Uitdagingen

Waarom Materialen: oplossingen voor schaarste?

Hightech apparatuur

LCD-schermen, tabletcomputers, smartphones met batterijen die tien uur meegaan, slimme plastic verpakkingen, lichte kunststofonderdelen voor allerlei apparatuur, dunne zonnepanelen… de technologische vooruitgang heeft ons verrijkt met allerlei hightech apparaten om ons leven te vergemakkelijken. Niet zelden bevatten deze apparaten echter grondstoffen die niet onuitputtelijk voorhanden zijn. Naast het dreigend tekort aan olie, dreigt er bijvoorbeeld ook een tekort aan terbium, lanthaan en neodymium. Dat zijn zogeheten zeldzame aardmetalen die gebruikt worden in iPhones, flatscreen-televisies en hybride auto's. Op dit moment komt meer dan 95 procent van alle zeldzame aardmetalen uit China. Dat is economisch ongunstig. China heeft al eerder exportbeperkingen opgelegd, en daarmee de productie van westerse hightechapparatuur verlamd. Daarnaast is de winning van deze stoffen zeer belastend voor het milieu.

Katalysatoren

Ook voor katalysatoren worden vaak dure metalen gebruikt. Katalysatoren zijn stoffen die chemische reacties versnellen en ervoor zorgen dat reacties zo min mogelijk afval opleveren. Voor de ontwikkeling van nieuwe processen zoals voor de omzetting van biomassa, of voor het schoner maken van auto's, zijn nieuwe katalysatoren nodig. De wetenschap zoekt naar manieren om katalysatoren te maken waar geen zeldzame aardmetalen meer voor nodig zijn.

Voedselvoorziening

Een ander terrein waarvoor het NWO-thema Materialen: oplossingen voor schaarste van belang is, is de voedselvoorziening. Zonder kunstmest kunnen we de groeiende wereldbevolking niet voeden. Kunstmest bevat onder andere fosfor en kalium. Ook deze stoffen zijn niet eindeloos voorradig, maar er zijn geen alternatieven. Er wordt daarom gezocht naar oplossingen om deze stoffen voor de land- en tuinbouw optimaal te gebruiken en waar mogelijk terug te winnen.

Binnen het thema staan drie doelen centraal:

  • Gebruik van zeldzame materialen verminderen
    Er wordt gezocht naar manieren om zo efficiënt mogelijk te produceren. Dat houdt in: met zo weinig mogelijk verliezen tijdens de productie, en met een optimale opbrengst van het materiaal tijdens het gebruik.
  • Zoeken naar vervangende materialen
    Chemici, fysici en materiaalkundigen zoeken naar combinaties van elementen die gewenste eigenschappen hebben, zoals het uitzenden van licht onder invloed van elektriciteit (opto-elektronica). In het lab worden nieuwe stoffen gesynthetiseerd, en worden atoomlaag voor atoomlaag nieuwe combinaties van materialen gemaakt.
  • Recycling van gebruikte zeldzame grondstoffen
    De uitdaging voor ontwerpers wordt steeds meer 'design for next use'. Dit betekent dat al tijdens het productontwerp wordt nagedacht hoe de zeldzame elementen uit een product makkelijk kunnen worden verwijderd als het product aan het einde van zijn leven is gekomen.

Relatie met thema High tech systemen en materialen

Het NWO-thema High tech systemen en materialen is legt zich toe op het toepassen van slimme materialen in componenten en high-techsystemen. Het thema Materialen: oplossingen voor schaarste is met name gericht op het ontwerpen en produceren van materialen en het duurzaam beheer van de grondstoffen die daarvoor nodig zijn.