De energietransitie onder de (nano)loep: Zwaartekrachtsubsidie voor ANION-project
Scheikundigen en natuurkundigen samenbrengen om tot op de bodem uit te zoeken hoe elektrochemische processen op de kleinste schaal werken. Dat is het doel van het nieuwe Advanced Nano-electrochemistry Institute of the Netherlands, of kort: ANION. Het consortium ontvangt hiervoor een Zwaartekracht-subsidie van 23,6 miljoen euro.
‘Uiteindelijk draagt onze kennis bij aan efficiëntere apparaten voor de energietransitie’, vertelt de Leidse professor Marc Koper. ‘Maar dat is niet ons primaire doel. Wij willen gewoon beter begrijpen hoe de elektrochemische processen werken die daarvoor nodig zijn.’
Niet dat de toepassing onbelangrijk is, integendeel, zegt professor Jan van Ruitenbeek. ‘Maar daar is al veel onderzoek naar, bijna al het onderzoek is toegepast werk. Daarin lopen wetenschappers tegen allerlei vragen aan die nu onopgelost blijven. Wij hadden juist behoefte aan een consortium dat al die vragen over elektrochemische processen in detail gaat beantwoorden. Zonder ons al teveel te laten afleiden door de toepassing.’
Nanostructuren: het geheim achter een efficiënt proces
Er zijn in de elektrochemie namelijk nog een hoop onopgeloste mysteries. De ANION-wetenschappers gaan kijken naar de processen die belangrijk zijn voor batterijen, electrolysers en brandstofcellen. ‘In al deze apparaten vinden zeer vergelijkbare reacties plaats,’ aldus Koper. ‘De reacties vinden plaats op het grensvlak van een elektrode en een elektrolyt: een medium, veelal een zoutoplossing, waarin de elektrode zich bevindt.’
Om zoveel mogelijk uit de reactie te halen, moet dat grensvlak zo groot mogelijk zijn. Koper: ‘Dat doen we door op nanoschaal een structuur aan te brengen op de elektrode: we geven het oppervlak piepkleine bergjes en dalen. Maar wat nou precies de invloed van die nanostructuren is op het gedrag aan het grensvlak, dat weten we nog niet zo goed. Als we dat beter begrijpen, kunnen we de nanostructurering wellicht op een efficiëntere manier veranderen. Dat willen we achterhalen.’
'We weten nog niet waar we uitkomen. Mooi, maar ook een uitdaging!'
De elektrochemie-boeken herschrijven
Wellicht leidt die nieuwe fundamentele kennis wel tot compleet nieuwe concepten, hoopt professor Petra de Jongh van de Universiteit Utrecht. ‘We zijn nu voornamelijk de bekende processen aan het optimaliseren. Maar misschien laten wij straks wel zien dat we op een heel andere manier over batterijen en brandstofcellen moeten nadenken. Een revolutie, in plaats van optimalisatie, dan moeten we de elektrochemieboeken herschrijven!’ ‘We weten nog niet waar we uitkomen’, voegt professor Moniek Tromp van de Universiteit Groningen toe. ‘Dat is mooi, maar ook een uitdaging.’
Natuur- en scheikunde verenigd
Om dat voor elkaar te krijgen, moeten de juiste natuur- en scheikundigen bij elkaar komen. ‘En dat is ook precies waarom we deze zes partners bij elkaar hebben gezocht,’ zegt Koper. ‘Niet alleen vanwege hun verschillende expertises,’ voegt De Jongh toe. ‘Maar ook vanwege de geavanceerde technieken die we verder willen ontwikkelen. Die zijn essentieel om alles te begrijpen. Denk aan het verstrooien van röntgenstraling (Universiteit Groningen), of de elektronenmicroscoop in Utrecht waarmee we nu ook live kunnen meekijken wat er aan dat grensvlak gebeurt.’
In Leiden zit vooral kennis over de klassieke elektrochemie en het doen van scheikundige berekeningen op de computer. Van Ruitenbeek: ‘Bij het LION ontwikkelen we veel technieken en instrumenten die we op het probleem kunnen toepassen. Zoals een nieuwe elektronenmicroscoop die het mogelijk maakt om ook elektrochemische cellen in vloeistof te bekijken. Er zijn nog veel ontwikkelingen in de natuurkunde die nog niet zijn toegepast op de elektrochemie. Dat kunnen we nu gaan doen. Zelf wil ik kijken naar ruismetingen in de signalen. Uit een ruis kun je heel veel informatie halen, dus ik ben erg nieuwsgierig wat dat gaat brengen.’
Doorzettingsvermogen en samenwerking: de weg naar succes
Het binnenhalen van de Zwaartekrachtsubsidie was hard werken. Koper: ‘Dit was de derde keer dat we ons voorstel indienden. ‘Het was echt wel bloed, zweet en tranen.’ De Jongh: ‘Dat toont wel aan hoe graag we het willen. We hebben onszelf uiteindelijk zo’n beetje opgesloten om hier samen aan te werken en discussiëren.’ ‘Dat is heel belangrijk geweest,’ vindt ook Tromp. ‘Veel samen zitten en praten. En volhouden. Omdat we het heel graag wilden en belangrijk vonden, is het ons uiteindelijk toch gelukt.’
Het ANION-consortium
Het consortium staat onder leiding van hoogleraar Marc Koper (LIC). Daarnaast zijn Semonti Bhattacharyya (LION), Katharina Doblhoff-Dier (LIC), Irene Groot (LIC), Ludo Juurlink (LLInC), Jörg Meyer (LIC), Sense Jan van der Molen (LION), Rik Mom (LIC), Michel Orrit (LION), Jan van Ruitenbeek (LION) en Grégory Schneider (LIC) bij het onderzoek betrokken. Mede-aanvragers van dit consortium zijn wetenschappers van de Universiteit Utrecht, Universiteit van Amsterdam, AMOLF, Rijksuniversiteit Groningen en Universiteit Twente.