Van zonnecel naar zonnebrandstof

Prof.dr.ir. René Janssen – Fysische organische chemie

Hoe kun je opgewekte zonne-energie op een nuttige manier opslaan, bijvoorbeeld in een brandstof? Dat is één van de problemen waar prof.dr.ir. René Janssen (Technische Natuurkunde / Scheikundige Technologie) zich op richt. Hij is sinds dit jaar universiteitshoogleraar en één van de boegbeelden van de TU/e. Zijn drang om de grenzen in de wetenschap te verleggen leverde hem deze zomer een Europese topsubsidie van 2,5 miljoen euro op.

Bij binnenkomst van de werkkamer van René Janssen valt direct de grootte op. Zijn bureau in de hoek – met daarboven een poster van Laurel & Hardy – neemt eigenlijk maar een fractie van de ruimte in beslag. Twee van de wanden zijn bedekt met een grote boekenkast vol proefschriften, boeken en foto’s – en een grote fles bier, onder het stof. We nemen plaats aan een grote overlegtafel. Met zijn grapjes en ietwat guitige blik maakt Janssen een open en ontspannen indruk. Hij praat als een wetenschapper: rustig en zorgvuldig zijn woorden kiezend.

Snijvlak van natuurkunde en chemie

René Janssen leidt een onderzoeksgroep die verdeeld is over twee faculteiten: een deel vormt Macromoleculaire en Organische Chemie bij Scheikundige Technologie en het andere is Moleculaire Materialen en Nanosystemen bij Technische Natuurkunde. De combinatie maakt dat de onderzoekers elkaar versterken, volgens Janssen. ‘Fysici zijn exacter, ze willen liever eerst een model maken om te weten hoe iets werkt. Chemici zijn juist echte doeners, ze gaan sneller iets gewoon in de praktijk proberen.’

De combinatie is bovendien essentieel, aangezien zijn onderzoek zich op het snijvlak van natuurkunde en chemie bevindt. In algemene zin richt hij zich op organische materialen die ‘iets doen met licht of elektriciteit’, ofwel koolstof houdende materialen die licht omzetten in elektriciteit, of andersom, en de toepassingen daarvan. In het bijzonder gaat het daarbij om plastic zonnecellen, maar ook om transistors, sensoren of diodes. ‘Chemici zijn nodig om een materiaal te maken’, zegt Janssen, ‘de natuurkunde gebruik je om het materiaal te gebruiken en de processen te begrijpen.’

Pionier

Het meest befaamd is Janssen om zijn werk aan plastic zonnecellen. De productieprocessen van dit type zonnecel vinden bij lage temperatuur plaats. Dat maakt ze makkelijker en goedkoper te maken dan andere soorten zonnecellen. Het rendement blijft echter met zo’n tien procent nog flink achter bij commerciële siliciumcellen. Veelbelovend is dat Janssen de afgelopen jaren heeft laten zien dat je plastic cellen met verschillende samenstelling kunt stapelen en je zo het rendement aanzienlijk kunt verhogen.

Janssen is een echte pionier. Hij houdt van de uitdaging om iets te realiseren dat men onmogelijk acht. Kun je geen stroom door plastic laten lopen? Dan zal Janssen niet rusten tot het hem is gelukt. Is het maximale rendement 15%? Dan gaat hij net zolang proberen tot hij 16% heeft bereikt. Hij gaat op zoek naar fouten, hij wil de grens verleggen, nieuwe koersen inslaan. Niet voor niets kreeg hij al eens de Pionierprijs van NWO-CW en de Speurwerkprijs van KIVI–NIRIA.

‘Ik wil een rol spelen die ertoe doet’, zegt hij. ‘Nieuwe dingen doen die misschien irrelevant lijken op dat moment, maar veertig jaar later heel toepasbaar zijn.’ Het onderzoek aan plastic zonnecellen illustreert dit. Toen hij zich hierop begon te richten – een jaar of tien geleden – omvatte het onderzoeksveld niet meer dan vijftig mensen. Tegenwoordig zijn dat er vijfduizend en worden veel van de principes die de groep van Janssen als eerste bedacht door anderen nagedaan. 

Opslaan van zonne-energie

En nu is hij weer een nieuwe, uitdagende weg ingeslagen met behulp van de Advanced Grant van 2,5 miljoen euro die hij deze zomer van de European Research Council (ERC) kreeg toegewezen – één van de grootste onderzoeksubsidies die je als individuele onderzoeker kan binnenslepen. Zijn nieuwste doel is het opslaan van zonne-energie. Een urgent probleem voor het grootschalig gebruik van zonne-energie, aangezien de meeste behoefte voor energie ontstaat als de zon juist niet schijnt en er momenteel geen goede manieren zijn om de energie op te slaan.

Janssen wil de energie uit de zonnecellen opslaan in vloeibare brandstoffen, zogeheten ‘solar fuels’. De eerste stap daartoe is de opgewekte spanning uit de zonnecellen gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof – in feite het nabootsen van fotosynthese. Dit heeft hij inmiddels in zijn lab al weten te realiseren. De volgende stap is nu om de gewonnen waterstof te combineren met kooldioxide tot een moleculaire brandstof.

De uiteindelijke droom van Janssen – met een knipoog – is een zonnecel op het dak waarop aan de ene kant een waterkraan is aangesloten en aan de andere kant het gasnet. Het integreren van zonnecellen met chemische reacties dat Janssen beoogt te realiseren is niet eerder vertoond. ‘Maar het doel is mijn motivatie’, zegt Janssen. ‘De weg ernaartoe is het probleem dat ik wil oplossen.’

Op de valreep wil hij nog kwijt dat er een mogelijk interessant resultaat in aantocht is, al wil hij niet vertellen wat precies. Hij omschrijft het cryptisch met de analogie van de bouw van een vliegtuig: ‘We hebben de losse onderdelen, zoals de vleugel, de staart en de cockpit. Nu moeten we de onderdelen samenvoegen tot een werkend vliegtuig. Of dat gaat lukken is de vraag, maar áls het werkt is het een grote doorbraak.’ We wachten in spanning af…

Auteur: Barry van der Meer

Terug naar het overzicht