De aarde is een oneindige kringloop. De CO2 die is uitgeademd in de prehistorie, dwarrelt hier nog gewoon rond. Alle chemische elementen samen vormen een soort Rubiks kubus, je vindt ze steeds in andere combinaties en vormen, maar in feite blijft alles hier op aarde. ‘Soms ontsnapt er wat,’ nuanceert Esther. ‘Waterstof en helium zijn zo licht, die willen zich nog wel eens aan de zwaartekracht onttrekken. Maar verder blijft inderdaad alles hier, maar soms opgeslagen in een vorm dat we er niet makkelijk bij kunnen.’
Esther vond de bètavakken wél interessant en het vak scheikunde van de exacte kant het leukst. Tijdens haar studie ontdekte ze dat scheikunde te maken heeft met het verband tussen kleine, onzichtbare processen en grote gevolgen, zowel in tijd als plaats. Dat fascineert haar. ‘Je hebt scheikunde, de chemie dus, nodig om dat te begrijpen en te beïnvloeden.’
Atomen en moleculen
Eerst bespreken we de definities. Wat is een molecuul, wat is een element, wat is een atoom? ‘Koolstof en zuurstof en waterstof zijn atomen, de meest basale onderdelen. Die worden ook elementen genoemd. Vormen verschillende atomen samen een structuur, dan wordt het een molecuul. H2O is een watermolecuul, dat bestaat uit drie atomen van twee elementen. Alle levensvormen op aarde bestaan voor een groot deel uit koolstof. Ook stikstof, waterstof en zuurstof zijn belangrijk voor het leven op aarde.’ Juist stikstof en koolstof zijn de laatste jaren negatief in het nieuws, maar we hebben ze dus keihard nodig. ‘Dat klopt, maar de concentratie, de vorm en de plek waar ze zijn opgeslagen, dat maakt nogal wat uit.’
Reacties
De poster aan de muur van het scheikundelokaal met het periodiek systeem, kun je je die nog herinneren? De tabel kent een logische volgorde en een strikte ordening, legt Esther uit. ‘Het begint met waterstof, dat bestaat uit een proton en een elektron. Daarna komt er steeds een proton en elektron bij, per stap door de rijen en de kolommen van dat overzicht. De plek in het systeem zegt iets over de eigenschappen en de manier waarop ze zijn opgebouwd. Van linksboven naar rechtsonder worden ze steeds groter en zwaarder. De elementen die onder elkaar staan in een kolom, in vaktermen: een groep, lijken op elkaar als het gaat om de manier waarop ze reageren met andere elementen.’
Als je dat weet, dan is het ineens logisch dat lithium-batterijen voor elektrische auto’s een goede optie zijn. Lithium is element 3, lekker licht. Esther: ‘Natriumbatterijen zijn ook in opkomst. Natrium staat recht onder lithium, dus is iets groter en zwaarder, maar lijkt er verder veel op.’
Vier elementen
De combinatie van de vier elementen koolstof, stikstof, zuurstof en waterstof zien we op allemaal plekken terugkomen. In de eiwitten in ons lichaam bijvoorbeeld, die weer zijn opgebouwd uit aminozuren. ‘Een eiwit kun je zien als een kralenketting, met de aminozuren als de kralen. Daar bestaan er twintig van en die zijn ook allemaal weer opgebouwd uit die vier elementen, soms nog met een beetje zwavel.’ En het menselijk DNA? Esther moet erom lachen. Ja, weer die vier elementen. ‘DNA zit als molecuul ingewikkeld in elkaar, zo’n dubbele helix, dus een wenteltrap die om zichzelf draait, en het is opgebouwd uit vier bouwstenen. Maar ook die zijn weer een combinatie van die vier elementen, deze keer met een beetje fosfor.’
Tragiek van een succesvol materiaal
Scheikunde heeft eigenlijk op twee manieren te maken bij de duurzaamheidstransitie, legt Esther uit. ‘Om te beginnen om ongewenste bijeffecten te verminderen. Ten tweede door nieuwe materialen en nieuwe processen te vinden, die verstandiger zijn in het gebruik. Bijvoorbeeld omdat ze goed te recyclen zijn, weinig bijproductie van andere stoffen kennen of die goed kunnen worden bijgemaakt.’ Plastic is een prachtig voorbeeld. De tragiek van een succesvol materiaal, noemt Esther dat. ‘Wat doen we aan het einde van de levensduur met plastic, daar is nooit over nagedacht. Nog afgezien van zwerfafval, dat door de mensen overal wordt neergegooid, moeten we opnieuw naar plastics kijken. Kunnen we materialen maken die later opnieuw kunnen worden gebruikt, in een andere vorm?’
Utopie
Daar komt mijn vergelijking met de Rubiks kubus weer om de hoek. Want die frustratie ken je vast ook: dan heb je de gele kant goed, en dan zijn de andere zijdes van de kubus een puinhoop. Dat effect zie je hier ook. Stel je hebt eén aspect goed geregeld, zoals de energie uit fossiele brandstoffen om huizen te verwarmen, maar dan zitten we weer met andere problemen, zoals CO2 uitstoot, fijnstof en nog meer problemen. ‘Bijna onvermijdelijk,’ zegt Esther. ‘We ontwikkelen nieuwe processen en kunnen niet altijd voorzien welke gevolgen dat heeft. Als samenleving moeten we flexibel zijn om die fouten aan te pakken. Een 100% circulaire samenleving is een utopie, net als een samenleving die minder energie gebruikt. Leven betekent dat je continue energie verbruikt. Maar laten we proberen flexibel en realistisch te zijn over de gevolgen. Daar is vernuft en lef voor nodig.’
Luister naar de podcast: Spoedcursus Scheikunde
Foto: Vedrana Filipovic (Unsplash)
