt thermo-akoestische koeling onderzocht, waarbij geluidsgolven worden gebruikt om warmte te verplaatsen.

Van ziekenhuizen tot energietransport

De maatschappelijke impact van cryogene systemen reikt ver. In de zorg kunnen efficiëntere koelsystemen bijdragen aan betere MRI-scanners en cryo-elektronenmicroscopen. In de hightechindustrie spelen ze een cruciale rol bij quantumcomputers, cryo-elektronica en uiterst gevoelige detectoren. Ook de energietransitie profiteert mee. Zo is cryogene techniek essentieel voor het opslaan van vloeibare waterstof en voor supergeleidende kabels die grote hoeveelheden duurzame energie transporteren. “Als we waterstof op grote schaal willen inzetten als energiedrager, moeten we efficiënt kunnen koelen”, legt de projectleider uit. “Hetzelfde geldt voor nieuwe vormen van energietransport. Daar liggen enorme kansen.”

Nieuw cryogeen lab in Den Haag

De Haagse Hogeschool gaat binnen PURECOOL werken aan een zogenaamde cryocycler: een systeem dat snel kan schakelen tussen kamertemperatuur en temperaturen van ongeveer 20 Kelvin, oftewel min 253 graden Celsius. Om dat onderzoek mogelijk te maken wordt op de Haagse campus een cryogeen laboratorium ingericht. “We bouwen een compleet nieuw lab, waarmee we echt kunnen bijdragen aan internationaal toponderzoek”, vertelt Lodewijk enthousiast. “Een promovendus van De Haagse Hogeschool gaat aan het project werken. Eerst vanuit de Universiteit Leiden, later in het nieuwe Haagse laboratorium.” 

Investeren in de ingenieurs van morgen

PURECOOL staat niet op zichzelf. Het project sluit aan bij de grote investeringen die Nederland momenteel doet in sleuteltechnologieën zoals quantumtechnologie, fotonica, nanotechnologie en micro-elektronica. “Cryogenica raakt al die technologiegebieden”, zegt Lodewijk. “Studenten van onder meer Technische Natuurkunde, Applied Quantum Technology, Elektrotechniek, Werktuigbouwkunde en Mechatronica bereiden we daarom voor op een arbeidsmarkt waar de vraag naar cryogene kennis explosief groeit.” Precies daar ligt de uitdaging. Terwijl de vraag naar technisch talent groeit, blijft de instroom in technische opleidingen achter. Onderzoeksfaciliteiten en investeringen zijn daarom niet voldoende. Het aantrekken en opleiden van nieuw technisch talent is de sleutel tot succes.

Bouwen aan de toekomst

Het is belangrijk dat veelbelovende onderzoeksresultaten niet in het laboratorium blijven hangen, maar worden doorontwikkeld richting praktische toepassingen. PURECOOL kijkt daarom ook naar het verhogen van het zogenaamde Technology Readiness Level (TRL) van nieuwe technologieën. Doordat bedrijven actief deelnemen aan het consortium, vinden innovaties sneller hun weg naar de markt. Volgens de projectleider sluit dat perfect aan bij de Nederlandse cryogenica-traditie, die teruggaat tot de Nobelprijswinnaar voor Natuurkunde Heike Kamerlingh Onnes. “Nederland loopt al meer dan een eeuw voorop in cryogene technologie en wil koploper blijven. Behalve de koudste, willen we ook de slimste koelsystemen bouwen.”

Bekijk voor meer informatie de projectpagina: PURECOOL

Contact

• Lodewijk Arntzen, (lectoraat Smart Sensor Systems, Centre of Expertise Digital Operations & Finance)