/Voorpagina /Mensen /Nieuws /Opinie /Cultuur /Studentenleven /Achtergrond /English page /Onderzoek /Reportage /Bestuur /Ruis /Harmpje /Colofon

/Faculteits Berichten /Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /TUE /Zoeken:

jaargang 42, 11 mei 2000 Onderzoek

Katalyse: willekeurige balletjes in het casino ‘O ja, de katalysator onder de auto’, denken we snel bij het woord katalyse. Maar katalysatoren worden in de industrie veel meer toegepast. Ze versnellen reacties, drijven zo de productie op en drukken de vereiste omstandigheden, zoals temperatuur en druk, omlaag. Goed dus voor economie en milieu. Ronald Gelten ging aan de basis van het katalyseproces staan. Hij promoveerde vorig jaar op dit onderwerp en kreeg eind april, op de Dies Natalis van de TUE, een prijs voor zijn proefschrift over ‘catalytic surface reactions’. Niet dat hij de wereld wil verbeteren; dat laat hij aan anderen over. Katalyse/Cora van den Berg Foto/Bram Saeys “Mijn secretaresse had de rector van de TUE voor mij aan de lijn. Oké, geef maar door. Ik was me nergens van bewust. Tot de rector mij vertelde dat ik een prijs voor het beste proefschrift van vorig jaar heb gewonnen. Toch leuk!” Ronald Gelten (28), vorig jaar gepromoveerd bij Scheikundige Technologie, ontving tijdens de Dies Natalis op 27 april de eerste prijs voor technisch fundamenteel onderzoek, met zijn proefschrift ‘Monte Carlo simulations of Catalytic Surface Reactions’. De jury roemde zijn volharding, zelfstandigheid en creativiteit in zijn onderzoek. Gelten studeerde in 1994 af bij professor Rutger van Santen bij de vakgroep Anorganische chemie en Katalyse (KAT), nu SKA geheten, en promoveerde daar vorig jaar mei. “De promotieopdracht was precies wat ik wilde”, vertelt hij. “Geen nieuwe theorieën ontwikkelen, maar juist experimenten verklaren met toegepast theoretisch onderzoek. En ik had ook iets met katalysatoren”, vervolgt hij. “Katalysatoren kunnen een reactie een miljoen keer sneller laten verlopen, terwijl ze er zelf onveranderd uitkomen. Dat is toch cool. En het is mooi iets te onderzoeken dat wat kan betekenen voor de economie en voor het milieu.” Door de versnelde reacties die katalysatoren veroorzaken kunnen temperaturen en druk in de processen lager blijven. Het levert de industrie veel op. Maar liefst een kwart van de wereldproductie komt tot stand met behulp van katalysatoren. Probleem is echter dat het moeite kost de juiste katalysatoren samen te stellen voor een bepaalde reactie. Tot nu toe worden ze ‘ontworpen’ door uit te proberen. Platina bijvoorbeeld, dat veel gebruikt wordt als katalysator, is soms te reactief om een goede reactie op gang te krijgen. Het wordt dan gemengd met een korreltje goud, en dat blijkt te werken voor één specifieke reactie. Deze vallen-en-opstaan-methode kan veel effectiever, moet Ronald Gelten gedacht hebben, toen hij op zoek ging naar de basis achter de oxidatie van CO op platina Pt(100) oppervlakken; toevallig of niet één van de drie reacties die plaatsvinden in de autokatalysator. Professor van Santen bracht Gelten daarvoor op het spoor van grootschalige computersimulaties. De simulatietechniek was net ontwikkeld bij de vakgroep door Tonek Jansen. Door de simulaties ontdekte Gelten rare grafiekjes en patronen in de manier waarop stoffen reageren. Op een oppervlak kan een katalysator een reactie enorm versnellen, maar soms valt de reactie ineens helemaal terug. De patronen die zo ontstaan worden kinetische oscillaties genoemd. Oscillerende reacties zijn van groot belang voor technologische en biologische processen. Het kloppen van ons hart bijvoorbeeld is een gevolg van een oscillerende reactie. Als de industrie de oscillerende reacties onder controle kan krijgen, gaat de effectiviteit van de productie omhoog. “Zodra we weten waarom er onder bepaalde omstandigheden oscillaties plaatsvinden, kunnen we de essentie van de reactie begrijpen”, zegt Gelten. “Dan kunnen we gericht zoeken naar de perfecte katalysatoren, in plaats van het eeuwige uitproberen. Berekeningen met de computer zijn vele malen goedkoper dan honderd man allerlei experimenten laten uitvoeren.” Gelten heeft zijn berekeningen tijdens het onderzoek uitgevoerd met de zogenaamde Dynamische Monte Carlo simulaties. “Hierin maken we intensief gebruik van willekeurige getallen tussen de 0 en de 1. Eigenlijk net als in een casino: het balletje valt willekeurig iedere keer op een ander getal. Vandaar de naam Monte Carlo. Het is een techniek om ingewikkelde curves met extreem veel variabelen te kunnen doorgronden. De vraag was: hoe weet een enkel atoom, een enkele eenheid die alleen zijn eigen buurman kan zien, dat het hele oppervlak op het volgende moment als één man omgaat in een andere toestand? Er waren wel ideeën hierover, maar ik denk dat ik nu echt een antwoord heb gevonden. Dat wordt ook bevestigd in de vele experimenten uit de literatuur waaraan ik mijn ideeën heb getoetst. Tot het tegendeel bewezen is, uiteraard”, voegt hij er aan toe. Het antwoord heeft te maken met reactiefronten die ontstaan als de CO- en de zuurstofmoleculen gaan reageren. Gelten heeft op moleculair niveau een aantal microscopische mechanismen hierachter opgehelderd. Met zijn Monte Carlo berekeningen is het mogelijk oscillaties in katalytische processen te voorspellen. Nieuwe fundamentele inzichten, als je het hem vraagt. ‘Wij geloven dat deze resultaten niet specifiek zijn voor de oxidatie van CO op Pt(100)oppervlakken, maar dat ze waardevolle nieuwe inzichten verschaffen voor het modelleren van .. katalytische processen’, schrijft hij als slotzin van zijn proefschrift. “Ik zeg niet dat door mijn onderzoek de industriële productie beter en milieuvriendelijker wordt”, haast hij zich toe te voegen. “Mijn onderzoek is slechts een vierkante millimeter op het geheel. Het enige is dat ik voor het eerst een brug heb geslagen tussen fundamentele berekeningen en experimenten. De Monte Carlo simulaties zijn geweldig daarvoor, zo grootschalig als ze uitgevoerd kunnen worden voor een enorm oppervlak. Maar in de industrie moeten er nog heel wat stappen gezet worden. En het verbeteren van de wereld laat ik aan iemand anders over. Ik ben op dit onderwerp afgestudeerd en gepromoveerd. Voor mij is het nu mooi geweest, ik heb mijn bijdrage geleverd.” Esoterisch Terwijl professor van Santen het gepubliceerde proefschrift wereldkundig maakt op allerlei congressen, is de promovendus iets heel anders gaan doen na zijn promotie vorig jaar. Hij ontwerpt nu elektronenkanonnen voor televisies bij Philips. “Ik had nog nooit van elektronenoptica gehoord toen ik ging solliciteren”, vertelt hij. “Maar juist het onbekende trok me wel aan. En nu zie ik het grote contrast met mijn onderzoek: ik kan mijn huidige ontwerpen gelijk vastpakken, en dat is heerlijk. Het promotieonderzoek was al met al een beetje esoterisch; het was allemaal wel te meten, maar daar moesten wel héél veel experimenten uit de literatuur tegenover staan. En de vraag bleef altijd knagen, of ik uit die computers niet precies kreeg wat ik er zelf instopte. Dat was een eeuwige strijd: heb ik die oscillaties die ik eruit krijg niet zelf gecreëerd? Uiteindelijk denk ik dat mijn conclusies wel solide te noemen zijn, hoor. Het klopte gewoon aan zoveel kanten.” Dat moet de jury van de jaarlijkse promotieprijzen ook gedacht hebben. Desondanks werd Gelten enorm verrast door de prijs die hij uitgereikt kreeg op de Dies. “Ik had er nog nooit van gehoord. Mijn prof heeft mijn proefschrift stiekem ingediend. De prijs heeft zeker te maken met de presentatie van mijn proefschrift. Een goed leesbare inleiding, ook voor buitenstaanders, vind ik belangrijk. Als er ooit een informaticus verder gaat met de simulaties, moet hij ook kunnen begrijpen wat de chemische vragen achter het onderzoek geweest zijn. En de plaatjes op de hoeken van iedere pagina, die als je er snel langsbladert een film van oscillatieprocessen laten zien, hebben het ook gedaan, denk ik.” Het juryrapport gaat vooral in op de inhoudelijke kant van het onderzoek. ‘De implicatie van dit werk is dat nu een techniek beschikbaar is gekomen, die katalytische kinetische simulaties kan doen..’, zo staat in het rapport. Volhardend, zelfstandig en creatief, als je het de jury vraagt. Of de prijs hem stimuleert om weer in de wetenschap terug te komen? “Ik zie mezelf niet zo snel als prof Katalyse terugkomen. Ik ben in een heel ander vakgebied terechtgekomen. En één ding heb ik wel ontdekt: ik ben geen specialist. Geef mij maar de toepassing en het overzicht. Dat ligt meer in mijn straatje.”/.