Vloeibaar helium zuiveren en hergebruiken

Kan jij wereldwijd vloeibaar helium terugwinnen uit end-of-life MRI-scanners en die helium zuiveren en daarmee geschikt maken voor hergebruik?

Een aantal MRI-scanners van Philips bereiken de komende jaren hun “end-of-life” fase en worden dan buiten bedrijf gesteld. Daarbij worden de MRI-scanners geheel of gedeeltelijk gedemonteerd. Een van de cruciale componenten in de MRI-scanner die gedemonteerd wordt, is de supergeleider-magneet met bijbehorend koelsysteem. In deze challenge gaat het om dit koelsysteem.

Het koelsysteem maakt gebruik van helium. In de scanner zit een donut-vormig vat, waarin tot 1.600 liter vloeibaar helium kan worden opgeslagen dat gebruikt wordt voor de koeling van de supergeleider-magneet. Aan het einde van de levensduur en bij ontmanteling van de MRI-scanner zit er in dit vat nog 600 tot 800 liter vloeibaar helium. Dit helium wenst Philips af te tappen, te zuiveren en te verkopen voor hergebruik. Helium is als winbare grondstof een eindige grondstof. De verwachting is dat in 2035 – 2040 het einde van de mondiale voorraad in zicht is. Sinds enkele jaren is er steeds meer aandacht voor heliumschaarste en stijgen de prijzen van helium significant. Daarmee is het terugwinnen van helium niet alleen goed om schaarste terug te dringen, maar kan het ook economisch interessant zijn. Het willen terugwinnen van het vloeibare helium is onderdeel van het streven van Philips naar een circulaire supply chain. Het verwijderen van dit helium is geen probleem. Het werkt hetzelfde als het vullen van het systeem, maar dan in omgekeerde volgorde. Door een gas of lucht onder druk aan één zijde in het vat te pompen, wordt het vloeibare helium uit het vat verdreven, opgevangen en opgeslagen in speciale cilinders die geschikt zijn om het helium te transporteren. Het probleem is dat dit helium, na 15 tot 20 jaar te zijn gebruikt, is vervuild. Deze vervuiling bestaat voornamelijk uit bevroren lucht in de vorm van kristallen. Doordat deze waterkristallen in het vloeibar helium zitten, is er geen afnemer voor het helium te vinden. Afnemers willen alleen zuiver helium afnemen omdat dit makkelijk te verhandelen is. De challenge gaat dus over het zuiveren van de vervuilde vloeibare helium, tijdens het overhevelen van het vloeibare helium uit de opslagtank in de MRI-scanner naar transportflessen. Philips heeft momenteel al een actieve rol om MRI-scanners die vervangen worden via retour logistiekeprocessen voor hergebruik in te zetten. In de MRI-scannerfabriek in Best zijn installaties beschikbaar die gasvormig helium terugwinnen. Deze installaties zijn niet beschikbaar op de plekken waar wereldwijd systemen worden ontmanteld door Philips-engineers of subcontractors. Daardoor vervliegt het kostbare gasvormige helium van die systemen nu veelal naar de atmosfeer. De komende drie jaar staan er in ziekenhuizen wereldwijd zo’n 1.000 MRI-systemen op de planning om te worden vervangen. Ook daarna is er nog een grote markt. Er zijn nu vele duizenden scanners in gebruik, zodat er voldoende werk voor de komende twintig jaar te verwachten is. De nieuwste generatie MRI-scanners gebruikt weliswaar significant minder helium, maar er worden nog steeds MRI-scanners verkocht die 1.000 liter of meer helium bevatten. Daarnaast zijn er andere leveranciers van scanners die met hetzelfde vraagstuk zitten. Philips investeert in de ontwikkeling van groene technologieën en is voortdurend bezig om de milieueffecten van zijn activiteiten te verminderen en te zorgen voor gezonde ecosystemen.  

Waar zijn we naar op zoek?

Dit vraagstuk is een technische en logistieke uitdaging vanwege de wereldwijde, soms afgelegen locaties van de MRI-scanners. Het afvangen en zuiveren van het vloeibare helium, de tussentijdse opslag op minus 268 graden Celcius (5,1 graden Kelvin) en het afzetten voor hergebruik maken het complex. Helium purifiers bestaan grootschalig, het is de uitdaging om deze ook kleinschalig toepasbaar te krijgen. De voorkeur ligt bij een direct inzetbare mobiele oplossing om het helium te zuiveren bij het verwijderen als het uit de MRI komt. Het hele proces moet veilig zijn vanwege explosiegevaar (bij expansie van het helium), de extreem lage temperatuur en het vloeibare transport. Een dangerous goods compliance bij transport is noodzakelijk. Philips zoekt minimaal een kostenneutrale oplossing waarbij het milieuvoordeel voorop staat. De leverancier moet kennis hebben van de heliummarkt. De geboden oplossing moet op korte termijn inzetbaar (TRL-niveau 7/8) zijn, het liefst binnen 1 jaar. Een businesscase waarbij de leverancier zelf de terugwonnen helium verwaardt, heeft de voorkeur. De geboden oplossing dient een veilig en goed werkend systeem te zijn dat uiteindelijk wereldwijd inzetbaar is. Idealiter past de oplossing in de huidige helium supply chain, zonder extra werkzaamheden voor Philips. Alhoewel de demontage planning van de MRI-scanners ruimschoots vooraf beschikbaar is, moet de inzet flexibel zijn vanwege eventuele last-minute wijzigingen in het schema van het vliegtuig. Er zijn twee oplossingsrichtingen, alhoewel ze niet tot deze twee beperkt hoeven te blijven:

1. Er wordt een filter ontwikkeld die het vervuilde helium tijdens het overhevelen zuivert, en wel in die mate dat het helium zich kwalificeert als ’zuiver’ helium (100% puur, of 99,999% in gasvorm).
2. Er wordt een afnemer gevonden die, internationaal en mondiaal, interesse heeft in vervuild helium, dit wenst af te nemen voor verdere zuivering, verwerking en verhandeling.

  De eerste oplossingsrichting heeft een sterke voorkeur bij Philips en zij zien dit dan ook als de ideale oplossing. Dit filter zou dan voldoende compact en transporteerbaar moeten zijn om wereldwijd naar de locaties gestuurd te worden waar de MRI-scanners worden ontmanteld. Ze hoeven dan ook niet in grote aantallen ter beschikking te zijn; met slechts 1 of enkele mobiele filters is Philips in staat om de voorraad oudere MRI-scanners te ontdoen van helium. Dit zuiveren zou dan ook tussentijds, terwijl de MRI-scanner in gebruik is, kunnen plaatsvinden bijvoorbeeld tijdens het bijvullen van helium. Het proces van het verwijderen en zuiveren van 600 tot 800 ltr. vloeibaar helium mag maximaal 1 dag in beslag nemen. De MKB’er/start-up zal met een technische oplossing komen en zal bij voorkeur met de helium-leveranciers samenwerken, of de oplossing aan hen leveren. De geboden oplossing moet minimaal voldoen aan de volgende eisen:

• Wereldwijd en flexibel toepasbaar
• TRL-niveau 7/8
• Een veilig, snel en goed werkend proces, liefst een klein, mobiel proces dat wereldwijd inzetbaar is
• Uit MRI halen van helium, zuiveren en in het dewarvat afvullen en afvoeren
• Proces dat in 1 dag in een ziekenhuis uit te voeren is
• Effectieve oplossing om vervuild helium te zuiveren (vooral het uit het helium halen van bevroren lucht in de vorm van ijskristallen
• De mkb’er/start-up bezit een dangerous goods compliance
• De mkb’er/start-up is zelf een technologiebedrijf met basisoplossing en bekend met gassen/helium-leveranciers en/of bereid met hen samen te werken

Waar zijn we niet naar op zoek?

Oplossingen waarbij Philips een actieve (R&D) rol moet spelen hebben niet de voorkeur. Helium afvangen in gasvorm en opnieuw cryogeen maken (minus 268 graden Celcius koelen) kost enorm veel energie en heeft dus niet de voorkeur. Philips zoekt geen alternatief voor helium. In de nieuwe generatie MRI-scanners is de benodigde hoeveelheid helium fors minder.  

Wat is er te verdienen?

Als Philips vertrouwen heeft in een geboden oplossing, dan biedt het bedrijf inzicht in de de-installatieprocedure van de MRI-scanner. Een sessie met de heliumexperts in Best en een rondleiding in de fabriek behoren tot de mogelijkheden. Er kan gebruik worden gemaakt van de faciliteiten in de fabriek om metingen en proeven te doen. Ook komt er dan een pilotbudget van minimaal 10.000 euro beschikbaar. Voor de aanbieder met een geschikte oplossing komt een markt beschikbaar met vele duizenden de-installaties (ook buiten Philips) voor zeker de komende twintig jaar. Op dit moment staan er de komende drie jaar 1.000 scanners op de planning om vervangen te worden. Heliumwaarde fluctueert behoorlijk, is gevoelig voor geopolitieke ontwikkelingen en heeft op dit moment een substantiële en stijgende waarde per liter. De hoeveelheid helium die terug te winnen is uit een end-of-life MRI-scanner ligt tussen de 600 en 800 liter. Dit biedt een goede stijgende businesscase van ten minste 15 tot 20 miljoen euro met langetermijnperspectief.  

Wat is er te verdienen vanuit het SynchUp! challenge programma?

• Een innovatiecontract met een launching customer/partner!
• Funding (er zijn vouchers van € 10.000 beschikbaar, te besteden in het regionale ecosysteem voor bijvoorbeeld testen, lab- en demo-faciliteiten, IP advies, etc.)
• Coaching en begeleiding
• Een podium en free publicity
• Kennis en contact met experts
• Toegang tot een netwerk van potentiële partners & klanten, hulpbronnen en researchfaciliteiten

Het challenge programma

SynchUp! is een initiatief van REWIN West-Brabant. BOM, Ministerie van Economische Zaken en Klimaat en provincie Noord-Brabant zijn als partner aangesloten voor de uitvoering deze challenge. Samen willen wij dat innovatieve ondernemers en aanstormende talenten de ruimte en de mogelijkheden krijgen om hun idee/product te ontwikkelen en te vermarkten. Hiermee realiseren we ons gezamenlijke doel: het versnellen van innovaties & transities en het versterken van het regionale ecosysteem.  

Voorwaarden deelname

De deelnemer moet kennis hebben van de heliummarkt en van technologie voor terugwinnen en zuiveren van vloeistoffen en gassen. De geboden oplossing moet op korte termijn (wereldwijd) inzetbaar (TRL-niveau 7/8) zijn, en binnen 1 jaar implementeerbaar zijn. Vanaf een bepaald punt in de samenwerking kan het nodig zijn een NDA te ondertekenen.  

Jullie pitch (max 6 pagina’s / 18 slides)

Beschrijving van het concept: Geef een zo concreet mogelijke beschrijving van jullie concept. Beschrijving van de pilot: Geef een korte beschrijving van wat er nodig is om een prototype te maken en/of een pilot op te zetten en wat jullie daarbij van ons nodig hebben. Beschrijving team: Geef een korte beschrijving van het bedrijf en team dat de pilot wil gaan realiseren. De pitch mag in vrije vorm worden ingediend (presentatie/slide deck, briefvorm), maar moet als pdf-bestand (liggend of staand A4) worden geüpload (max. 30MB). Video’s, voorbeeldwebsites, etc. kunnen daarin worden opgenomen als link. Pitches in English are allowed.  

Timeline Challenge

• 14 sept ’22 – 12.00 uur: Lancering challenge – open voor aanmeldingen vanaf 12.00 uur
• 3 nov ’22 – 17.00 uur: Deadline challenge – uiterlijk aanmelden tot 17.00 uur
• 18 nov ’22: Bekendmaking selectie – Bekendmaking welke start-ups / scale-ups worden uitgenodigd voor een kennismaking en toelichting
• 21 nov t/m 2 dec ’22: Digitale kennismakingsgesprekken challengers-deelnemers + voorlichting over geheimhouding en IP
• 6 dec ’22: Bekendmaking selectie a.d.h.v. gesprekken – Bekendmaking met welke start-ups / scale-ups gewerkt gaat worden aan een innovatiecontract
• 12 t/m 16 dec ’22: Planning en werkafspraken maken + indien nodig afstemmen NDA
• 19 dec ’22 t/m 10 mrt ’23 : Challenge weeks – werksessies challengers-deelnemers-coaches om tot een innovatiecontract te komen
• 10 mrt ’23: Aanvragen vouchers – indienen concept innovatiecontract + aanvragen vouchers
• 17 mrt ’23: Toekenning vouchers – indienen definitief innovatiecontract + toekenning vouchers
• 30 mrt ’23: Matchevent – vieren van de gesloten innovatiecontracten en samenwerkingen + uitreiking vouchers

Vragen?

(Inhoudelijke) vragen over deze challenge kun je stellen via de contactmogelijkheden onderaan deze pagina. Meer informatie over het challenge programma kun je verkrijgen via deze pagina.  

Achtergrondinformatie

Philips ontwikkelt, produceert en verkoopt voornamelijk medische apparatuur, zoals MRI-scanners, maar ook producten voor persoonlijke verzorging zoals scheerapparaten. In 2020 realiseerde Philips een omzet van bijna 20 miljard. Er werken bijna 82.000 werknemers bij het bedrijf. Het hoofdkantoor staat in Amsterdam. De productielocatie voor de MRI-scanners in Nederland bevindt zich in Best. Philips neemt de circulaire economie serieus en wil in 2025 de materialenkringloop voor alle ziekenhuisapparatuur sluiten. De afdeling Circular Equipment werkt met ongeveer veertig medewerkers continu aan uiteenlopende vraagstukken die hiermee te maken hebben. Focuspunten zijn het refurbishen van apparatuur die zich aan het einde van haar levensduur bevindt; het terugwinnen, reviseren en verkopen van bruikbare onderdelen en het recyclen van onderdelen die niet meer bruikbaar zijn. De huidige wereldwijde markt voor vloeibaar helium in bulk wordt geschat op meer dan 2,7 miljard dollar, waarbij de eenheidsprijs (USD per duizend kubieke voet) de afgelopen twee jaar met meer dan 135% is gestegen. De behoefte aan helium neemt momenteel toe, vooral in de medische, technologische en ruimtevaartsector.