ALLES STROOMT IN NEDERLAND
MET STROMINGSLEER OP NAAR DE TOEKOMST
Petitie
Op 6 juni 2023 heeft een delegatie van het J.M. Burgerscentrum de petitie “Alles stroomt in Nederland” aangeboden aan de Vaste Kamercommissie voor Onderwijs, Cultuur en Wetenschap (VKC-OCW) in de Tweede Kamer in Den Haag. Er wordt gevraagd om erkenning van het belang voor Nederland van de ingenieurswetenschappen, in het bijzonder van de stromingsleer.
Wat is stromingsleer?
Stromingsleer is de wetenschap en technologie van bewegende vloeistoffen, gassen en deeltjes. Dit omvat het voorspellen, beheersen en meten van stromingen bij elke snelheid en op elke schaal, van nano- tot astrofysisch. Toepassingengebieden variëren van bloedstroming en landbouw tot lithografie en industriële processen, stroming in gebouwen, de atmosfeer, rivieren, oceanen en sterren.
Stromingsleer is een vitaal element voor het begrip en de oplossingen voor alle grote toekomstige maatschappelijke uitdagingen:
- Klimaatverandering. Voorspelling van de opwarming en de gevolgen van de uitstoot van broeikasgassen gerelateerd aan de oceanen, de zeespiegel en het weer.
- Milieu. Hieronder valt het water-, rivieren overstromingsbeheer met inbegrip van vervuiling en waterbehandeling. Maar ook koeling, verwarming en luchtbeheer in gebouwen.
- Energietransitie en energiezekerheid. Dit omvat getijden- en windenergie, de waterstofeconomie en biobrandstoffen, maar ook de volgende generatie batterijen en een efficiënt weg-, water-, en luchtvervoer.
- High-tech productie en high-tech materialen. Voorbeelden zijn halfgeleiders, additive manufacturing, 3D-printing en biocompatibele productie.
- Gezondheidszorg. Denk aan aërosolverspreiding van virussen, geavanceerde microfluïdische diagnostiek tot gepersonaliseerde behandeling en geneesmiddelenproductie.
- Landbouw en voedselproductie. Hiertoe behoren bijvoorbeeld de volgende generatie indoor vertical farming.
-
De stromingsleer zal dus cruciaal zijn voor de toekomst van de Nederlandse samenleving en haar economie. Het onderschatten van de rol van stromingsleer brengt risico’s in de toekomst, en maakt ons onnodig kwetsbaar en afhankelijk van anderen voor het leveren van kritische stromingsleer expertise en innovatie.
Samen kunnen we de kracht van vloeistof- en gasdynamica inzetten voor een welvarende, gezonde en duurzame toekomst in Nederland.
Nederland heeft dringend behoefte aan:
- Nationale erkenning van de rol van stromingsleer als sleuteltechologie.
- Een op de industrie gerichte divisie binnen het nationale J.M. Burgerscentrum voor Stromingsleer.
- Strategische samenwerking op het gebied van stromingsleer met platformfinanciering ter grootte van meer dan 500 miljoen euro over 5 jaar om het industriële concurrentievermogen te vergroten.
- Uitbreiding van het onderzoek naar stromingen om het wetenschappelijk leiderschap op de lange termijn te waarborgen.
- Uitbreiding van de opleidingen in stromingsleer op alle niveaus om de benodigde deskundigheid te blijven leveren.
Toepassingsgebieden van stromingsleer
Impact van stromingsleer op drie van de grote maatschappelijke thema’s en missies (oranje gemarkeerd) voor de toekomst die door de Nederlandse regering zijn vastgesteld.
De overgang naar duurzame energiebronnen vereist een goed begrip van stromingen. Het voorspellen van luchtstromen boven windparken en wolken boven zonneparken zal een aanzienlijke meerwaarde leveren voor de energieopbrengst en dus voor het elektriciteitsnet. Met de geplande uitbreiding van het aandeel duurzame energiebronnen zal modellering van stromingsdynamica voor het voorspellen en beheren van de opbrengst essentieel zijn voor de stabiliteit van het Nederlandse energienet.
Voor meer traditionele energiebronnen speelt de vloeistofdynamica een essentiële rol, zoals blijkt uit de abrupte overgang in 2022 van het vervoer van gas via pijpleidingen naar vloeibaar aardgas (LNG) in Europa, waarvoor een fundamenteel begrip van de vloeistofdynamica bij de verwerking van LNG van vitaal belang was. Bij de overgang naar duurzame energie is de converteerbaarheid van de LNG- infrastructuur voor later gebruik met hernieuwbare energiedragers, zoals waterstof, ammoniak of biobrandstoffen, van bijzonder belang en afhankelijk van een gedetailleerd begrip van vloeistofdynamica en van een sterke lokale industrie voor vloeistofbeheer.
Het hele waterbeheersysteem, van kustgebieden tot rivieren en meren, vereist een fundamenteel nieuwe aanpak om deze beter bestand te maken tegen klimaatverandering en extreme weersomstandigheden. Duurzaam waterbeheer blijft het uitgangspunt en zal de kernfuncties zoetwatervoorziening, watertransport, veiligheid en biodiversiteit efficiënt moeten vervullen.
Nederland is pionier op het gebied van landbouw met een hoge dichtheid en hoge efficiëntie. Dit zijn vaardigheden die steeds belangrijker worden voor de voedselzekerheid en die afhankelijk zijn van nauwkeurig beheer van vloeistoffen.
De wateren in de Nederlandse Delta kunnen een belangrijke rol spelen bij de nieuwe uitdagingen waar Nederland voor staat, zoals energievoorziening, voedselvoorziening, verbetering van de ruimtelijke kwaliteit of klimaatadaptatie. Vloeistofstroommetingen en modellering met Computational Fluid Dynamics (CFD) zullen van cruciaal belang zijn voor het waterbeheer in het licht van de klimaatverandering.
Geavanceerde fabricagetechnieken zullen bepalend zijn voor het vinden van oplossingen voor deze uitdagingen. Vloeistofdynamica speelt hier een kernrol, die sturing geeft aan een efficiënte fabricage van een veelheid van producten, variërend van geavanceerde halfgeleiders tot chemicaliën, farmaceutische producten, traditionele materialen zoals staal en geavanceerde 3D-printing productietechnieken.
Een van de belangrijkste missies in de kennis- en innovatieagenda voor gezondheid en gezondheidszorg is dat er tegen 2030 50% meer zorg wordt verleend in de persoonlijke leefomgeving van de burger. Point-ofcare diagnostiek zal van vitaal belang zijn voor het bereiken van deze missie, waarvoor vaak lichaamsvloeistoffen ter plaatse moeten worden onderzocht, zoals de COVID-19 pandemie heeft aangetoond.
Wetenschap en technologie op het gebied van vloeistofstromen zullen de volgende generatie van geïndividualiseerde zorg mogelijk maken. Dit omvat bijvoorbeeld het beschikbaar zijn van gepersonaliseerde geneesmiddelen en het gebruik van stamcellen in een gepersonaliseerde testbank voor nieuwe geneesmiddelen.
Inzicht in vloeistoffen is essentieel om de grote Nederlandse uitdagingen aan te pakken. Nederland heeft een unieke onderzoeksinfrastructuur, met een toonaangevende wetenschappelijke kennisbasis en een levendige industrie op het gebied van stromingsleer, die volledig aangesproken moeten worden om alle toekomstige maatschappelijke uitdagingen aan te pakken.
Economisch belang van stromingsleer
Vloeistofdynamica is overal om ons heen. Het vormt de basis van veel hedendaagse industriële toepassingen en is ook essentieel voor het oplossen van de maatschappelijke uitdagingen van morgen. Toch lijkt het belang van stromingsleer wat verborgen en onbekend. Door de impact van de stromingsleer binnen Nederland te knanticeren, wordt het belang van toekomstige investeringen in deze sleuteltechnologie voor onze toekomst duidelijk.
Nederland loopt al tientallen jaren voorop met onderzoek naar vloeistof- en gasdynamica. Het is van wereldklasse, zoals blijkt uit het J.M. Burgerscentrum, de nationale onderzoeksschool voor wetenschap en techniek op het gebied van stromingsleer. De industrie heeft deze expertise goed benut, en veel van de afgestudeerde en gepromoveerde stromingsleeronderzoekers in dienst genomen. Die industrie is divers, en omvat ondermeer hightech printtechnieken, halfgeleidertechnologie, landbouw, chemische productie en waterbeheer.
De Nederlandse stromingsleerindustrie genereerde in 2021 een opbrengst van 11,5 miljard euro door meer dan 1100 bedrijven met meer dan 19000 werknemers werkend aan stromingen. De bruto toegevoegde waarde van deze sector voor de economie wordt geschat op €2,4 miljard per jaar, wat neerkomt op €130 000 bruto toegevoegde waarde per werknemer. Meer dan 75% van de industrie exporteert producten en diensten op het gebied van stromingsdynamica naar buiten Nederland, waarbij een kwart meer dan 75% van zijn productie exporteert.
Die werknemers behoren tot bedrijven met een omzet binnen Nederland van ~€ 125 miljard en wereldwijd nog veel meer. Het maatschappelijk bereik van stromingsleer is echter nog groter.
Stromingsleer wetenschap & technologie
Kracht, diepte en diversiteit in onderzoekskennis ter ondersteuning van de industrie.
Nederland is al lange tijd toonaangevend op het gebied van onderzoek naar stromingen. Al 30 jaar bestaat het J.M. Burgerscentrum (JMBC) als de nationale onderzoeksschool voor stromingsleer, met zo’n 250 onderzoeksmedewerkers, 350 PhD-studenten en 40 postdocs in multidisciplinaire onderzoeksgroepen op het gebied van vloeistof-en gasstroming aan de universiteiten van Delft, Eindhoven, Twente, Wageningen, Groningen, Amsterdam en Utrecht. De JMBC-partners leveren jaarlijks meer dan 650 gekwaliceerde tijdschriftpublicaties en hebben een wereldwijde reputatie voor uitmuntend fundamenteel en toegepast stromingsonderzoek. Als geheel publiceerden Nederlandse auteurs bijna evenveel artikelen (77% in 2022) als heel Duitsland in het Journal of Fluid Mechanics, het toonaangevende academische tijdschrift op stromingsleergebied.
-
Het onderzoek naar stromingsdynamica in Nederland bestrijkt het volledige spectrum van grondbeginselen en toepassingen. Computational Fluid Dynamics vormt de kern van het onderzoek en levert de belangrijkste simulatieinstrumenten voor het voorspellen van vloeistofgedrag. De nieuwe generatie toepassingen in microfluïdica en hernieuwbare energiebronnen vormen uiteraard een focus voor onderzoek. Gezien de sterke positie van de Nederlandse chemische industrie staat het onderzoek naar industriële vloeistof-, poeder-, gas- en luchtstromen hoog in het vaandel. Dit geldt ook voor de grote uitdagingen bij het begrijpen van meerfasenstromingen, dus wanneer vloeistoffen en gassen worden samengebracht. Aerodynamica is ook een belangrijk onderzoeksgebied, dat het belang weerspiegelt van efficiënt vervoer, hernieuwbare energieopwekking en topsport.
Het stromingsleeronderzoek wordt gefinancierd door een combinatie van Nederlandse en Europese onderzoeksfondsen en aanzienlijke industriële steun. Meer dan 45% van de Nederlandse academici meldt dat zij projecten uitvoeren die rechtstreeks door de industrie worden gefinancierd, 50% heeft industriële steun gehad voor PhD studenten en 85% geeft aan dat de industrie een partner was bij hun publiek gefinancierde onderzoek. Minder dan 20% van de academici meldt dat zij geen steun vanuit de industrie hebben ontvangen.
Ook de industriële steun zal naar verwachting toenemen. In de komende drie jaar is het deel van de academici dat voorspelt dat ze ten minste 1 miljoen euro aan industriële steun zullen ontvangen, groter dan het deel dat in de afgelopen drie jaar een dergelijk bedrag ontving.
Tweederde van de Nederlandse academici heeft gebruik gemaakt van overheidsfinanciering van NWO. Hun internationale status blijkt ook uit het feit dat de helft van de onderzoekers gebruik maakt van financiering door de European Research Council.
