Elektronica laten integreren in het menselijk lichaam. Het is nog geen serieus onderzoek, maar het speelt door het hoofd van chemisch ingenieur René Janssen van de Technische Universiteit Eindhoven. Vooralsnog houdt hij zich bezig met plastic zonnecellen die brandstof uit zonlicht maken.
Op een dag is het gedaan met brandstoffen gemaakt uit olie, zoals benzine en diesel. Misschien duurt het nog honderd jaar maar de olie op aarde raakt een keer op. Waar halen we dan brandstof voor onze auto’s en vliegtuigen vandaan? Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) werkt de groep van hoogleraar René Janssen aan zonnecellen die brandstof kunnen maken uit zonlicht. De eerste stap is het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Dat is hem al gelukt met zijn plastic zonnecellen. In een volgende stap is hij van plan de waterstof te combineren met CO2 tot een volwaardige synthetische brandstof.
René Janssen
Chemisch ingenieur (1959) studeerde Chemical Engineering & Chemistry aan de TU/e. In 1987 promoveerde hij aan dezelfde universiteit op onderzoek naar kernspinresonantie en chemische berekeningen aan kristallen. Daarna werkte hij enkele jaren als onderzoeker in de groep van Alan Heeger aan de Universiteit van Californië. Sinds 2000 is hij werkzaam als hoogleraar Fysische Organische Chemie aan de TU/e en in 2011 trad hij toe als lid van de Koninklijke Akademie van Nederlandse Wetenschappen (KNAW).
Brandstof maken door CO2 om te zetten onder invloed van zonlicht: dat lijkt verdacht veel op fotosynthese. “We kijken inderdaad naar fotosynthese om te zien of we op een slimmere manier brandstof kunnen maken”, zegt Janssen. “De natuur doet dat niet erg efficiënt.” Zijn onderzoeksgroep bestudeert onder andere hoe de verschillende stappen in fotosynthese verlopen, om uiteindelijk een zonnecel te maken die het beter kan.
De inspiratie voor de zonnecel komt uit fotosynthese. Waar zit de moeilijkheid in het maken van synthetische brandstoffen uit zonlicht?
“Fotosynthese is een erg ingewikkeld proces. Inmiddels kunnen we alle losse moleculen die erbij betrokken zijn op een rijtje zetten en synthetisch maken in het lab. We kunnen fotosynthese dus uit elkaar halen. Maar we hebben nog geen manier gevonden om de moleculen allemaal weer op de juiste manier terug te zetten. Daar hebben we het verstand en de gereedschappen niet voor. We moeten leren die onderdelen bij elkaar te brengen zodat de zonnecel beter gaat werken.”
“We hebben nu al laten zien dat we een werkende zonnecel kunnen maken, ook al kennen we de stappen nog niet in detail. Bij het ontwikkelen van materialen wil ik weten hoe ze in elkaar zitten, maar ik wil vooral iets maken waar we wat aan hebben. De eerste computer is ook gemaakt zonder te weten hoe ons brein in elkaar steekt en kan toch sneller rekenen dan menselijke hersenen.”
Maar moet je niet eerst precies weten hoe fotosynthese in elkaar zit als je het kunstmatig na wil doen?
“Ik heb het niet tot hoogste doel om de natuur na te doen, maar om slimmer te zijn. Waarom zou je de natuur willen nabootsen? We moeten juist iets doen waar de natuur niet aan heeft gedacht. Kijk eens om je heen: als mensen gebruiken wij auto’s, computers en mobiele telefoons omdat we niet kunnen schreeuwen naar onze oma verderop. Aan telecommunicatie heeft de natuur niet gedacht. De natuur vond het genoeg om op korte afstand met elkaar te kunnen communiceren. Met iemand chatten aan de andere kant van de wereld is functionaliteit die mensen zelf bedacht hebben.”
“Het ultieme begrip hebben van iets betekent dat je het kunt gebruiken om er wat mee te maken. Wanneer begrijp je mechanica? Als je de Eiffeltoren kunt bouwen. Wanneer snap je chemie? Als je een grote fabriek neer kunt zetten die drie ton per uur aan chemicaliën produceert op een veilige manier. Dan snap je elk detail. Het maken is het ultieme bewijs dat je iets begrepen hebt.”
De woorden van een ware ingenieur.
Ja, ik ben een ingenieur dus ik wil iets maken. Waar ik trouwens ook over nadenk is hoe we elektronica, gebouwd met silicium, koperdraadjes en elektronen, kunnen koppelen aan de communicatie van ons lichaam die via zenuwcellen en actiepotentialen verloopt.”
Waar zou dat nuttig voor zijn?
“Een prothese voor het netvlies zou iets kunnen zijn. Maar je kan ook aan gehoor denken. Nu hebben we allemaal nog een mobieltje in onze zak zitten. Maar wat als we die gewoon achter ons oor kunnen implanteren? Wat wij als mens nu doen met elektronica gaat volledig via onze zintuigen en niet direct via onze hersenen. Het is raar dat we nog steeds onze extremiteiten moeten gebruiken om iets over te dragen op elektronica. Jij neemt ons gesprek nu op met die audiorecorder. Waarom kan ik nu niet gewoon mijn gedachte in dat apparaat duwen?”
Is elektronica integreren in onze hersenen een realistisch doel?
“Het hoeft niet op de korte termijn. En ik zeg niet dat het succesvol gaat zijn. Maar ik vind de vraag op zichzelf heel interessant. Iemand die doof is kunnen we niet laten horen en iemand die blind is kunnen we niet laten zien. Terwijl het niet zo moeilijk moet zijn om ergens in je hersenen in te grijpen. Maar er zit nergens een stekkertje die we in kunnen pluggen. Uiteindelijk heb je voor zulk soort onderzoek medici nodig die weten hoe de hersenen in elkaar zitten. Maar in de eerste stap kunnen we proberen cellen te laten reageren op elektrische signalen of andersom. Kijken hoe we dat stekkertje tussen die twee voor elkaar krijgen.”
Wilde u vroeger ook altijd al dingen in elkaar zetten?
“Ja, vroeger zette ik fietsen en modelvliegtuigjes in elkaar. Ik had al snel door dat ik naar de technische universiteit moest zodat ik wat kon maken.”
Op welke ontdekking van uw onderzoeksgroep bent u het meest trots?
“Waar ik met trots op terugkijk zijn de dingen die de hele wetenschappelijke wereld doet sinds wij ermee begonnen. Zo hebben we een tijd lang gewerkt aan wat een ‘multi-junction’ zonnecel heet: daar stapel je er meerdere van op elkaar. Op zichzelf is dat geen nieuw idee, maar het lukte ons om dit voor het eerst te doen met organische zonnecellen van polymeren. Twee jaar later kwamen er twee grote Europese subsidies die beide vijftien miljoen besteedden om dit concept verder te ontwikkelen. En nu zie je in de literatuur dat heel veel groepen er onderzoek aan doen. En vaak alweer beter dan wij.”
Vindt u het niet vervelend dat anderen dan met uw doorbraak aan de haal gaan?
“Nee, daar doe je het uiteindelijk voor. Kijk naar Watson en Crick, de ontdekkers van de dubbele helix van DNA. Hun ontdekking heeft geleid tot ongelofelijk veel nieuw onderzoek en kennis. Er is niks mooier dan een ontdekking doen waar de hele wereld mee aan de slag gaat. Dan heb je juist écht iets ontdekt. De kunst is om een paar jaar later weer met iets nieuws te komen. Het gaat niet om de beste zijn, maar om de eerste te zijn. Vergelijk het met de eerste man op de maan: velen volgden maar alleen hij is bekend, omdat hij de eerste was. Ergens de eerste mee zijn staat bij mij hoog in het vaandel.”