Noorderlab is de podcast voor nieuwsgierige Noorderlingen. Elke episode geeft een kijkje in één van de laboratoria van de Rijksuniversiteit Groningen. Onderzoekers vertellen over hun werk achter de schermen en over datgene wat hen drijft. En dat in een informeel studenten kwartiertje waarbij PodGront host Amanda Brouwer de herkenbare voice-over rol vervult. In het eerste seizoen staat het Stratingh Institute for Chemistry centraal met elke maand een speciale episode.

Onze voorraad lithium voor het maken van lithium ion batterijen voor onze Samsungs en andere smartphones is niet oneindig. En daarnaast niet altijd even geschikt en veilig voor de opslag van energie. Universitair hoofddocent Molecular Inorganic Chemistry Edwin Otten zoekt naar alternatieve bouwstenen voor batterijen en alternatieve vormen van grote schaal energieopslag. Niet alleen handig voor onze toekomstige telefoons, maar ook onze toekomstige wind- en zonneparken. 

Deze podcast is ontwikkeld door Science LinX, het science center van de Faculty of Science and Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen. De podcast is mede mogelijk gemaakt door het Koninklijk Natuurkundig Genootschap en geproduceerd door productiehuis PodGront.

Volg Noorderlab op de Science LinX kanalen:

Website: www.rug.nl/noorderlab

Instagram: www.instagram.com/sciencelinx/

Twitter: twitter.com/sciencelinx

En abonneer je hier op de Science LinX nieuwsbrief

Leuk dat je luistert.

De allerbelangrijkste vraag op dit moment is hoe we weg kunnen van fossiele brandstoffen.

Wij geven jou een uniek kijkje in de wereld van experiment, onderzoek en de drijvende krachten achter de kennis van morgen.

Dus die opslag van zeg maar hernieuwbare energie uit wind en zon, da's een groot probleem.

We interviewen onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen over wat hun werk inhoudt en waar hun inspiratie vandaan komt.

We herinneren ons allemaal de ontploffende batterijen van één of andere nieuwe Samsung telefoon.

Altijd meer willen weten? Dan zit je hier goed. Welkom bij Noorderlab. In deze aflevering hoor je Edwin Otten. Hij is universitair hoofddocent Molecular Inorganic Chemistry. Vanuit zijn scheikundig onderzoek probeert Edwin een bijdrage te leveren aan de energietransitie in de wereld waarin onderzoekers op zoek zijn naar nieuwe vormen van energieopwekking om zo niet meer afhankelijk te zijn van fossiele brandstoffen. Zijn interesse voor onderzoek werd al vroeg gewekt in zijn middelbareschooltijd.

Ik denk dat ik heel veel credit moet geven aan de scheikundeleraar die daar toendertijd zat. Een hele aardige en inspirerende man. Die heeft eigenlijk min of meer denk ik het zaadje geplant waardoor ik besloten heb om scheikunde te gaan studeren. En en eigenlijk tijdens die studie werd je vrij snel al in een onderzoek meegenomen. Dus als Bachelor student doe je in Groningen al een behoorlijk deel onderzoek. Ik werd eigenlijk een beetje gegrepen door die ontdekkingsreis die daaraan ten grondslag ligt. Op een gegeven moment zit er een grens aan wat we weten en dus eigenlijk voorbij die grens kijken. Dat is wat mij het meeste drijft eigenlijk. Nou, ik weet nog goed dat ik volgens mij in mijn eerste jaar zelfs een project deed tijdens een practicum waarbij d'r gekeken werd naar het maken van van polymeren.

Een polymeer was dat ook alweer?

Polymeren, dat zijn plastics, dat zijn. Dat zijn hele grote moleculen.

Okay. En door.

En dat je dan door behulp van een specifieke katalysator en kleine aanpassingen daaraan de ketenlengte van zo'n polymeer kon veranderen en daarmee dus de eigenlijk de eigenschappen van iets wat heel zacht en zelfs misschien vloeibaar is tot iets wat heel stijf en en hard is. Dus die relatie tussen hele kleine wijzigingen in de structuur van een molecuul en de eigenschappen die je daarmee uiteindelijk kunt beïnvloeden, dat heeft me altijd gefascineerd.

Om precies te begrijpen wat Edwin doet, moeten we inzoomen. Even wat dieper duiken in de techniek van de scheikunde. Marleen Kamperman uit aflevering 3 herinnerde ons eraan wat polymeren zijn, hele grote moleculen. Edwin legt dan weer helder uit waar die grote moleculen zelf uit bestaan.

Moleculen bestaan uit atomen. En atomen dat zijn de elementen in het periodiek systeem: ijzer, koolstof, palladium. En die atomen die bestaan weer uit een kern. Met een aantal positief geladen deeltjes erin. En daaromheen zit een wolk van elektronen. En die elektronen, die zorgen d'r eigenlijk voor dat die atomen aan mekaar blijven zitten. Dus elektronen zijn zeg maar de lijm om atomen aan mekaar te binden. En een collectie van atomen die aan mekaar zitten dat noem je dan een molecuul.

Ok dat is dan weer even opgefrist. Het maakt het iets makkelijker om zo te begrijpen waar Edwin's promotieonderzoek over ging.

Ja, eigenlijk is mijn promotieonderzoek doorgegaan op het maken van die plastics tussen polyolefines. Het maken, het aan mekaar rijgen van kleine moleculen etheen, in dit geval tot een polymeer dat polyetheen genoemd wordt. Ik heb in mijn PhD met name gewerkt aan katalysatoren die er eigenlijk voor zorgen dat je kleine bouwsteentjes aan mekaar rijgt tot een lange keten. Daarna eigenlijk ging mijn promotie project over een een katalysator waarvan je zou verwachten dat ie die lange ketens zou maken, maar die uiteindelijk bleek om dat ie maar drie van die eenheden etheen aan mekaar deed. En dan maak je een product wat eigenlijk op een andere manier niet zo goed te maken is. Maar wat wel heel belangrijk in de industrie is. En toen zijn we gaan kijken naar wat is het nou eigenlijk in die katalysator in de structuur van dat molecuul? Wat ervoor zorgt dat je zo die selectiviteit van het ene, het maken van een polymeer en de andere producten om kunt zetten.

Ok even op adem komen. We weten nu waar de fascinatie van Edwin ongeveer ligt. Fundamenteel onderzoek, moleculen en hoe je door hele kleine aanpassingen op microniveau toch enorme veranderingen in de uiteindelijke materialen op macroniveau kan maken. Een belangrijke tool hiervoor is katalyse. In dit proces is de katalysator een stof die invloed heeft op de snelheid van een chemische reactie, dus die kan versnellen of vertragen zonder dat die stof zelf verandert. Bij vrijwel alle materialen waar we mee te maken hebben, heeft katalyse een belangrijke rol, legt Edwin uit.

Eigenlijk, nou, in ieder geval tachtig, vijfentachtig procent van alle producten die we die we kopen en die gemaakt worden op wereldwijde schaal die in de plaats via tenminste een van zo'n katalytische reacties. Dus het is ontzettend belangrijk in de bulkchemie. Dus hoe ga je van aardolie naar grote schaal processen maken van nou ja noem het maar op zeep, benzine enzovoorts. Tot hele kleine schaal processen van hele specifieke medicijnen en hele ingewikkelde moleculen. Dus eigenlijk in al die producten zit ergens een stap die met katalyse te maken heeft. Een van de onderdelen van mijn onderzoek gaat erover dat wanneer je kijkt naar welke metalen dan veel gebruikt worden in die katalytische processen, dan zijn het toch vaak metalen die de edelmetalen genoemd worden, palladium, rhodium, iridium. Dat zijn een type metalen waar heel veel katalyse mee gedaan wordt. Maar die komen niet veel voor en dus zijn ze duur en schaars. En om er aan te komen moet je grote hoeveelheden van zo'n mijn afgraven en dan vind je een heel klein beetje van die metalen. Dus een van de onderdelen van mijn onderzoek is erop gericht om te kijken wat is er nou zo specifiek aan de reactiviteit van die edelmetalen? Uhm, en kunnen we dat als we dat beter begrijpen, kunnen we dat vertalen naar naar metalen die goedkoper en meer voorradig zijn, zoals bijvoorbeeld ijzer of dat soort elementen.

En met deze wetenschap wordt de link met duurzaamheid, het stoppen van fossiele brandstoffen en nieuwe vormen van energie, wat volgens Edwin tot de belangrijkste vraagstukken van dit moment behoort, al een stuk concreter. Doordat de wereld steeds minder afhankelijk wil zijn van fossiele brandstoffen en steeds meer duurzame vormen van energie probeert op te wekken, zoals windenergie, zonne-energie. Voor sommigen, misschien zelfs kernenergie, komt er steeds meer elektriciteit op de markt. Wat steeds vaker opgeslagen moet worden. En dan komt het werk van Edwin weer in beeld.

De afgelopen twee, drie jaar of zo ben ik begonnen met met een nieuw project waarbij we kijken hoe je dit soort moleculen kunt gebruiken als nou ja, als bouwsteen ook voor batterijen. Wat je nu heel veel ziet is dat dat er ontzettend veel lithium ion batterijen op de markt gebracht worden en die werken fantastisch. Die hebben een grote energiedichtheid en zo, dus het is niet verwonderlijk dat daar ontzettend veel interesse in is. Maar als je iets voorbij de horizon kijkt dan denk ik dat veel mensen zich realiseren dat ook lithium niet oneindig voorradig is. Dus ook daar is schaarste van dat element en een groot issue. En daarnaast is een probleem met lithium ion batterijen dat eigenlijk de hele energie inhoud in een heel kleine oppervlakte zit. En als dat misgaat dan gaat het ook goed mis. We herinneren ons allemaal de ontploffende batterijen van een of andere nieuwe Samsung telefoon. En dus van wanneer zo'n batterij niet niet meer goed werkt, dan heb je heel veel energie in een heel klein oppervlakte wat wat direct met elkaar in contact is. En als je gaat denken over echt grote schaal toepassingen van energie-opslag he dus bijvoorbeeld naast een windmolenpark of naast zonnecollectoren of zo. Ja dan gaat dat op zo'n grote schaal dat waarschijnlijk lithiumbatterijen en niet voldoende voorradig zullen zijn, maar ook de veiligheidsaspecten daarvan moeilijk te controleren zullen zijn. Ja en daarom wordt er veel onderzoek gedaan nu naar alternatieve grote schaal energieopslag. Uh die niet gebruik maken van van die zeg maar conventionele batterij technieken.

Er moet dus naar alternatieve batterijen worden gezocht voor onder andere de veiligheid en omdat veel metalen waar nu mee gewerkt wordt schaars zijn. Maar wat moet zo'n alternatieve batterij dan precies kunnen?

De toepassing van dit soort dingen gaat gaat echt over. Nou ja, enorme hoeveelheden energie die bijvoorbeeld bij een windmolenpark gegenereerd worden als het heel hard waait, maar die dan op dat moment niet door het net afgenomen kan kunnen worden. En tegelijkertijd, als het dan een keer niet waait en het is 's avonds en iedereen zet z'n TV en de wasmachine aan, dan moet je toch ergens energie vandaan krijgen. En dus dus die opslag van zeg maar hernieuwbare energie uit wind en zon. Dat is een groot probleem, omdat je dat niet makkelijk aan en uit kunt zetten. Je kunt niet bepalen van tevoren wanneer de zon schijnt of wanneer de wind waait.

En omdat veel van de huidige batterijen gemaakt worden met zeer schaarse metalen, probeert Edwin naar veel betere bouwstenen voor die batterijen te zoeken.

Wij kijken nu specifiek naar naar materialen die bestaan uit elementen die echt veel voorkomen in de natuur: koolstof, stikstof, zuurstof. En daarmee ontkoppel je eigenlijk het maken van dat soort batterijen van geopolitieke issues die te maken hebben met waar ligt zo'n mijn waar die metalen dan gewonnen worden? En we moeten toe denk ik naar een systeem waarbij eigenlijk iedereen de beschikking heeft over over dit soort grondstoffen.

Dit was Noorderlab. Je hoorde Edwin Otten over zijn fundamentele onderzoek naar nieuwe vormen van energieopslag. Noorderlab is een podcast van Science LinX van de Faculty of Science and Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen. De podcast is mede mogelijk gemaakt door het Koninklijk Natuurkundig Genootschap en door productiehuis PodGront. Wil jij meer weten over welk onderzoek er gedaan wordt aan de Rijksuniversiteit Groningen? Abonneer je dan op Noorderlab. Je vindt de podcast in je favoriete podcast app. En laat daar, als je wilt ook een review achter? Dan kunnen andere mensen ons beter vinden en kunnen ook zij genieten van deze mooie onderzoeksverhalen. Voor nu. Bedankt voor het luisteren, blijf nieuwsgierig en tot de volgende Noorderlab.