Ik sta in mijn lab met een handvol grijs poeder in mijn handen. Onopvallend spul: het ziet eruit als iets dat je van de stoep veegt. Maar zonder deze stof bestaat de helft van de wereldbevolking niet.
Dat stofje is een katalysator, en het hart van een van de belangrijkste uitvindingen ooit: het Haber-Bosch-proces. Maar voordat ik je vertel wat dat is, moet je eerst iets weten. Planten hebben stikstof nodig om te groeien. De lucht om ons heen bestaat voor 78% uit stikstof.
Probleem opgelost, zou je denken. Maar die stikstofmoleculen (N2) houden zo koppig aan elkaar vast dat planten er simpelweg niet bij kunnen. Er zijn speciale bacteriën die stikstof omzetten naar een bruikbare vorm. Genoeg voor een kleine wereldbevolking, maar lang niet genoeg voor de miljarden mensen van vandaag.
Door het Haber-Bosch-proces kunnen we kunstmest wijdverspreid inzetten.
mike.shots via MagnificKunstmestrevolutie
In 1909 slaagde de Duitse chemicus Fritz Haber erin om stikstof uit de lucht kunstmatig om te zetten naar ammoniak (NH3), een stof die planten wél kunnen opnemen. Ingenieur Carl Bosch schaalde dit op naar fabrieksschaal. Het Haber-Bosch-proces was geboren: hoge druk, hoge temperatuur, en… een katalysator. Dat grijze poeder dus. En dat had het nodige effect: op het moment dat kunstmest wijdverspreid wordt ingezet, schiet de wereldbevolking omhoog.
Een katalysator is een stof die een chemische reactie versnelt zonder zelf op te raken. Vergelijk het met een bergpad: de reactie wil van A naar B, maar er staat een enorme berg in de weg. Een katalysator bouwt een tunnel door die berg. De reactie gaat veel sneller, maar de tunnel blijft intact. In het Haber-Bosch-proces bevat die katalysator ijzer, met kleine beetjes andere metalen erbij. Al meer dan honderd jaar gebruiken we vrijwel dezelfde katalysator als in de tijd van Haber. En daar komt mijn onderzoek om de hoek kijken.
Het Haber-Bosch-proces is een mooi voorbeeld van hoe krachtig katalyse kan zijn.
new africa via magnificBetere katalysator
Het Haber-Bosch-proces is een mooi voorbeeld van hoe krachtig katalyse kan zijn. Maar katalysatoren spelen eigenlijk in bijna elke chemische industrie een rol: van medicijnen tot plastics tot auto’s. De vraag “hoe maak je een betere katalysator?” is dus veel groter dan alleen kunstmest. Dat is precies wat ik onderzoek: niet één specifiek proces, maar de fundamentele principes die maken dat een katalysator werkt. Want als we die begrijpen, kunnen we ze overal toepassen.
Dus, de volgende keer dat je een bord eten voor je neus hebt: de kans is groot dat jouw eten via een fabriek is gegaan, via een katalysator, via onderzoek zoals het mijne!