Na honderden jaren intensief onderzoek zijn er nog genoeg uitdagingen over in de natuurwetenschappen. Een overzicht van doorbraken die jij kunt maken als scheikundige, procestechnoloog, of moleculair levenswetenschapper.
De mens is al tientallen eeuwen bezig de natuur te begrijpen. Wat zou kwalificeren als het eerste chemische experiment? Het gebruik en isolatie van natuurlijke pigmenten als verf komt zeker in aanmerking. Maar waarschijnlijk is het maken van vuur de belangrijkste chemische ontdekking geweest voor onze voorlopers, die tienduizenden jaren geleden de savannes van Centraal Afrika bevolkten.
De omzetting van stoffen en het gebruik van de vrijkomende energie is uit onze moderne maatschappij niet meer weg te denken. De verbrandingsmotor geeft de moderne mens een ongekende mobiliteit, als je de files even wegdenkt. Denk alleen al aan de medicijnen als penicilline en steroïden die zoveel levens hebben gered. Maar ook het slim kruizen van gewassen heeft gezorgd voor een bijna explosieve groei van de landbouwopbrengst per hectare.
Je kunt je afvragen of niet alle grote ontdekkingen al gedaan zijn? Per slot van rekening kun je Amerika maar één keer ontdekken. We hebben een poging gedaan om een aantal grote uitdagingen in kaart te brengen. Hierop moet de mensheid nog een antwoord zien te vinden. Aan jullie om de uitdaging aan te gaan en de handschoen op te nemen.
Wereldbevolking
In het jaar 1998 waren er voor het eerst zes miljard mensen op aarde. Op dit moment worden er elke seconde 4,1 kinderen geboren en sterven er gemiddeld 1,8 mensen. De voorspellingen nu laten zien dat de bevolkingsgroei op aarde afneemt, maar het zal wel even duren voordat we onder de zes miljard duiken. Dit heeft grote gevolgen voor het energieverbruik, de belas ting van het milieu en de wereldvoedselvoorziening. Niet direct een uitdaging op zich maar wel een fact of life bij alle volgende zaken.
Eeuwige energie
De hoeveelheid fossiele brandstof is eindig. Bovendien komt bij de verbranding het broeikasgas koolstofdioxide vrij. We moeten dus op termijn andere energiebronnen gaan gebruiken. Bij voorkeur moet daarbij geen CO2 vrijkomen.
Kernfusie is prachtig maar al bijna een halve eeuw lang is het de brandstof die binnen dertig jaar beschikbaar komt. Kernsplijting heeft als nadeel dat je tienduizend jaar lang met radioactief afval zit opgescheept. Of is daar wat aan te doen?
Zonne-energie is ideaal maar de efficiëntie van de zonnepanelen is laag, voor experimentele opstelling is het record vijfentwintig procent. Bovendien bestaan er geen goede opslagmogelijkheden voor elektriciteit. De huidige accu’s zijn zwaar en kosten relatief veel energie om ze op te laden. Dat maakt het algemeen gebruik in auto’s alleen in hybridevorm mogelijk, waarbij de accu wordt opgeladen door een verbrandingsmotor. Daarom komt ook waterstof in beeld. Met een brandstofcel is met hoge efficiëntie waterstof met zuurstof uit de lucht te combineren tot water en energie. Vraag is wel waar je de waterstof vandaan haalt. Bovendien is waterstof een brandbaar gas dat kan exploderen. Het opslaan van waterstof is ook geen sinecure. Waterstof wordt pas vloeibaar onder zeer hoge druk (700 atm). Kortom, op het gebied van energie liggen genoeg technische uitdagingen.
Aids stoppen
Op dit moment zijn veertig miljoen mensen besmet met het HIV-virus. Al twintig miljoen mensen zijn overleden aan de gevolgen van aids. Er zijn twaalf landen waar 1 op de 10 mensen tussen de 15 en 49 jaar besmet zijn met HIV. Dit heeft ingrijpende gevolgen voor deze landen. De hele bevolkingsopbouw wordt zo ontwricht. Wel zijn de gevolgen van de ziekte steeds beter te behandelen met cocktails van medicijnen. Maar voor aids is nog steeds geen vaccin bekend. De ontdekking van zo’n geneesmiddel zou een zegen voor Afrika zijn.
Computerkracht verdubbelen
Een van de oprichters van Intel voorspelde bij wijze van grap in 1965 dat het aantal schakelingen op een chip elke anderhalf jaar zou verdubbelen. Deze voorspelling is de afgelopen veertig jaar correct gebleken. Het aantal schakelingen op een chip is gestegen van enkele honderden tot meer dan honderd miljoen op de laatste Pentium 4 chip. De grens lijkt echter in zicht te komen wat mogelijk is met de gebruikelijke ets-technieken.
Nanotechnologen staan te trappelen om een computerchip atoom voor atoom op te bouwen. Uitdaging voor de komende vijftig jaar: bouw bottom-up een computerchip.
Brein begrijpen
Begrijpen hoe hersenen functioneren is de grootste en moeilijkste uitdaging van deze eeuw. Wat is bewustzijn precies? Hoe ontstaat bewustzijn in een baby? Hoe ontstaat een persoonlijkheid in de miljarden neuronen? Hoe kun je nadenken over een abstract probleem? Hoe wordt de wereld afgebeeld?
Wat is de moleculaire basis van herinnering? Hoe is de herinnering aan je ouders bijvoorbeeld gecodeerd in je hersenen? Is er een eindige opslagcapaciteit?
De mens is heel goed in het filteren van relevante informatie uit de stroom gegevens af komstig van de zintuigen. Hoe werkt dat? Hoe wordt waarde toegekend aan deze input? Het is duidelijk: de eerste ontdekkingen over het brein leggen een boeiend onderzoeksveld bloot.
Genesis doorgronden
De aarde is viereneenhalf miljard jaar oud. Nu kun je geen steen meer omdraaien of er rent een beestje weg, maar ooit is het leven op aarde ontstaan. Hoe kan uit een bak moleculen leven ontstaan? Het vermoeden is dat rna-moleculen vanwege de katalytische activiteit als eerste in staat zijn geweest zichzelf te vermenigvuldigen. Maar de chemie van het ontstaan van het leven is nog een grote en uitdagende puzzel.
Klimaat koelen
De hoeveelheid CO2 in de atmosfeer is de laatste 150 jaar, sinds de industriële revolutie, fors gestegen. Weinigen bestrijden dat de toegenomen concentratie gerelateerd is aan menselijke activiteiten. Lastiger is te bewijzen wat de effecten zijn op het klimaat van de toegenomen CO2-concentratie. Vooral het gedrag van wolken en fijnstof in de atmosfeer vragen nog om geïnspireerd onderzoek.
***Kader***
Verder lezen
Nieuwsgierig geworden? Hier een aantal boeken en websites die je verder kunnen helpen de uitdagingen preciezer te formuleren:
Special ‘What we don’t know’ in het tijdschrift Science 1 juli 2005. Zie: www.sciencemag.org/sciext/125th/
National Research Council ‘Beyond the Molecular Frontier, Challenges for Chemistry and Chemical Engineering.’ National Academies Press (2003).
John Maddox ‘What Remains to be discovered’ Simon and Schuster (1999)
De Bill & Melinda Gates Foundation is de grootste liefdadigheidsinstelling in de wereld. Samen met experts zijn veertien uitdagingen voor de wereldgezondheidszorg geformuleerd.
Nog geen opmerkingen