De chemie van de toekomst
is de toekomst
van de mens

‘Er zijn geen grenzen aan wat
de wetenschap kan onderzoeken’

Achter talloze ingenieuze toepassingen in ons dagelijks leven zitten bollebozen die niet denken in producten, maar in heelallen en nanopartikels. ‘Er zijn geen grenzen aan wat de wetenschap kan onderzoeken’, verklaarde Ernest Solvay ooit. Die hoopgevende boodschap kan onze planeet redden.

Ernest Solvay
een van Belgiës grootste industriëlen

Ernest Solvay geldt als een van de grootste industriëlen die ons land ooit kende. De legendarische stichter van het Solvay-imperium had geen diploma in de chemie – hij miste zijn inschrijving aan de universiteit door een longaandoening – maar was wel een wetenschapper in hart en nieren. Zo’n 150 jaar geleden ontwikkelde hij in zijn kelder een procedé om op grote schaal natriumcarbonaat of soda te maken uit ammoniak. Dankzij de industriële revolutie had het gebruik van soda voor glasproductie een hoge vlucht genomen.

Solvay, een Belgische
high-tech multinational

Het bedrijf dat Ernest in 1863 samen met zijn broer Alfred oprichtte, groeide succesvol en was voor de Eerste Wereldoorlog zelfs even de grootste multinational ter wereld. Vandaag telt het beursgenoteerd chemie- en materialenconcern 27.000 werknemers in 58 landen. Vijf jaar geleden was Solvay’s belangrijkste klant nog een glasverwerkingsbedrijf. Nu zijn dat vliegtuigbouwers en makers van smart devices die Solvay’s metaalvervangende materialen gebruiken voor hoogtechnologische toepassingen.

Wetenschap
wordt poëzie

Hoe indrukwekkend dat parcours ook is, Ernest Solvay zou snuiven mocht hij enkel daarvoor herinnerd worden. Hij was gezegend met een open geest en een brein dat de wereld wilde verkennen. De financiële onafhankelijkheid die zijn zakelijk succes garandeerde, greep hij gretig aan om zich toe te leggen op zijn passie voor de wetenschap.

De mooiste erfenis zijn de wetenschappelijke hoogmissen die sinds 1911 bijna jaarlijks in België plaatsvinden. Op de Solvay Conferences delibereren ’s werelds topbreinen over een fundamenteel wetenschappelijk onderwerp. Om de wetenschap verder te helpen, aarzelen ze niet om elkaars levenswerk in emotionele uitwisselingen te ondergraven.

‘Sommigen kunnen zo kort en helder een fundamentele verklaring geven voor een extreem complex gegeven, dat het bijna poëzie is. Daarna barst de discussie los. De concentratie van energie, passie en intensiteit die daarbij getoond wordt, is fundamenteel gedreven door hun nieuwsgierigheid naar hoe de natuur in elkaar zit. Een intens menselijk avontuur’, legt Jean-Marie Solvay uit. Hij leidt de International Solvay Institutes for Physics and Chemistry die zijn betovergrootvader in 1912 oprichtte. Sinds 1970 zijn ze gehuisvest op de campus van de VUB en de ULB.

Jean-Marie Solvay

De Brusselse antichambres
van de Nobelprijs

Ook dit jaar zijn enkele genieën in Brussel bijeen gekomen. Ze namen het thema ‘De fysica van levende materie: ruimte, tijd en informatie in biologie’ onder de loep. De thema’s van de Solvay Conferences, die traditioneel plaatsvinden in het Hotel Metropole, lezen als een longlist van wetenschappelijke doorbraken. Op de conferentie van 1953 hoorde de wereld bijvoorbeeld voor het eerst van het bestaan van de dubbele helixstructuur van het DNA-molecuul, essentieel om het menselijk erfelijkheidsmateriaal in kaart te brengen. ‘Een groot deel van het succes van deze conferenties en van open innovatie, is het vermogen om een probleem vanuit een ander perspectief te benaderen, het ene jaar vanuit de chemie en het andere jaar vanuit de fysica’, zegt Jean-Marie Solvay. ‘Dankzij zo’n andere kijk kan er schot in de zaak komen.’

De grootste
meeting van geniale geesten

  • 1911
  • 1913
  • 1924
  • 1927
  • 1930
  • 1933
  • 1951
  • 1954
  • 1958
  • 1961
  • 1964
  • 1967
  • 1970
  • 1973
  • 1982
  • 1984
  • 1998
  • 2001
  • 2005
  • 2008
  • 2011
  • 2014

Vooral de conferentie van 1927 prijkt in de geschiedenisboeken. Ze stond in het teken van de vers geformuleerde kwantumtheorie, met Albert Einstein en Niels Bohr als prominente kemphanen. Einstein had een probleem met het filosofische fundament van de theorie. Hij kon niet aanvaarden dat waarschijnlijkheid en kansberekening een grote rol zouden spelen, en deed de beroemde uitspraak dat ‘God niet dobbelt’.

Misschien waren er nooit meer geniale geesten op eenzelfde plaats als in die laatste week van oktober 1927. Van de 29 aanwezigen wonnen er uiteindelijk 17 de Nobelprijs. Het zijn namen die nog luid klinken. Naast Bohr en Einstein waren dat onder meer Marie Curie (radioactieve bestraling bij kankerbehandeling), Werner Heisenberg (onzekerheidsprincipe), Erwin Schrödinger (Schrödingers kat), Max Planck (kwantumtheorie) en Hendrik Lorentz (elektron).

Ook België had een vooraanstaande deelnemer met de kanunnik en kosmoloog George Lemaître (1894-1966). Die ontdekte dat jaar dat het heelal niet constant en onveranderlijk is, maar dat het uitdijt. Omgekeerd betekent dit dat het heelal ooit ergens in een klein hoekje moet begonnen zijn. Dat maakt van Lemaître de vader van de oerknal. Einstein boorde Lemaître aanvankelijk de grond in omdat diens theorie op gespannen voet stond met zijn algemene relativiteitstheorie. Later moest hij erkennen dat de bescheiden Belg toch gelijk had.

Geen gps zonder fundamenteel onderzoek

De meeste wetenschappers op de Solvay-conferenties houden zich niet in de eerste plaats bezig met oplossingen voor praktische problemen of concrete toepassingen. Toch komen die er vaak uiteindelijk wel. Het onderzoek naar het navigatiesysteem gps kwam in de jaren 1960 op gang en bouwde voort op Einsteins speciale relativiteitstheorie uit 1905. Theoretische chemische inzichten leidden onder meer tot materialen zoals composieten met vergelijkbare eigenschappen als staal, maar dan veel lichter. Daardoor kunnen ze het energieverbruik van auto’s en vliegtuigen flink doen dalen.

Spannende tijden
voor chemici

Chemie wordt de ‘centrale wetenschap’ genoemd omdat ze zo’n grote invloed heeft op belendende vakgebieden als fysica, materiaalwetenschappen en life sciences. ‘Het zijn spannende tijden. Met chemie kan je de moleculaire structuur van bijna elke materie controleren. Van het maken van nieuwe medicijnen of polymeren tot anoden en kathoden voor de lithium-ionbatterijen die belangrijk zijn voor de opslag van groene energie. De chemie bouwt op vanaf de grond en dat drijft innovatie. De invloed van de chemie zal de komende 20 jaar enorm zijn’, vertelt Peter Schulz vol verve. Als voorzitter van The Scripps Research Institute en Calibr valt hij niet van grootspraak te verdenken. Die twee grote Amerikaanse biomedische onderzoeksinstituten focussen op celtherapie voor kanker en op medicijnen voor multiple sclerose, taaislijmziekte en tuberculose. Voor zijn werk kreeg hij in 2013 de prestigieuze Chemistry of the Future Solvay Prize.

De invloed van de chemie zal de komende 20 jaar enorm zijn

Peter Schultz

Tot voor kort hielden wetenschappers zich alleen bezig met fundamenteel onderzoek, het vergaren van kennis om de kennis. De praktische toepassingen kwamen bijna alleen uit de industrie. Daarin komt verandering. De academische wereld – zeker de jonge wetenschappers – toont steeds meer interesse in de concrete impact van haar onderzoek op de samenleving. Door het mengen van de werelden van fundamentele en toegepaste wetenschappen met een dosis serendipiteit, komen vaak ontdekkingen tot stand.

De academische wereld toont steeds meer interesse in de concrete impact van haar onderzoek op de samenleving

Breek uit
je bedrijf

De zogenoemde open innovatie, waarbij uitvindingen vrij circuleren en vernieuwingen voortvloeien uit samenwerkingen, sluit naadloos aan op het gedachtegoed van Ernest Solvay. ‘Je kan niet meer innoveren terwijl je opgesloten zit binnen de muren van je bedrijf’, beklemtoont Nicolas Cudré-Mauroux, de Zwitser die aan het hoofd staat van de onderzoeks- en innovatieafdeling bij Solvay. ‘Als je niet aan open innovatie doet, bots je op de grenzen van je technologie. Als bedrijven de producten willen aanbieden waar de klanten om vragen, moeten ze samenwerken met externe partijen als universiteiten en onderzoeksinstituten.’

Nicolas Cudré-Mauroux

InnovatieToegepaste
wetenschap
Fundamentele
wetenschap

Race op de lange termijn

Open innovatie komt met een angel. Omdat de gecreëerde kennis voor iedereen toegankelijk is, kunnen concurrenten sneller praktische toepassingen bedenken dan diegene die er het meest in investeert. ‘Het is een race’, glimlacht Cudré-Mauroux. Bij de ontwikkeling van oplossingen moet Solvay natuurlijk rekening houden met de economische realiteit, maar het bedrijf doet dat met de hele levenscyclus van een product in gedachten. ‘Een motorkap uit koolstofvezelcomposiet kost meer dan een metalen versie, omdat zowel de grondstoffen als de productie duurder zijn, maar al na een paar duizend kilometer is die meerprijs terugverdiend. Het lagere gewicht zorgt voor een lager brandstofverbruik.’

Een batterij
aan innovaties

De populariteit van elektrische wagens zit in de lift. De eerste ‘goedkope’ Tesla kwam op de markt, gevolgd door de aankondiging van nagenoeg alle grote autoconstructeurs dat ze binnenkort enkel nog hybride- of volledig elektrische modellen lanceren. Hun succes staat of valt met het bereik. Nu is dat voor een volledig elektrische auto rond de 300 kilometer. ‘Met onze technologie moeten we hun autonome capaciteit de komende tien jaar verdubbelen’, meent Nicolas Cudré-Mauroux, hoofd van Research & Innovation bij Solvay. ‘De auto-industrie rekent op ons.’ Dat is niet onlogisch. Solvay bekleedt een sleutelpositie in de batterijtechnologie en werkt samen met alle grote fabrikanten. Zijn polymeren zitten in componenten als de casing van de batterijen van elektrische wagens of smartphones, en dragen bij aan een grotere performantie en veiligheid.

Lees verder

Een batterij
aan innovaties

Batterijen zijn niet de enige onderdelen waarin Solvay’s innovaties voor schoner transport zitten. Emblematisch is het zonnevliegtuig Solar Impulse. Solvay leverde als eerste partner 6.000 producten waarmee het vliegtuig een wereldreis op enkel zonne-energie kon maken. Het verving het metaal in de vleugels, staartvlakken en motoren door lichtgewichtmaterialen waardoor het brandstofverbruik daalt. Deze specialisatie in metaalvervangende materialen breidde Solvay uit met composieten voor auto’s en vliegtuigen. ‘Onze volgende stap is de kennis van deze twee materialen bijeenbrengen en voort innoveren. Daarmee kunnen we een nieuw hoofdstuk in de materiaaltechnologie schrijven’, zegt Cudré-Mauroux. ‘Onze innovaties zijn onlosmakelijk verbonden aan duurzaamheid, dé groeimotor van onze groep.’

Onze leefwereld
vormgeven

Het mag allemaal nuchter en zakelijk klinken, maar er zit wel degelijk een geloof achter al die wetenschap, namelijk dat de mens die zijn omgeving beter begrijpt die ook beter kan vormgeven. Wetenschap kan ook een baken zijn van zekerheid in een tijd van twijfel. Niemand weet wat de Amerikaanse president zal tweeten en wat daar nadien uit volgt. Maar de kracht waarmee in Cambridge een appel uit een boom valt, is nog altijd dezelfde als toen Isaac Newton daar in 1687 zijn theorie van de zwaartekracht neerpende.

Wetenschap geeft ons niet alleen geruststelling, maar ook hoop dat we de uitdagingen die op ons afkomen kunnen beantwoorden. De wereldbevolking is goed op weg om tegen 2050 tegen de tien miljard aan te schurken. De fossiele brandstoffen die nog altijd zorgen voor een aanzienlijk deel van onze energievoorziening raken uitgeput. En de aarde blijft opwarmen.

Het antwoord
op de uitdagingen
van vandaag

De mensheid verwacht van wetenschappers dat ze oplossingen bedenken voor voldoende voedsel, meer hernieuwbare energie en minder CO2. ‘Het goede nieuws is dat wetenschappers in staat zijn om dat waar te maken, gesteld dat we er op tijd aan beginnen’, zegt de Amerikaanse chemieprofessor Peter Schultz. Toch mogen we niet achteroverleunen in de veronderstelling dat wetenschappers die ‘klusjes’ zomaar klaren. ‘Wetenschappers kunnen het niet alleen. Het gaat om keuzes die we als samenleving moeten maken en die opofferingen vragen. Jammer genoeg dringt die boodschap niet genoeg door bij hen die daarover belangrijke beslissingen moeten maken, zoals politici en bedrijfsleiders. Zij hebben vaak te weinig kaas gegeten van wetenschap om de werkelijke draagwijdte van die problemen goed in te schatten.’ Voor zijn werk kreeg Schultz in 2013 de prestigieuze Chemistry of the Future Solvay Prize. Jammer genoeg kampt de chemie met een imagoprobleem. ‘De term chemie doet velen vooral denken aan vervuiling. We kunnen dus wel wat pr gebruiken om haar positieve impact op onze levens in de verf te zetten.’

Peter Schultz

Een auto
ter grootte van een speldenkop

In 2013 vierde de Solvay Group zijn 150ste verjaardag met de lancering van een prestigieuze prijs. De tweejaarlijkse Chemistry for the Future Solvay Prize beloont een grote wetenschappelijke ontdekking die de chemie van morgen kan vormgeven en de menselijke vooruitgang bevorderen. Met de onderscheiding voor het fundamenteel onderzoek gaat een geldprijs van 300.000 euro gepaard.

De vorige laureaat was de Nederlander Ben Feringa voor zijn onderzoek naar moleculaire robotten, zoals een autootje kleiner dan een speldenkop dat miljoensten van millimeters rijdt. Ook het Nobelcomité onderschrijft het belang van dat onderzoek. Feringa kreeg er vorig jaar de Nobelprijs voor Chemie voor.

Solvay reikt ook al meer dan twee decennia jaarlijks Solvay Awards uit aan uitmuntende studenten en onderzoekers in chemie, fysica en ingenieurswetenschappen aan de ULB en de VUB. Daarnaast steunt het bedrijf de internationale prijs voor jonge scheikundigen die de internationale scheikundige organisatie IUPAC jaarlijks toekent.

Fundamenteel
kiezen voor
fundamentele wetenschap

Nochtans moet chemie haar verdiensten gemakkelijker kunnen verkopen dan een wetenschapstak als fysica, simpelweg omdat de link tussen basisonderzoek en concrete innovaties veel zichtbaarder is. ‘Fysici kijken naar de sterren en de theoretische wetten van het heelal. Chemici kijken naar moleculen en welke eigenschappen je daaruit kan halen’, verklaart Jean-Marie Solvay. ‘Maar voor allebei is fundamenteel onderzoek belangrijk. Iemand die een nieuw materiaal ontdekt, doet dat niet met lichtere of stevigere vliegtuigen in het achterhoofd.

Een van die mensen is Nobelprijswinnaar Jean-Marie Lehn van de Université Louis Pasteur in Straatsburg en lid van de jury voor de Chemistry of the Future Solvay Prize. ‘Het klinkt misschien cru, maar voor mij komt het maatschappelijk belang van mijn ontdekkingen op de tweede plaats na het ontdekken zelf. Zonder fundamenteel onderzoek vergaar je geen kennis en kunnen er dus ook geen toepassingen volgen. Ik heb mij op het eerste toegelegd. Je kan uiteindelijk niet alles doen.’

Lehn ontving in 1987 de Nobelprijs in de Chemie, samen met Donald Cram en Charles Pedersen. Zij ontdekten dat de driedimensionale vorm van moleculen cruciaal is voor hun chemische en biologische functies. Hormonen en enzymen bijvoorbeeld, kunnen zich koppelen aan cellen zoals sleutels die in een slot passen. De vorsers ontwikkelden ook synthetische molecules die het gedrag van enzymen kunnen nabootsen. Dat maakt het onder meer mogelijk om geneesmiddelen op maat te maken. Dat ik niet zelf daarmee bezig ben, neemt niet weg dat ik geïnteresseerd ben in de toepassingen die uit mijn ontdekkingen voortvloeien.’

Jean-Marie Lehn

‘De mens is ook
maar een hoop moleculen’

‘Niet iedereen moet wetenschapper worden – het zou maar een saaie wereld zijn – maar iedereen zou wel wetenschappelijk oonderricht moeten krijgen’, meent topchemicus Jean-Marie Lehn. ‘Fysica, dat zijn de wetten van de natuur en het heelal. Biologie probeert om het levend organisme te doorgronden. En chemie is de brug tussen die twee. Op de middelbare school zou de nieuwsgierigheid van alle leerlingen geprikkeld moeten worden. Als we het op de goede manier aanpakken, lukt dat zeker.’

Hij toont meteen hoe het moet met een concreet voorbeeld. ‘Iedereen zou moeten begrijpen wat moleculen zijn. Die zijn gemaakt uit atomen zoals een huis is gemaakt uit bakstenen. Moleculaire chemie kijkt naar hoe je moleculen bouwt. Dat kan bijvoorbeeld leiden tot nieuwe materialen of medicijnen. Je kan ook verder gaan en met verschillende moleculen beginnen te bouwen. Dat heet supramoleculaire chemie. Elk levend organisme is een hoop moleculen die op een supramoleculaire manier met elkaar interageren. Ook de mens zit zo in elkaar, al vinden we dat soms een ongemakkelijk idee.’

‘Fundamenteel en toegepast onderzoek
gaan hand in hand’

Vincent Ginis ziet veel minder onderscheid tussen fundamenteel en toegepast onderzoek. ‘De geschiedenis bewijst dat ze hand in hand gaan’, zegt de jonge vorser die verbonden is aan de VUB en Harvard University. Hij onderzoekt er de interactie tussen licht en materie. ‘Het is niet zo dat na jaren van fundamenteel onderzoek het stokje wordt doorgegeven aan de toegepaste wetenschapper die er dan dingen mee maakt. Galileo beschreef ons zonnestelsel, maar om dat fundamenteel onderzoek te doen, moest hij wel eerst een telescoop bouwen. Einstein kreeg het idee van speciale relativiteit toen hij zich als bediende in een patentenbureau moest buigen over een patent om klokken preciezer te laten lopen.’

Vincent Ginis

Meer science,
minder fiction

Voor zijn werk kreeg Ginis in 2014 de Solvay Award, een onderscheiding voor uitmuntende studenten en onderzoekers in chemie, fysica en ingenieurswetenschappen. Het illustreert die verstrengeling. ‘Sinds Einstein weten we dat licht door de kromming van het universum een gebogen pad kan volgen. Dat is ook mogelijk bij bepaalde omstandigheden, zoals dicht bij de grond in de woestijn. De warmte is daar veel groter, wat de materiaaleigenschappen van de lucht verandert en zo het licht verbuigt. Mijn onderzoek gaat onder meer over nanopartikels die licht zo kunnen krommen dat objecten onzichtbaar worden.’

Het klinkt als sciencefiction, maar dan wel met steeds meer science en steeds minder fiction. Wetenschappers zijn er nu al in geslaagd om statische objecten transparant te maken door licht te verbuigen, op voorwaarde dat die, net als de waarnemer, niet bewegen. Nieuwe doorbraken die onzichtbaarheid doen ‘bewegen’, kunnen het mogelijk maken voor dokters om te opereren zonder dat hun handen hun zicht blokkeren, of voor truckers om door hun vrachtwagen in hun blinde hoek te kijken.

Oproep
tot verwondering

Of het nu science of sciencefiction is, het valt Ginis op hoe weinig verwondering onderzoek en technologie nog opwekt bij het brede publiek. ‘Al te vaak vinden we het logisch dat wetenschappelijke vooruitgang voor magische verbeteringen zorgt, terwijl we het niet eens magisch meer vinden. Alsof het een natuurwet is dat onze computers steeds kleiner worden of dat we naar 3D-beelden kunnen kijken. We moeten mensen aansporen om meer stil te staan bij hoe mooi de wereld rondom ons in elkaar steekt, en zich daarover te verwonderen.’
Dat is ook het onderwerp van zijn toespraak dit jaar op de uitreiking van de Chemistry for the Future Solvay Prize. Ginis erkent dat het daarbij voor wetenschappers wel gelijk oversteken is. ‘Om het publiek meer te informeren en te betrekken, moeten wetenschappers hun inzichten beter vertalen naar gewone mensentaal. Dat zou ook voor henzelf een goede zaak zijn. Een duidelijke taal die niet doorspekt is met vakjargon zet aan tot helder denken en vermindert de schotten tussen de verschillende disciplines.’