Onderzoekers maken malariamedicijn met zonnereactor

Case

Onderzoekers maken malariamedicijn met zonnereactor

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven zijn erin geslaagd een malariamedicijn te maken met behulp van een zonnereactor. Het is volgens de onderzoekers slechts één van de mogelijkheden. Volgt verdere toepassing van deze technologie binnen de chemie? ‘Ik kan me voorstellen dat de consument ook wil dat chemicaliën in kleren op een groene en circulaire manier gemaakt zijn.’

Het gebruik van zonlicht bij chemische processen is een populair idee binnen de chemie. Veel processen hierbinnen zijn thermisch, waarbij verwarming van een reactor nodig is. Gebruik van zonne-energie in plaats van fossiele brandstoffen voor deze processen kan de industrie schoner en zuiniger maken.

Voorbeelden in natuur

Een probleem is dat er wel voldoende energie aanwezig moet zijn om de chemische processen op gang te helpen. ‘Zonlicht bevat veel energie, maar de moeilijkheid bestaat erin om dit licht met een hoge efficiëntie te collecteren en te gebruiken’, vertelt hoofddocent chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven dr. Timothy Noël. Toch zijn er in de natuur voldoende voorbeelden voorhanden om van te leren. Zelfs heel diep op de oceaanbodem bestaan bacteriën die ondanks de beperkte hoeveelheid licht kunnen groeien.

Drie verschillende versies van de zonnereactorDrie verschillende versies van de zonnereactor (Foto: TU/e)

Noël en zijn onderzoeksteam aan de Technische Universiteit Eindhoven slaagden erin een zonnereactor te ontwikkelen, die in staat is om chemische reacties tot stand te brengen. In 2016 presenteerden Noël en collega’s hun minireactor om medicijnen mee te maken. De ontdekking van de wereldwijd unieke reactor, die verwijzend naar het proces van fotosynthese de vorm van een blad heeft, leverde destijds veel aandacht op.

Vorig jaar is het voor het eerst gelukt om een medicijn met de zonnereactor te maken. Het gaat om het malariamiddel artemisinine: ‘Normaliter wordt dit medicijn uit een plant geëxtraheerd. Via onze methode kan de opbrengst per plant verhoogd worden’, zegt Noël. Bovenal maakt de ontdekking het mogelijk waar je maar wilt medicijnen te maken, bijvoorbeeld midden in de jungle, op een goedkopere en duurzamere manier. Een artikel over de reactor is in augustus verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie.

Net als een blad

De chemicus ontwikkelde de minireactor binnen zijn Vidi-onderzoek Sensitized photoredox catalysis in continuous microfluidic reactors. Het kunstmatige blad bestaat uit luminescent solar concentrators, materialen die vaak gebruikt worden in zonnecellen. Deze materialen vangen zonlicht op dezelfde manier op als de antennemoleculen van een blad aan de boom. De reactor zet het zonlicht om in rood licht. Het kunstmatige blad bevat microkanalen waar een vloeistof in gepompt kan worden. De energie van het opgevangen zonlicht komt in contact met de stof, waarna een chemische reactie tot stand kan komen en een complexere stof uit de reactor komt, legt Noël uit. Ten opzichte van de reactor van twee jaar terug hebben de onderzoekers inmiddels ook reactors met andere kleuren ontwikkeld, die weer andere soorten chemische reacties mogelijk maken.

Klik op de afbeelding om de video op YouTube te bekijkenKlik op de afbeelding om de video op YouTube te bekijken

Medicijnen zijn slechts een van de mogelijke toepassingen van de technologie, denkt Noël. Dat de onderzoekers kozen voor de farmacie heeft te maken met zijn achtergrond: ‘Ik ben in het verleden op MIT actief geweest op farmaceutisch gebied. We hebben ons nu daar op gericht, maar in principe staat er geen rem op. Al is het niet zo dat de technologie bij elk chemisch proces ingezet kan worden.’ Naast medicijnen denkt hij zelf aan agrochemie, high end moleculen, materialen of polymerisaties, gebruikt om bijvoorbeeld plastic of nylon te maken.

Dips opvangen

Eventuele dips in zonnekracht ondervangt de reactor zelf. Die maakt gebruik van een lichtherkenningssysteem, dat de pompsnelheid aanpast wanneer er bijvoorbeeld veel wolken zijn. Belangrijk, want dit is een probleem dat chemieproducenten kan weerhouden om gebruik te maken van de reactor, denkt Noël. ‘Doordat de pompsnelheid wordt aangepast, blijft de kwaliteit van het eindproduct gegarandeerd’, legt de chemicus uit. ‘Dit zou voor productie van moleculen op kleinere schaal voldoende moeten zijn.’   

Werken aan opschaling

Een belangrijk voordeel van de reactor is dat fossiele brandstoffen niet langer nodig zijn. ‘Dit is duurzamer, schoner en efficiënter’, zegt Noël. ‘Dus waarom doen we het niet op de plekken waar het kan?’ De chemicus denkt ook dat de technologie goed schaalbaar is. ‘We werken nu aan zonnereactoren van een halve meter bij een halve meter. Het is goed mogelijk om deze op daken van fabrieken te plaatsen.’ De onderzoekers lopen daarbij nog tegen praktische zaken aan. Zo willen ze voldoende energie opwekken om ook de pomp op zonne-energie te laten draaien en is de distributie over de verschillende kanalen in de reactor nog niet gelijkmatig. Maar dit zijn dingen die volgens Noël oplosbaar zijn.

Toch zal het waarschijnlijk wel even duren voordat de technologie gebruikt gaat worden in de chemische industrie, denkt Noël. Hij zegt dat een sterke prikkel lijkt te ontbreken: ‘Bedrijven kunnen ook LED-lampen als lichtbron gebruiken en energie is spotgoedkoop, dus waarom zou je zonne-energie gaan inzetten?’ De chemicus denkt dat politieke druk nodig kan zijn om bedrijven zover te krijgen. ‘De overheid zou bedrijven kunnen verplichten dat de producten in hun portfolio tot stand komen op basis van groene energie in plaats van fossiele brandstoffen.’

Groener imago chemie

Aan de andere kant krijgt hij ook uit de chemische industrie te horen dat er behoefte is aan groenere productiemethodes. ‘Het is voor bedrijven uit deze sector niet altijd makkelijk om een licentie te krijgen gezien het vervuilende imago. Dus technologie die werkt op zonne-energie en de mogelijkheid biedt om kwalitatief goed en voldoende te produceren, is voor hen interessant. Verder maak ik wel eens de vergelijking met biolabels in de voedingsindustrie. Die stellen bedrijven in staat iets extra’s te vragen. Mensen kopen dit soort producten, waardoor er druk ontstaat op branchegenoten.’

In die zin zit het tij mee voor dit soort technologieën. Waarom zou de behoefte onder consumenten aan ‘groene’ producten niet voor de chemie kunnen gelden, vraagt Noël zich af. ‘Mensen kiezen voor groene energie, willen er voor betalen. Ik kan me voorstellen dat de consument ook gaat verlangen dat de chemicaliën in bijvoorbeeld kleren op een groene en circulaire manier gemaakt zijn.’ Noël gelooft hier sterk in, al is het volgens hem nog een punt op de horizon: ‘Ik zie het wel als blue-sky thinking. Implementatie van nieuwe technologie kan soms lang duren. Ik merk wel dat er veel aandacht is. Men vindt het een goed verhaal. Maar van verhaal naar toepassing is een grote stap.’

Meer informatie