Student Ellen Sterk was huisschilder, maar wint nu de AkzoNobel Afstudeerprijs.

Ellen Sterk is 31 jaar, dus vrij oud voor een student. Dat heeft een bijzondere reden. ‘Ik heb nogal een atypische route naar mijn masterstudie genomen. Jarenlang was ik huisschilder, maar tijdens het schilderen miste ik iets, namelijk hard met mijn hoofd nadenken. En dus dook ik alsnog de collegebanken in.’

Dat bleek een schot in de roos. Zonder enige problemen bereikte ze de master­opleiding nanomaterials science aan de Universiteit Utrecht, waarna ze in november met haar afstudeerscriptie de AzoNobel Afstudeerprijs won. ‘Er waren dit jaar in totaal zestien inzendingen, en ze zeiden dat mijn scriptie er met kop en schouders bovenuit stak’, glundert ze.

‘Tijdens het schilderen miste ik iets’

In haar onderzoek keek Sterk naar een chemische reactie waarmee je met waterstof koolstofdioxide uit bijvoorbeeld de beton- en staalindustrie kunt omzetten naar methaan, wat kan dienen als energiebron. Dit proces noem je CO₂-hydrogenering. ‘Het mooie aan die reactie is dat je zowel de uitstoot van dit broeikasgas reduceert als een nieuwe bron van energieopslag creëert’, vertelt Sterk.

Doorrekenen

Het onderzoek is nu vooral nog fundamenteel. Sterk onderzocht of en hoe de structuur van de katalysator van CO₂-hydrogenering, nikkel, de efficiëntie beïnvloedt van het hele proces. ‘Je kunt de nikkelatomen op een bepaalde manier samenpakken, waardoor je verschillende oppervlakte-karakteristieken krijgt’, legt Sterk uit. ‘Ik heb met computermodellen voor vier mogelijke oppervlaktes van de katalysator de stabiele toestand berekend voor alle mogelijke intermediairen. Vervol­gens heb ik voor allerlei elementaire reactiestappen uitgerekend hoeveel energie het kost om CO-bindingen te breken en CH-bindingen te vormen. Uit de enorme hoeveelheid data die het opleverde, heb ik kunnen achterhalen wat het meeste actieve nikkeloppervlakte is.’

Sterks scriptiebegeleider en promovendus Charlotte Vogt kwam op het idee voor dit onderzoek in haar lab. ‘Ze had fundamentele vragen over wat ze zag en had iemand nodig die alles ging doorrekenen’, zegt Sterk. ‘Op basis van cijferlijsten kwam ze bij mij uit. Ik zag dit als een geweldig mooie uitdaging.’

CO₂-hydrogenering is volgens Sterk en haar scriptiebegeleiders nog nooit op die manier gemodelleerd. ‘Het geeft veel inzicht over deze voor de toekomst mogelijk heel belangrijke reactie’, zegt Sterk. ‘Maar ook kan het helpen andere reacties te begrijpen die een metallische katalysator gebruiken, zoals het Fischer-Tropschproces.’

Tijdens haar project trok Sterk al snel de aandacht van Bert Weckhuysen, hoogleraar anorganische chemie en katalyse aan het Debye Instituut voor Nanomaterialen in Utrecht. In februari begint ze in zijn groep aan haar promotieonderzoek. Sterk: ‘Tot nu toe keek ik naar het nikkeldeeltje zelf. Maar volgend jaar wil ik gaan kijken naar het dragermateriaal waaraan de nikkeldeeltjes zijn gebonden, zoals siliciumoxide of titaniumdioxide. Die stof heeft effect op de elektronendichtheid van het nikkeldeeltje en daarmee op de reactiesnelheid. Ook dit wil ik gaan doorrekenen.’

Sterk is naar eigen zeggen nieuwsgierig, maar ook kritisch; belangrijke eigenschappen voor een (toekomstige) succesvol wetenschapper. ‘Ik vind het heel leuk om tot fundamentele kennis te komen, mezelf constant af te vragen: snap ik wat ik nu zie? Soms kan ik een bepaalde observatie niet uitleggen en dan vind ik het een grote puzzel, die ik graag wil oplossen. Zulke puzzels had ik niet tijdens mijn vroegere schilderwerk.’