Prof. Weckhuysen werkt met het allerkleinste aan het allergrootste

Weckhuysen. beeld Sjaak Verboom

Eén droom zou topwetenschapper Bert Weckhuysen graag werkelijkheid zien worden. Dat het broeikasgas CO2 weer rechtstreeks in nuttige brandstof kan worden omgezet. Als chemicus werkt hij graag met minuscuul kleine deeltjes aan het oplossen van grote vraagstukken.

Scheikundige ontwikkelingen drukten de afgelopen eeuw een grote stempel op de maatschappij, stelt Weckhuysen. Hij noemt een tweetal jubileumpublicaties van de VNCI (Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie). Deze club bestond in 2018 precies honderd jaar en heeft alle grote doorbraken uit de scheikunde op een rij gezet. „De impact van de scheikunde is niet in een paar zinnen te vatten. Voor zo goed als alles om ons heen is scheikunde gebruikt. Het is misschien een flauwe kreet, maar chemie is overal. Alles is opgebouwd uit atomen, de chemische legoblokken van de natuur. Wij mensen zelf ook trouwens.”

Wat zijn de grootste doorbraken?

„Om te beginnen: plastics zijn een chemische ontdekking. Dat geldt ook voor verf die ons interieur opleukt en materialen tegen roest en rot beschermt. En wat dacht je van geneesmiddelen en brandstoffen? Verder is de uitvinding van kunstmest een enorme doorbraak geweest. Die zorgde wereldwijd voor voldoende voedsel om alle monden van de groeiende wereldbevolking te vullen.”

Waar kom je de chemie tegen als je je bed uitstapt?

„Bij haast elk product dat je vastpakt. Op je smartphone zitten speciale laagjes, coatings geheten. Dat is chemie. Als je bij je ontbijt de boter uit de koelkast pakt, dan zit die in een plastic verpakking. Chemie. De jam voor op brood? Allerlei chemische stoffen zorgen voor de houdbaarheid. Vervolgens poets je je tanden. De tandpasta: chemie. De inkt in de krant die je leest. Ook chemie. Als je vervolgens je auto pakt, de minder duurzame manier van vervoer, dan zit daar brandstof in en rubberen banden onder. Allemaal chemie.”

Van welk scheikundig feitje wordt u stil?

„Wat ik bijzonder vind, is dat de natuur moleculen kan omzetten bij kamertemperatuur. Zo zijn er bacteriën, rhizobium geheten, die in de wortelknobbels van planten stikstof omzetten in meststoffen. Wij kunnen dat chemisch inmiddels ruim honderd jaar, dankzij het Haber-Boschproces voor het maken van ammoniak voor onder meer kunstmest. Maar het proces vindt nog altijd plaats onder zeer hoge druk en met hoge temperaturen. Ik verwonder me erover dat de wetenschap in vergelijking met de natuur vaak nog minder ver is.”

Wat is de grootste bijdrage geweest van de katalyse, uw vakgebied?

„De katalysator voor auto’s is denk ik de bekendste. Het dient ervoor om uitlaatgassen te reinigen en zorgt zo voor schonere lucht. Dat heeft sinds de jaren 70 bijgedragen aan het voorkomen van milieuvervuiling door stikstofoxide. NOx (stikstofoxide, MK) veroorzaakte zure regen, maar dat probleem is dankzij autokatalysatoren grotendeels opgelost. De aanpak van luchtverontreiniging is een goed voorbeeld waar chemie en wet- en regelgeving elkaar versterkten. Zoiets zullen we ook moeten doen rond de CO2-problematiek. Wetenschap brengt antwoorden, de politiek en de maatschappij jagen de discussie aan.”

Over uw onderzoek zei u eens dat het u niet ging om publicaties maar om impact op de maatschappij. Welke impact heeft u gehad?

„Naarmate je carrière vordert, begin je je te realiseren dat er andere manieren zijn om impact te hebben dan enkel via wetenschappelijke publicaties. Je wetenschappelijke erfenis is uiteindelijk dat wat je werkelijk overdraagt aan de volgende generatie. Als professor ben je leraar, hoogleraar. Je moet kennis doorgeven aan je studenten. De jonge garde gaat uiteindelijk in de samenleving zijn kennis en talenten gebruiken om nieuwe uitdagingen aan te pakken.”

Aan welke actuele uitdagingen draagt u als scheikundige op dit moment bij?

„Drie dingen zou ik willen noemen. We staan voor de uitdaging om de chemische industrie te verduurzamen. De CO2-voetafdruk moet omlaag. Dat kan door alternatieve grondstoffen te gebruiken. Aardgas zorgt voor een lagere CO2-uitstoot dan aardolie. Dus de eerste vraag is of we uit methaan (aardgas, MK) alle bouwstenen van de chemische industrie kunnen maken. Een andere grondstof zou biomassa kunnen zijn. Hierbij gaat het vaak om biologisch afval met niet-eetbare polymeren (lange keten van gelijke moleculen, MK), zoals chitine en lignine. Lignine is bijvoorbeeld de lijm die alle plantenvezels bij elkaar houdt. We willen uit lignine iets nuttigs maken, zoals petflessen. En dat lukt ons zowaar al een beetje.

Het tweede gaat over het hoogwaardig verwerken van afval. Want veel afval wordt nu ‘gewoon’ verbrand. Op dit moment is het een hot topic hoe we onze grondstoffenstromen circulair kunnen krijgen. Hoe recyclen we bijvoorbeeld plastics volledig? Zelf denk ik dat je bij recycling altijd ergens verliezen zult hebben. Waar ik dat op baseer? Eigenlijk is er geen fundamentele reden om aan te nemen dat volledige circulariteit niet zou kunnen. Volgens scheikundige wetten is er namelijk behoud van atomen en behoud van massa. De methoden om afvalstromen te zuiveren zul je nooit 100 procent selectief krijgt. Circulariteit stelt ons als chemici voor uitdagingen: moeten de plastics en coatings van de toekomst er niet heel anders uitzien?

Tot slot willen we direct met broeikasgas CO2 aan de slag. Dat is de heilige graal van de chemie. CO2 is namelijk het eindproduct van verbranding. Het is het energetisch afvoerputje van brandstoffen. Wat het idee is: CO2 uit die energieput halen. Dat is niet simpel, het kost energie en moeite. Je moet een katalysator ontwikkelen waarmee je CO2 rechtstreeks omzet in chemische bouwstenen. We kunnen uit CO2 momenteel al kunstmatig aardgas en methanol maken. De grote vraag is: kun je er ook benzine of kerosine uit maken? Dat lukt momenteel niet. Overigens ben ik optimistisch. Het gaat lukken, maar de ontwikkeling moet sneller.”

Liggen er nog uitdagingen wat betreft waterstof en batterijen?

„Zeker. Je ziet de ontwikkelingen op beide terreinen ook heel hard gaan. Het is in de chemie steeds meer werken op nanoschaal (een nanometer is een miljardste van een meter, MK). Wat de truc is: controle krijgen over het allerkleinste. Om zo bij te dragen aan de allergrootste uitdagingen in deze wereld, zoals het tegengaan van klimaatverandering. Als we op het niveau van atomen en moleculen kunnen ontwerpen, krijg je goede batterijen, goede katalysatoren, goede opslagmaterialen voor waterstof en goede zonnecellen.”

----

Bert Weckhuysen

Prof. dr. ir. B. M. Weckhuysen (50) is als universiteitshoogleraar verbonden aan de Universiteit Utrecht. Hij geeft leiding aan de vakgroep anorganische chemie en katalyse. Sinds 2011 is hij als vertegenwoordiger van de wetenschap lid van het topteam van de Topsector Chemie.

Hij was jarenlang wetenschappelijk directeur van het Nederlands Instituut voor Onderzoek in de Katalyse (NIOK). Sinds 2011 is hij lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen.

Als wetenschapper ontving hij diverse (internationale) prestigieuze prijzen, onderscheidingen en beurzen. In 2013 ontving Weckhuysen de Spinozapremie voor zijn werk. Hij werd in 2015 benoemd tot ridder in de Orde van de Nederlandse Leeuw.

----

Om te onthouden

De scheikunde gaat over de allerkleinste, elementaire deeltjes –atomen– en de reacties tussen die deeltjes.

De chemische industrie bestaat (nu nog) vooral bij de gratie van fossiele grondstoffen. Olie is de grondstof voor veel producten.

Elke dag zet de industrie 95 miljoen vaten olie om in bijvoorbeeld brandstoffen en plastics.

De uitdaging voor de scheikunde is om hernieuwbare, duurzame grondstoffen te gebruiken, zoals biomassa, afval of zelfs CO2. Gereedschappen hierbij zijn katalysatoren.

Een katalysator is een stof die een chemische reactie versnelt zonder zelf verbruikt te worden.

----

Drie stellingen

1 Geloof speelt geen enkele rol in de uitoefening van mijn beroepspraktijk.

„Als het puur gaat om wat je als scheikundige met moleculen doet, dan is het antwoord ja.

Zelf kom ik uit een rooms-katholiek gezin en ben ik op jonge leeftijd misdienaar geweest. Op dit moment ben ik geen overtuigd katholiek meer, hoewel het tegenovergestelde ook niet het geval is.

Afhankelijk van hoe je geloof definieert, speelt het wel of niet een rol in de uitoefening van mijn beroep. Als je geloof omschrijft als een kompas voor hoe wij als mensen met elkaar zouden moeten omgaan, dan wel. Daarbij ga je ervan uit dat er bepaalde normen, waarden en principes gelden. In die zin heb ik een ethisch kompas voor mijn handelen. Zelf zou ik bijvoorbeeld nooit willen meewerken aan het maken van chemische wapens of kernwapens.”

2 Een Bijbelgetrouw christen loopt tegen spanningsvelden aan wanneer deze werkzaam is in mijn vakgebied.

„In de meeste vakgebieden binnen de scheikunde zullen ze geen spanningsveld ervaren. Maar het kan wel. Bijvoorbeeld als het gaat om het ontwikkelen van geneesmiddelen. Hoe ver ga je daarmee? In hoeverre wil je meewerken aan de productie van het ultieme middel om het leven te verlengen? En in hoeverre moet je willen knutselen aan ons genetisch materiaal? Moeilijke ethische discussies, maar als wetenschapper duw je algauw steeds de grenzen vooruit. Je komt dus op onbekend terrein. Je ethisch kompas moet je dan helpen om koersvast te blijven.”

3 Elke wetenschapper kijkt met zijn eigen levensbeschouwelijke bril naar zijn vakgebied.

„Ja. Ik zou het anders willen zeggen: iedere wetenschapper werkt met een uniek, eigen puzzelstukje. En iedereen bouwt aan de puzzel van de wereld. Niet alle puzzelstukken passen aan elkaar. Elke wetenschapper heeft een visie op de wereld. Niet dat die visie altijd uniek is, maar niemand heeft het patent op totaal onbevooroordeeld zijn. Je neemt altijd je bagage mee.”