Emiel Hensen (TU/e): ‘Katalyse is de stille motor op de achtergrond’

Geen opmerkingen

Hoogleraar, decaan, en katalyse doorgrondend op atomaire schaal om de CO₂-neutrale wereld anno 2050 vorm te geven: ambitieus mag je Emiel Hensen wel noemen. ‘Het Parijse klimaatakkoord heeft overheden en industrie ervan doordrongen dat er iets moet gebeuren. Dat geeft kritische massa.’

‘Ik ben geen geboren bestuurder. Mijn hart ligt bij de wetenschap’, bekent Emiel Hensen (46). En toch is hij sinds kort, naast hoogleraar anorganische chemie en katalyse, ook decaan van de faculteit scheikundige technologie van de TU/e. Een beetje een spagaat in zijn ogen, maar hij vindt het tot nu toe heel leuk om te doen. Waarom ze juist hem hebben gevraagd en niet iemand die géén vakgroep van vijftig mensen hoeft te runnen, zou hij ook niet weten: ‘Misschien omdat ik de verschillende bloedgroepen goed kan aanvoelen. De faculteit heeft twee speerpunten: materialen en supramoleculaire chemie, en procestechnologie. Katalyse zit daar als vakgebied eigenlijk tussenin.’

‘Het is een kwestie van je mond opendoen en je mening geven’

Bestuurservaring deed hij onder meer op bij de katalyse-onderzoekschool NIOK en het nationale onderzoeksprogramma voor biomassaconversie CatchBio. ‘Het is een kwestie van je mond opendoen en je mening geven. Dan gaan mensen naar je luisteren en word je gevraagd om mee te denken.’ En een stuk verantwoording nemen, hoort er in zijn ogen gewoon bij. ‘Hier in Eindhoven heb ik geweldig veel ruimte gekregen om me te ontwikkelen en misschien dat ik nu iets terug kan geven.’

Wat hem aantrekt in katalyse als deelgebied is dat het zo divers is: ‘Een multidisciplinair veld waarin heel veel technieken samenkomen, en dat zich sterk ontwikkelt richting een nanowetenschap. Belangrijk is ook dat er nieuwe toepassingen zijn die samenhangen met veranderingen in de samenleving: van een maatschappij gebaseerd op aardolie naar een waar hernieuwbare energie, biomassa en elektriciteit een grotere rol spelen. Katalyse is altijd weer de stille motor op de achtergrond. Het trekt mij geweldig aan om daar een bijdrage aan te leveren.’

De energietransitie, dus. Wat zijn daarbij de grootste uitdagingen?

‘We hebben het steeds over ambities voor 2020 of 2030, maar dat is echt om de hoek. De stap van fundamenteel onderzoek naar een echte toepassing werpt altijd weer barrières op. Iemand heeft weleens gezegd dat de technologie, waarmee we in 2050 een CO₂-neutrale samenleving willen inrichten, eigenlijk nu al moet zijn uitgevonden. De universiteiten moeten de innovatietrechter blijven voorzien van nieuwe ideeën, maar er is ook een urgentie om te kijken of we de dingen die we al hebben kunnen opschalen.’

Hoe kies je daarbij je onderwerpen uit?

‘Als ambitieus onderzoeker moet je pragmatisch zijn. Tien jaar geleden vormde CatchBio een prachtige gelegenheid om met onze specifieke katalytische kennis in de biomassa te stappen. Sindsdien zijn we bijvoorbeeld flink opgeschoten met het maken van groene aromaten. Eerst gingen we uit van pure lignine, maar twee jaar geleden ontdekten we een route die aromaten rechtstreeks aan biomassa onttrekt, dus aan een mengsel van lignine en cellulose. Zo haal je hogere opbrengsten bij lagere temperaturen. Binnen het valorisatie-instituut InSciTe zijn we het nu aan het opschalen naar kilogramschaal, zodat mogelijke afnemers er een polymeer of een brandstof van kunnen maken.’

‘Biomassa begint uit de focus van de chemische industrie te verdwijnen’

Maar je liet al doorschemeren dat de focus verschuift.

‘De belangrijkste les van tien jaar biomassa is misschien wel dat het ontzettend moeilijk is. We zijn nog steeds ver van toepassingen af. Tegelijk begint hernieuwbare energie in de vorm van elektronen, uit zon of wind, geweldig goedkoop te worden. Vandaar dat biomassa een beetje uit de focus van de chemische industrie lijkt te verdwijnen.

Ik denk dat er een gouden mogelijkheid ligt voor katalyse bij solar fuels; elektrische energie opslaan in chemische bindingen. We zijn daarmee al voorzichtig begonnen, bijvoorbeeld met CO₂ als koolstofbron voor vloeibare transportbrandstof. Daar zal behoefte aan blijven bestaan, naast elektrisch rijden en waterstofauto’s. En elektronen zijn er genoeg, maar er vloeibare brandstoffen van maken is een geweldige uitdaging.’

Moeten we de biomassa helemaal afschrijven?

‘Ik denk dat het nog wel een bijdrage zal leveren aan zowel brandstoffen als chemicaliën. Denk aan suikers vergisten naar ethanol, en aan biobased plastics. Maar biomass-to-fuels is niet zo erg effciënt. Er is niet voldoende beschikbaar voor de volledige behoefte aan transportbrandstoffen. En van biomassa naar chemicaliën gaan, is misschien nog moeilijker.

Als je hernieuwbare elektriciteit kunt gebruiken voor transport en de meeste andere energiebehoeftes van huishoudens en industrie, waarom zou je je chemische producten dan niet gewoon uit aardolie halen? Door de klimaatproblematiek kunnen we het toch niet allemaal meer verbranden, dus ik denk dat olie niet zo heel duur zal worden en dat er genoeg overblijft als grondstof. Dat is misschien wel een nieuw thema voor de katalyse: bijna alle chemicaliën komen nu nog uit bijproducten van olieraffinaderijen, maar kun je ze ook direct maken uit aardolie?’

Krijg je nooit verwijten dat je onderzoek te toepassingsgericht is?

‘Eigenlijk doe ik juist heel fundamenteel onderzoek. Met mijn Veni, Vidi en Vici heb ik nieuwe typen katalysatoren kunnen onderzoeken. Daarnaast hebben we een heel brede samenwerking met de industrie, in publiek-private samenwerkingen en individueel. Maar ik denk niet dat bedrijven naar ons komen omdat ze een nieuw proces willen of willen weten hoe hún katalysator werkt. Nee, ze zijn uit op fundamentele kennis, die voor hen van belang kan zijn. Dat is vaak heel exploratief.’

‘Hier kan ik mijn eigen winkeltje uitbouwen zoals ik dat zelf wil’

Je hebt zelf ook eventjes bij Shell gewerkt.

‘Dat was via een Casimirsubsidie van Balkenendes innovatieplatform, bedoeld om de mobiliteit tussen de academische en de industriële wereld te bevorderen. Ik heb daar heel veel geleerd en veel contacten gelegd, het is ook nuttig vanuit de praktijk te weten waar de beperkingen zitten bij nieuwe katalysatoren en processen. Maar de hoeveelheid projecten die je in de academische wereld kunt behappen en de vrijheid die je hebt om te kiezen, die heb je in de industrie veel minder. Hier heb je je eigen winkeltje dat je kunt uitbouwen zoals je dat zelf wilt.’

Je werkt onder meer aan rationeel ontwerp van katalysatoren, dus niet via trial-and-error. Hoe ver zijn we daar nu mee?

‘Ik denk dat dat een heel goede vraag is. In de literatuur presenteren ze in-silico-design vaak als ‘geef me een willekeurige chemische reactie en ik voorspel je wat de optimale katalysator is’. Nou, ik denk dat dát nog heel ver weg is. En zelfs al kun je het voorspellen, dan moet je die katalysator ook nog kunnen maken.

Maar we zijn wel ver voorbij het punt dat we alleen bestaande katalytische systemen begrijpen. Ik heb al heel vaak projecten waarbij een promovendus, die experimenten doet, samenwerkt met een aio die computationeel bezig is. De benadering waarbij zo’n duo synergetisch stapje voor stapje naar een nieuwe structuur gaat, is denk ik het meest realistisch.’

Dan heb je het echt over inzicht op atomaire schaal.

‘Op nanoschaal begrijpen we katalyse nu heel goed. We snappen hoe metaal-nanodeeltjes hun werk doen in allerlei industriële processen. De laatste jaren is de vraag in opkomst of je chemische reacties ook kunt katalyseren met losse metaalatomen op een drager. Die drager houdt dan niet alleen de atomen uit elkaar, maar hij moet zelf ook iets doen om complexe chemie mogelijk te maken. We proberen zo bijvoorbeeld CO₂ te reduceren naar methanol, en ook de omzetting van methaan in benzeen blijkt op één metaalatoom te kunnen verlopen.

Moet het echt maar één atoom zijn? Enzymen werken vaak met clusters.

‘We hadden onlangs een publicatie in Nature Communications over de omzetting van methaan naar methanol op clusters van drie koperatomen. Dat lijkt heel erg op een enzym. Ik ben er alleen voorzichtig mee om het te verkopen als enzyme mimicking, zoals sommigen doen, want vaak zijn de spelregels toch heel anders. Vaak moet je bijvoorbeeld naar veel hogere temperaturen.’

Kom je nog aan onderwijs geven toe?

‘Je moet als decaan natuurlijk wel keuzes maken. Ik heb één leuk vak dat ik zelf blijf geven: catalysis science and technology. Dat heb ik zelf opgezet als verbindend vak, en het is geweldig populair bij de studenten. Ik vraag er vaak mensen uit de industrie voor, om de stof ook eens te presenteren vanuit een heel andere context.’

Een dezer dagen is het jaarlijkse NCCC-katalysecongres, verheug je er al op?

‘Vorige week was ik bij een Faraday Discussions-meeting van de Royal Society of Chemistry, in Zuid-Afrika. Vaak zijn lezingen tijdens congressen allang gepubliceerd en heb je één minuut om vragen te beantwoorden. Bij zo’n Faraday Discussion krijgt iedereen je paper vooraf te lezen. Je krijgt vijf minuten om het toe te lichten en dan mogen ze er een half uur op schieten. Zo krijg je echt discussie. Je mag het daarna misschien nooit meer in Angewandte publiceren, maar het is het waard.

Toen ik zelf promovendus was, in de jaren negentig, was er op het KNCV-katalysesymposium nog geweldige polemiek tussen de professoren van weleer. Dat mis ik nu wel een beetje, het lijkt alsof iedereen het er te druk voor heeft. Het zou goed zijn als daar weer meer ruimte voor komt op het NCCC-katalysecongres.’