Grote Europese subsidie voor virtueel scheikundelab

17 september 2013

Hoogleraar theoretische chemie Geert-Jan Kroes krijgt een prestigieuze Advanced Grant van de European Research Council (ERC). Met de bijbehorende 2,5 miljoen euro wil Kroes nauwkeurig modelleren hoe gasmoleculen reageren op metaaloppervlakken. Met die fundamentele kennis kunnen veel chemische stoffen efficiënter geproduceerd worden.

Geert-Jan Kroes is chemicus, maar wel een van een bijzonder soort. Zelden of nooit is hij in witte jas en met veiligheidsbril in het laboratorium te vinden. Waar 90 procent van de chemici experimenteert met échte stoffen om diepere kennis te vergaren, doet Kroes die experimenten achter de computer. ‘Dat heeft twee grote voordelen’, zegt hij. ‘Computermodellering kan een dieper inzicht geven: waaróm reageren moleculen op een bepaalde manier met elkaar. En het is goedkoper. Door de computer in te zetten, kunnen we dure experimenten achterwege laten.’

Verbazingwekkend weinig kennis

Slechts een handjevol chemici ontvangt jaarlijks een Advanced Grant van het European Research Council (ERC), sinds enige jaren de belangrijkste financier van fundamenteel onderzoek in Europa. Met de 2,5 miljoen euro die Kroes van het ERC ontvangt, wil hij de komende vijf jaar onderzoeken hoe gassen reageren op metaaloppervlakken. ‘Daar is momenteel veel belangstelling voor’, zegt hij. ‘We weten daar namelijk nog verbazingwekkend weinig van, terwijl heterogene katalyse zoals dat heet, een rol speelt bij de industriële productie van 90% van de chemische stoffen.’ In 2011 ontving Kroes voor hetzelfde onderzoek ook al een Top Grant van NWO.

Bij katalytische reacties is altijd sprake van een katalysator (meestal een metaal), die de reactie weliswaar beïnvloedt, maar zelf geen veranderingen ondergaat. De bekendste is waarschijnlijk de katalysator in de uitlaat van auto’s. Die breekt schadelijke uitlaatgassen af en blijft daarbij zelf intact.

Chemische nauwkeurigheid

Met de ontvangen miljoenen wil Kroes twee promovendi aanstellen en waarschijnlijk vier postdocs (elk twee jaar). Daarnaast schaft hij een krachtiger computer aan van bijna een miljoen euro. Hij wil zich daarmee de komende vijf jaar op de ‘vier grote uitdagingen’ storten binnen het vakgebied van de molecuulreacties op metaaloppervlakken. ‘Met chemische nauwkeurigheid’ wil hij allereerst de interactie berekenen van waterstof-, stikstof- en methaanmoleculen met een metaaloppervlak. Chemische nauwkeurigheid wil zeggen: de berekende vrijkomende energie mag geen hogere foutmarge hebben dan 1 kilocalorie per mol. ‘Ik denk dat er een goede kans is dat we dat probleem kraken’, zegt Kroes.

De drie andere uitdagingen hebben te maken met het nauwkeurig beschrijven van de dynamica van de atomen en elektronen in het metaaloppervlak en het opstellen van een kwantummechanische beschrijving van de beweging van meeratomige moleculen zoals methaan. ‘Of dat lukt is onzekerder. Maar we zijn over vijf jaar in ieder geval een stuk verder.’

Voedselproductie

Kroes’ onderzoek levert fundamentele kennis op het gebied van chemische reacties. Daardoor kunnen toepassingen op termijn op ontelbaar veel terreinen liggen. Voor de hand ligt toepassing bij de productie van waterstof en het gebruik van waterstof in een brandstofcel (de ‘motor’ van een waterstofauto). Ook de productie van ammonia kan mogelijk beter en goedkoper door een scherper inzicht in de chemische interacties die Kroes onderzoekt. ‘Dat is belangrijk voor de productie van kunstmest, wat een grote rol speelt bij de wereldvoedselvoorziening.’

Links

Fundamentals of Science is een van de zes profielthema’s van de Universiteit Leiden.