Stroom creëren met onkruid
Een vonk uit de natuur
Door Alex Torres
By Alex Torres
Alex Torres
Toen Qi Chen drie jaar geleden op een stille ochtend in haar lab aankwam, stond haar een verrassing te wachten. Een paar dagen daarvoor had ze wat materiaal gehaald uit pitrus, een grasachtige plant, om te onderzoeken hoe ze er nuttige nieuwe structuren van kon maken. Maar ze morste een beetje van de oplossing met het spul op een vel aluminiumfolie.
Nu zag ze dat er iets vreemds was gebeurd: de oplossing was opgedroogd tot een dun vliesje. ‘Oh mijn god’, dacht ze. ‘Dit is precies wat ik nodig heb.’
Schuimstructuur
Al sinds het begin van haar PhD in macromoleculaire scheikunde probeert Qi Chen elektriciteit op te wekken uit de natuur. Sommige dieren, zoals sidderalen en roggen of de sterneusmol, hebben speciale organen die elektriciteit produceren. Planten kunnen ook energie creëren. Chen probeerde dit te bereiken door de kleine stroompiekjes te oogsten die een bacteriecultuur uitstoot.
Oh mijn god, dit is precies wat ik nodig heb
Ze werkte hiervoor met pitrus, oftewel Juncus effusus, een algemeen voorkomende moerasplant die een sponsachtig materiaal bevat. Zo kan hij blijven drijven en voldoende lucht naar zijn wortels transporteren.
Chen had de plant per toeval leren kennen. ‘Ik zat destijds met wat vrienden in een veld bij Zernike en ik vertelde dat ik een schuimachtige structuur nodig had voor mijn onderzoek. Een van mijn vrienden was de schil van wat planten aan het pellen en hij zei dat dit leek op wat ik zocht. Het was maar een grapje’, zegt Chen, ‘maar ik dacht: misschien heeft hij gelijk?’
Perfect onderkomen
Chen zag dat het binnenste van pitrus inderdaad de perfecte leefomgeving was voor haar elektriciteit-opwekkende microben; beter nog dan een dure structuur die ze zelf in het lab kon ontwerpen.
Maar na een tijdje liet ze het project vallen. Haar lab was bedoeld voor onderzoek naar polymeren, waardoor het niet echt de apparatuur had om de juiste omstandigheden te creëren voor de microben. ‘Ze waren ook best lastig om mee te werken, en uiteindelijk wekten ze gewoon niet genoeg stroom op’, vertelt ze.
Toch had de sponsachtige kern van pitrus haar interesse gewekt. Ze wilde weten welk soort structuren – vooral tweedimensionale – ze ervan kon maken. De uitdaging was om een manier te vinden om een dun laagje van het materiaal te maken, maar die had ze nu dankzij haar gemors gevonden.
Statische elektriciteit
Toen ze het vliesje voor het eerst bekeek, was ze stomverbaasd. Het was extreem licht, met een open structuur en een ruw oppervlak. ‘Het leek net een stapel stervormige bubbeltjes’, vertelt Chen. En dat, zo bleek, maakt het ideaal om statische elektriciteit te creëren.
Waarom zoveel energie gebruiken voor iets wat een beetje stroom nodig heeft?
En zo was het opwekken van stroom opeens weer terug in beeld. Als lagen van het pitrus-vlies tegen elkaar schuiven, zorgt dat voor wrijving die kleine schokjes statische elektriciteit opwekt, vergelijkbaar met wat er gebeurt als je een warme, wollen trui aantrekt.
Sinds ze die ontdekking deed, werkt ze aan de volgende stap en probeert ze manieren te vinden om deze kleine plantaardige generatoren ook echt te gebruiken. Eén toepassing, die ze samen met collega’s Dina Maniar, Wenjian Li en Feng Yan heeft ontwikkeld, is om ze als bewegingssensor in te zetten. ‘Door simpelweg na te gaan of er stroom opgewekt wordt, weet je dat de laagjes contact maken.’
Veel toepassingen
Het idee is simpel, maar zulke sensoren kunnen heel nuttig zijn. Je kunt ze bijvoorbeeld in schoenen verwerken om data te verzamelen over de manier waarop mensen lopen. Dat kan kennis opleveren over hoe mensen herstellen van letsel aan hun knieën, voeten of benen. De sensoren zouden ook kunnen vaststellen dat een alleenwonende persoon is gevallen en hulp nodig heeft.
En er zijn nog meer toepassingen: in de zorg bijvoorbeeld, of in draagbare technologie. Chen gaat daar liever niet te diep in op, omdat het onderzoek nog in volle gang is. Maar ze voorspelt dat de vliesjes allerlei soorten kleine apparaten van stroom kunnen voorzien en misschien zelfs in batterijen gebruikt zullen worden.
Duurzaam
Omdat ze biologisch afbreekbaar zijn en licht van gewicht, zijn ze ook heel duurzaam. Daarmee zijn ze een alternatief voor veel andere apparaten die gemaakt worden met 3D-printen of andere technieken waar veel energie of gevaarlijke chemicaliën voor nodig zijn.
‘Waarom zouden we zoveel energie en middelen gebruiken voor iets wat maar een heel klein beetje stroom nodig heeft? Dat is zonde!’ vindt Chen. ‘Daarom is dit vlies zo goed, omdat het makkelijk te maken is en helemaal natuurlijk is.’
Nog mooier: het is ook nog eens goedkoop. ‘Het is onkruid, iets dat je niet in je tuin of op je akker wilt hebben’, zegt ze. ‘Dus de meeste mensen vinden het een vervelend plantje, maar voor mij is het een geweldig materiaal.’
Het blijft afwachten hoeveel toepassingen Chen nog gaat vinden voor pitrus. Maar een ding is zeker: als ze vastloopt, kan ze altijd inspiratie opdoen in de natuur. ‘Er zijn zoveel geweldige ontdekkingen die daar direct vandaan komen’, zegt ze. ‘Ik hoop dat ons onderzoek eraan bijdraagt dat mensen de schoonheid van de natuur waarderen.’