De energietransitie onder de (nano)loep: Zwaartekrachtsubsidie voor ANION

- EN- NL

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. Hoogleraar Petra de Jongh van de Universiteit Utrecht is een van de hoofdaanvragers.

"Uiteindelijk draagt onze kennis bij aan efficiŽntere apparaten voor de energietransitie", vertelt de Leidse professor Marc Koper die het project coŲrdineert. "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, eveneens werkzaam aan de Universiteit Leiden. "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 te veel te laten afleiden door de toepassing."

Tekst gaat verder onder de afbeelding.

Nanostructuren: het geheim achter een efficiŽnt 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 efficiŽntere manier veranderen. Dat willen we achterhalen."

De elektrochemie-boeken herschrijven

Wellicht leidt die nieuwe fundamentele kennis wel tot compleet nieuwe concepten, hoopt hoogleraar Petra de Jongh. "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 elektrochemie-boeken herschrijven!" "We weten nog niet waar we uitkomen", voegt Moniek Tromp van de Universiteit Groningen toe. "Dat is mooi, maar ook een uitdaging."

Met de elektronenmicroscoop in Utrecht kunnen we nu live meekijken wat er aan het grensvlak gebeurt

Hoogleraar Petra de Jongh

Natuuren scheikunde verenigd

Om dat voor elkaar te krijgen, moeten de juiste natuuren 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 rŲntgenstraling (Universiteit Groningen), of de elektronenmicroscoop in Utrecht waarmee we nu ook live kunnen meekijken wat er aan dat grensvlak gebeurt."

Bijdragen Universiteit Utrecht

Vanuit de Universiteit Utrecht zijn scheikundigen en natuurkundigen van het Debye Instituut betrokken bij het ANION-project. De bijdrage valt uiteen in twee belangrijke componenten. In de eerste plaats gaan zij fundamenteel onderzoeken wat er gebeurt op het grensvlak van vaste stof en vloeistof in de (nano)poreuze materialen die worden gebruikt voor elektrochemische processen. In de tweede plaats maken ze gebruik van zeer geavanceerde elektronenmicroscopie om deze processen zichtbaar te maken.

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 discussiŽren." "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 consortium staat onder leiding van hoogleraar Marc Koper van de Universiteit Leiden. Mede-aanvragers van dit consortium zijn wetenschappers van de Universiteit Utrecht, Universiteit van Amsterdam, AMOLF, Rijksuniversiteit Groningen en Universiteit Twente.