Hoogleraar chemie van moleculaire materialen aan de RUG Kees Hummelen is al jaren bezig met fundamenteel onderzoek naar ‘plastic’ zonnecellen. Door het ontwikkelen van een speciaal molecuul stond hij aan de wieg van een type derde generatie zonnecellen dat binnen vijf jaar toepasbaar kan zijn en op den duur een omwenteling teweeg kan brengen in de energiehuishouding.
Al ruim twintig jaar kennen we zonnepanelen op daken en op praatpalen langs snelwegen die in alle stilte bezig zijn met elektriciteitsproductie. Het actieve deel van de commerciële zonnecellen is gemaakt van silicium. Tegenwoordig worden speciale dunne foliën gebruikt met een actief laagje dat het zonlicht absorbeert. ‘Met behulp van de nanotechnologie proberen we superslimme materialen te ontwikkelen die je vervolgens op een lowtech manier in elkaar kunt smeren tot een zeer goedkope zonnecel met een redelijk rendement’, aldus Hummelen. Nanotechnologie is een verzameling van technieken in de natuurkunde, scheikunde en biologie, bedoeld om te werken met dingetjes op een schaal van 10 tot 100 nanometer; 1 nanometer is een miljardste meter, dus een miljoenste millimeter.
Zonnecellen
Kees …
Hoogleraar chemie van moleculaire materialen aan de RUG Kees Hummelen is al jaren bezig met fundamenteel onderzoek naar ‘plastic’ zonnecellen. Door het ontwikkelen van een speciaal molecuul stond hij aan de wieg van een type derde generatie zonnecellen dat binnen vijf jaar toepasbaar kan zijn en op den duur een omwenteling teweeg kan brengen in de energiehuishouding.
Al ruim twintig jaar kennen we zonnepanelen op daken en op praatpalen langs snelwegen die in alle stilte bezig zijn met elektriciteitsproductie. Het actieve deel van de commerciële zonnecellen is gemaakt van silicium. Tegenwoordig worden speciale dunne foliën gebruikt met een actief laagje dat het zonlicht absorbeert. ‘Met behulp van de nanotechnologie proberen we superslimme materialen te ontwikkelen die je vervolgens op een lowtech manier in elkaar kunt smeren tot een zeer goedkope zonnecel met een redelijk rendement’, aldus Hummelen. Nanotechnologie is een verzameling van technieken in de natuurkunde, scheikunde en biologie, bedoeld om te werken met dingetjes op een schaal van 10 tot 100 nanometer; 1 nanometer is een miljardste meter, dus een miljoenste millimeter.
Zonnecellen
Kees Hummelen studeerde en promoveerde in Groningen en werkte van 1993 tot 1995 op een beroemd instituut in Californië. In het kader van een onderzoek naar aidsremmers ontwikkelde hij een molecuul dat in staat is om de groei van het hiv-virus te verstoren. Hij hield zich daarbij bezig met de zogeheten buckyballs, grote stabiele moleculen die bestaan uit zestig koolstofatomen en door hun structuur van vijf- en zesvlakjes dezelfde opbouw hebben als een voetbal. ‘Dat was eveneens interessant voor het zonnecelonderzoek. In de periode dat ik dat molecuul ontwikkeld had, waren er in hetzelfde gebouw natuurkundigen bezig met het ontwikkelen van plastic zonnecellen. Toen die natuurkundigen mijn molecuul in de cellen mengden functioneerde dat zo goed dat die plastic zonnecel operationeel werd. In wetenschappelijke publicaties van die onderzoekers werd ik ook als auteur genoemd, terwijl ik helemaal niet bezig was met zonne-energie. Ik ben me toen daarin gaan verdiepen.’
De ontwikkeling van die polymere (plastic) zonnecellen noemt men de derde generatie zonnecellen. De eerste generatie bestaat al twintig jaar, doet het bijzonder goed en levert ook de meeste energie. De tweede generatie is lichter van gewicht en goedkoper, maar doet het, op een enkele uitzondering na, niet zo goed als de eerste generatie, maar die is weer zo duur dat zij alleen in de ruimtevaart wordt gebruikt. De derde generatie is dun, licht en goedkoop, maar commercieel nog niet interessant omdat zij nog niet goed genoeg werkt. Hummelen: ‘Ik denk dat die pas over vijf jaar toepasbaar is, maar het Duitse bedrijf Siemens kondigde tot mijn verrassing aan dat ze volgende jaar plastic zonnecellen gaan verkopen. Als dat al gebeurt zal die toepassing kleinschalig zijn, bijvoorbeeld in speelgoed. Ze zullen zeker nog niet in zonnepanelen toegepast worden.’
Duurzame energie
Kees Hummelen is zeer geïnteresseerd in het ontwikkelen en toepassen van duurzame energie. Volgens hem is ook windenergie een uitstekend alternatief, zeker als er grote windturbines van 5 megawatt geplaatst worden op plaatsen waar dat kan, zoals de Doggersbank. Energie uit biomassa en getijden telt uiteindelijk nauwelijks mee. ‘Zonne-energie is de meest elegante energiebron. Je heb geen bewegende delen, het maakt geen lawaai en het er treedt nauwelijks vervuiling op, behalve bij de chemische processen om de zonnecel te maken. Als de zonnecel een massaproduct wordt dan moeten die processen milieutechnisch geoptimaliseerd worden.’
Op de vraag of de hele maatschappij op duurzame energie kan overschakelen, antwoordt Hummelen: ‘Helaas moet ik zeggen dat de plastic zonnecel als eerste wordt toegepast in de wegwerpelektronica, zoals zonoplaadbare batterijtjes. Als ik een beetje optimistisch ben dan moet het rendement van plastic zonnefolie zo’n tien procent worden. In die orde zitten de huidige commerciële panelen ook (7-15%). Een zonnige dag levert 1000 watt op per vierkante meter. Tien procent rendement betekent 100 watt. Dan heb ik 20 vierkante meter aan panelen nodig om mijn wasmachine te laten draaien. Dat moet je dus anders doen, want de wasmachine moet je warm water geven van de zonneboiler.‘
Kees Hummelen wordt allengs enthousiaster tijdens zijn betoog. ‘De wereld zal er anders uitzien als zonne-energie doorbreekt. De aarde is groot genoeg om iedereen van zonne-energie te voorzien, want er valt minstens 1000 keer meer zonne-energie op de aarde dan we nu totaal aan energie gebruiken. Je kunt de Sahara vol bouwen met zonnepanelen en de elektriciteit vervolgens te transporteren, wat overigens nog een groot probleem is. De bebouwde omgeving van Nederland, dus alle daken, hebben voldoende oppervlak om ons land totaal van zonne-energie te voorzien.’
Smartwindows en powerpaint
‘Overigens is dat niet nodig. De hoogste troef van de plastic zonnecel is de lage kostprijs. Als het allemaal lukt kun je denken aan een soort zonnefolie dat je per meter van de rol kunt kopen bij de bouwmarkt. Maar je kunt ook denken aan ramen als smartwindows. Als de zon erop schijnt wordt het raam donker en weert het het zonlicht waardoor het binnen minder warm wordt, en tegelijk werkt het als een zonnepaneel dat stroom kan leveren. Stel dat je kleding of de buitenkant van je auto energie kan opwekken waarmee je je mobieltje en accu kunt opladen. Stel dat je een powerpaint ontwikkelt, een wonderverf die je ergens op smeert en verbindt met twee draadjes waardoor je stroom krijgt. Dat is toch geweldig. En het komt allemaal van de zon. De allermooiste vorm vind ik een bio-nanotechnologische-science-fiction-versie, waarbij de energie van het leven wordt omgezet in stroom: je zou plantages met zonnebomen kunnen planten.’
