Danny Broere

In je filmpje gebruik je een bananenschil als voorbeeld voor de afvalstromen waar je jouw bouwstenen uit maakt. Hoe zien die afvalstromen er in de praktijk uit?

Het zijn inderdaad geen hele bananenschillen die wij verwerken in het laboratorium: we werken op een heel fundamenteel niveau. We richten ons op grondstoffen uit biomassa die zoveel mogelijk ‘downstream’ zijn. Dat houdt in dat het afval al ver verwerkt is in een bioraffinaderij en je met zuivere stofstroom aan de slag gaat. Wij zetten dus geen mengsels om. We ontwikkelen homogene katalysatoren die geschikt zijn om één specifiek soort molecuul om te zetten – voor complexe mengsels lenen robuuste heterogene katalysatoren zich vaak beter.

Kun je wat meer vertellen over de bouwstenen die je maakt in jouw onderzoek?

Eén van de bouwstenen waar we ons op richten zijn aromatische verbindingen. Momenteel worden deze bijna exclusief gemaakt uit benzeen, tolueen en xyleen (BTX) welke afkomstig zijn uit aardolie. Deze stoffen zijn eigenlijk dé basisbouwstenen voor alle verbindingen met een aromatische ring. Maar een biopolymeer, lignine, die in celwanden van planten te vinden is, bestaat ook voornamelijk uit aromatische ringen. In de laatste decennia zijn diverse methodes ontwikkeld om lignine op te breken in diverse kleinere aromaten. Alleen bevatten die ook heel veel andere functionele groepen. Die groepen kunnen we eraf halen om benzeen, tolueen of xyleen te maken, maar eigenlijk is dat heel inefficiënt. Er gaat dan juist veel waardevolle complexiteit verloren. Het zou dus nuttiger zijn als we een deel van die complexiteit konden behouden om vervolgens selectief gewenste chemische functionaliteit daaraan toe te voegen.

Defunctionaliseren is dan nog steeds nodig, want niet álle reeds aanwezige functionele groepen zijn nodig voor bijvoorbeeld bepaalde medicijnen. Je moet dus heel selectief bindingen kunnen maken en breken. Daarvoor ontwikkelen wij onze katalysatoren.

Wat voor katalysatoren ontwikkel je?

Het ‘gereedschap’ dat ik gebruik is voornamelijk een verzameling homogene katalysatoren. Dat betekent dat de katalysator zich net als de reactanten in de oplossing bevindt. Het mooie aan homogene katalyse, waardoor ik er zo gefascineerd door ben, is dat we deze katalysatoren heel precies kunnen aanpassen. We kunnen rationeel de moleculaire structuur aanpassen en zo de eigenschappen van de katalysator veranderen. Er zit nu een heel groot gat tussen heterogene katalyse, waar de katalysator vaak een oppervlak van samenwerkende metaalatomen is, en homogene katalyse, waar het opgeloste complex meestal één metaalatoom bevat. Het zijn twee totaal verschillende vakgebieden. Je zou mijn onderzoek kunnen zien als een kleine stap richting de heterogene katalyse : in onze homogene katalysatoren kunnen twee metaalatomen samenwerken net zoals in diverse heterogene katalysatoren. In de natuur gebeurt dat ook in diverse enzymen en daar putten wij inspiratie uit.

Wat wil je over een paar jaar bereikt hebben?

Ik heb twee hoofddoelen. Eén ervan is erg fundamenteel: het begrijpen hoe we meerdere metaalatomen samen kunnen laten werken om selectief sterke chemische bindingen te maken en breken. Door zelf rationele aanpassingen te doen aan het systeem hopen we inzicht te krijgen over welke factoren hierin een belangrijke rol spelen. Deze kennis willen we gebruiken voor het andere, meer toepassingsgerichte doel om nieuwe methodes te ontwikkelen om chemicaliën uit afvalstromen om te kunnen zetten naar voor ons nuttige chemicaliën. Op korte termijn richten we ons dan op het gebruiken van arylethers uit lignine. Daar zou ik grote stappen in willen maken in de komende jaren.