#UUScience20: Afval als energiebron en bouwen op nanoschaal

Toen 'fiction', nu 'science'

In Isaac Asimov's boek Fantastic Voyage stapt een handvol topwetenschappers in een micro-onderzeeër. Ze banen zich en weg door de aderen van een briljante onderzoeker, langs rode bloedcellen, om zo de hersenen te bereiken. Daar moeten ze met een microscopisch laserkanon een bloedprop weghalen die het leven van de gastheer bedreigt.

Toen Asimov hier in 1965 over schreef was het nog pure sci-fi, maar een wereld op nanoschaal is inmiddels zo gek niet meer. En voor Krijn de Jong, emeritus hoogleraar Anorganische Chemie en Katalyse aan de Universiteit Utrecht, was het boek ook een bron van inspiratie. "Ik was altijd al gefascineerd door Fantastic Voyage. Misschien heeft dat me onbewust beïnvloed," zegt hij. "Ik ben eigenlijk een soort bouwmeester op nanoschaal geworden."

Door de nanostad wandelen

Wie wil bouwen op nanoschaal, moet die wereld eerst kunnen zien. Toen De Jong naar Utrecht kwam, leverden elektronenmicroscopen nog platte plaatjes, in 2D. "Je zag wel vormen, maar je kon niet bepalen hoe de deeltjes zich precies tot elkaar verhielden. Terwijl dat in katalyse essentieel is, want de locatie van deeltjes bepaalt vaak de werking van een katalysator", vertelt hij.

Tegenwoordig is dat anders. Door objecten van verschillende kanten te belichten en de beelden slim te combineren, kunnen onderzoekers in 3D naar materialen kijken, op superkleine schaal. "Opeens konden we door de nanostad wandelen," zegt De Jong. De Universiteit Utrecht liep daarin voorop, en de techniek die mede hier werd ontwikkeld in 2000 wordt inmiddels wereldwijd toegepast.

Peperdure platina

De Jong werkt al decennia aan katalysatoren. Dat zijn materialen die je kunt toevoegen aan een chemische reactie om deze te versnellen of te sturen. En omdat materialen nu op nanoschaal bekeken en onderzocht kunnen worden, kunnen katalysatoren ook veel nauwkeuriger gemaakt worden. De Jong: "Stel, je hebt een bord met biefstuk en spinazie. De biefstuk is een beetje flauw. Vroeger strooide je dan overal peper overheen, ook waar je het niet wilde. Maar peper - platina, in ons geval - is peperduur. Nu kunnen we heel gericht strooien, alleen op de biefstuk. Dat maakt het tien keer effectiever."

Afval als grondstof

Ook in de maatschappij is veel veranderd. De Jong onderzoekt de mogelijkheden van C1-chemie: het maken van nieuwe producten uit simpele bouwstenen als koolstof en waterstof. "Onze afvalberg zit er vol mee. Van plastic tot GFT. In plaats van het te storten, wat leidt tot methaanuitstoot, een sterk broeikasgas, kunnen we het vergassen tot synthesegas. En van synthesegas kun je bijna alles maken: brandstof, medicijnen, plastics. Zo pakken we twee grote problemen die over de hele wereld spelen in één keer aan: het tekort aan grondstoffen en het overschot aan afval."

Een sciencefictionachtig idee dat steeds realistischer wordt. Maar de praktijk is weerbarstig. "In Europa gaat het langzaam. Terwijl de overheid in China keihard doorduwt. Over twintig jaar zeggen we misschien: ze hadden gelijk dat ze zo doorpakten."

Onze afvalberg zit vol met koolstof- en waterstofmoleculen. In plaats van het te storten, wat leidt tot methaanuitstoot, kunnen we er synthesegas van maken. Daar kun je vervolgens bijna alles van maken: brandstof, medicijnen, plastics.

Big Brother in de wetenschap

De academische wereld zelf ziet er tegenwoordig ook anders uit. "Twintig jaar geleden vertrouwde men nog op de integriteit van hoogleraren," blikt De Jong terug. "Nu bepalen commissies of iemand wel met een bepaalde industrie of een bepaald land mag samenwerken. Dat had ik me twintig jaar geleden echt niet kunnen voorstellen." Hij verwijst naar George Orwell's boek 1984. "Het baart me zorgen: wetenschap heeft vrijheid nodig, geen zwart-witkeuzes."

Narnia voor het slapen

Verwondering blijft bij De Jong overheersen: in Utrecht staat inmiddels een elektronenmicroscoop die atomen zichtbaar kan maken. En ook die stap naar 3D is in de maak. Wat nu nog klinkt als fictie, kan zomaar werkelijkheid worden. Niet alleen in de wetenschap, ook in het dagelijks leven. "Vanmorgen las ik mijn kleinzoon in Nieuw-Zeeland weer voor uit Narnia, van C.S. Lewis. Dankzij de technologie zie ik hem bijna dagelijks."

De faculteit Bètawetenschappen bestaat 20 jaar!

Dit artikel is gemaakt in het kader van het twintigjarig bestaan van de faculteit Bètawetenschappen van de Universiteit Utrecht. Het is onderdeel van een serie van (beeld)verhalen waarmee we aandacht besteden aan dit jubileum.