Mijn expertise ligt vooral in het gebruik van natuurlijke grondstoffen en die vervolgens om te zetten naar nieuwe materialen. Wat bedoel ik daarmee? We nemen eigenlijk grondstoffen uit de natuur en gaan die op verschillende manieren veranderen zodat we ze kunnen inzetten in hoogwaardige materiaaltoepassingen zoals batterijen, gels om wonden te genezen, verven… Veelal betekent dit dat we natuurlijke stoffen scheiden en er specifieke delen uit selecteren die de meest nuttige eigenschappen hebben. Die selectie combineren we met andere stoffen en gaan we soms chemisch veranderen zodat het materiaal finaal unieke eigenschappen heeft die de natuurlijke materialen op hun eigen niet hadden. Dat maakt het natuurlijk heel interessant voor de producent die met die stoffen aan de slag gaat.

De natuur maakt zelf materialen die bepaalde toepassingen hebben. Een boom maakt bijvoorbeeld hout omdat het op een bepaalde manier moet groeien. Voor sommige toepassingen kunnen we dat hout direct gebruiken, maar bij andere toepassingen gaan we dat hout uiteen halen en combineren met andere componenten zodat het andere eigenschappen krijgt. Een voorbeeld is papier. Hout is bruin omdat het een combinatie is van witte cellulosevezels die samen gelijmd zitten in lignine met nog een deel andere bestanddelen. In een papierfabriek gaan we de lignine en andere bestanddelen verwijderen tot we bijna pure cellulose waar we dan papier van maken.

Wij focussen dus op scheikunde. Hoe is een materiaal scheikundig opgebouwd en hoe kunnen we dat linken aan het fysische gedrag van dat materiaal op moleculaire schaal. Hoe kunnen we dat materiaal vervolgens manipuleren om bepaalde eigenschappen op macroscopisch niveau te verkrijgen.

Concreet kan je de expertise van de onderzoeksgroep waarvan ik deel uitmaak, opdelen in drie grote assen, namelijk medische toepassingen op basis van natuurlijke producten, recyclage van bio- en petroleum gebaseerde materialen en de ontwikkeling van polymeer- en composietmaterialen op basis van hernieuwbare grondstoffen zoals cellulose, zetmeel, lignine en plantolie.

Er zijn verschillende elementen waarbij we bedrijven kunnen helpen. Enerzijds zijn we expert in de moleculaire manier waarop materialen opgebouwd zijn en hoe zich dat vertaalt in macroscopisch gedrag. Concreet dus de link tussen de chemische opbouw en het fysische gedrag van een materiaal. Als er problemen zijn op de manier waarop een bepaald materiaal zich gedraagt, kunnen we nagaan waarom dat zo is en welke additieven een ander gedrag kunnen teweegbrengen.

Anderzijds kunnen we ook van betekenis zijn bij het recycleren van polymeren. Wat is het effect van fysische recyclage op de moleculen van het materiaal na vier à vijf recyclagecycli?  Wat is het effect op de additieven? Wat is het effect op de moleculaire ketens in je polymeer? En waarom veranderen die eigenschappen tijdens het recycleren? En hoe kunnen we dit vermijden of proberen terug te brengen naar de originele eigenschappen.

Naast fysische recyclage ontwikkelen we ook economisch relevante methoden om chemisch te recycleren. Hierbij gaan we condensatiepolymeren opbreken tot monomeren zodat die opnieuw gepolymeriseerd worden. Het grootste voordeel hieraan is dat jouw gerecycleerd materiaal exact dezelfde eigenschappen als voorheen zal hebben. Een groot verschil met fysische recyclage. Op die manier kan je een materiaal in feite 100% recycleren en zou je kunnen spreken van ongelimiteerde recyclage.

Daarnaast kan een bedrijf ook bij ons terecht met al hun materialen waar er interfases zijn. Dat is eigenlijk de exacte plaats waar twee gescheiden materialen samenkomen zonder dat ze volledig in elkaar versmelten. Concreet kunnen we bijvoorbeeld bij vezel versterkte composietmaterialen kijken welke chemische modificaties ervoor kunnen zorgen dat interfases worden versterkt. Dit zorgt ervoor dat het polymeer en de vezel beter interageren waardoor het materiaal sterker wordt. Ook kijken we bijvoorbeeld naar de interfase tussen polymeren wanneer we films maken van meerdere polymeren voor bijvoorbeeld verpakkingsmaterialen.

Het ene is het recycleren van condensatiepolymeren waar we eigenlijk een proces hebben ontwikkeld waar we PET polycarbonaat en polyamides kunnen chemisch depolymeriseren. Die eerste stof kunnen we depolymeriseren binnen de twee minuten onder de 120 ^oC. Als we de temperatuur verhogen en de tijd verlengen kunnen we ook polyamides depolymeriseren. Vergeleken met hetgeen dat nu bestaat, is deze manier van werken een grote verbetering op vlak van zowel energie als materiaalgebruik.

Een andere recente ontwikkeling waar ik trots op ben, is een medische gel op basis van een stof uit zoethout. Specifiek gaat dat over glycyrrhizine dat in water op kamertemperatuur transformeert tot een gel. Het interessante daaraan is dat dit automatisch gebeurt – zonder toevoeging van andere elementen. Die stof zelf heeft een speciale biochemische activiteiten waarbij het bepaalde inflammatiemarkers onderdrukt waardoor wonden sneller genezen. Beginnend onderzoek toont aan dat die gel beter blijkt te werken dan de bestaande producten op de markt.

Een derde toepassing waar ik trots op ben, is waar we nanodeeltjes maken uit cellulose die we vervolgens gebruiken als een template waar we geleidende polymeren op kunnen plaatsen. Die polymeren slaan energie op en kunnen we gebruiken voor supercapacitoren die we bijvoorbeeld terugvinden in elektrische voertuigen. Het is een andere technologie dan lithium-ion batterijen die over het algemeen meer lading opslaan, maar die ook op een tragere manier afgeven. Supercapacitoren kunnen minder lading opslaan, maar geven het veel sneller af waardoor ze beter om kunnen gaan met pieken van stroom. Dat zou wel eens de toekomst kunnen zijn.

Recyclage en de degradatie in de natuur zijn een paar van de grote uitdagingen van onze tijd. Daar wil ik niet altijd het woord ‘biodegradatie’ gebruiken omdat we dan denken aan verpakking dat we in de natuur gooien en op korte termijn zal degraderen zodat we er niet meer naar moeten kijken. Dat heeft voordelen omdat we ons weinig zorgen moeten maken over het feit dat er soms afval in de natuur terechtkomt. Tegelijkertijd is dat een heel slecht gebruik van materialen. We gebruiken namelijk grondstoffen om die verpakking te maken maar recupereren die energie en grondstoffen niet als we de verpakking gewoon wegsmijten. Dat is dus verspilling.  

Natuurlijk willen we alle materialen zoveel mogelijk recycleren zodat we de chemische complexiteit en energie die we erin gestoken hebben, (gedeeltelijk) recupereren. Met die chemische complexiteit bedoel ik de atomenstructuur waaruit materiaal is opgebouwd. Als je biodegradeert, ga je – in extreme gevallen – alles omzetten in CO₂ en water en verlies je de waardevolle functies die het materiaal had.

Wanneer je materialen gebruikt, komen er nog altijd delen de natuur in. Dat is onvermijdelijk.  Als je schoenen hebt met rubberen zolen, komen er bij elke stap een aantal rubberdeeltjes los, als je synthetisch textiel wast, komen er kleine vezels los… Eigenlijk moeten we ervoor zorgen dat die specifieke deeltjes op zichzelf kunnen degraderen in de natuur en niet accumuleren. Zo garanderen we dat ze geen negatief effect hebben op de ecosfeer en andere natuurlijke organismen.

Momenteel zien we bijvoorbeeld een grote accumulatie van microplastics en dat vormt een heel groot probleem. Als we materialen maken die snel biodegraderen, kunnen we deze niet gebruiken in heel duurzame toepassingen. Het is bijvoorbeeld niet interessant om een auto te maken uit materialen die snel afbreken, want dan kan je je auto niet buiten laten staan.

We moeten veel meer leren hoe de natuur dingen aanpakt. Neem bijvoorbeeld een boom bestaand uit duurzaam materiaal, namelijk hout. Een boom kan zichzelf in stand houden zolang hij leeft, maar eens een boom doodgaat, zal hij op lange termijn degraderen. Dat neemt heel wat tijd in beslag, maar finaal heeft hij geen negatief effect op de ecosfeer. Dat is waar we naartoe moeten.

Mijn werk is mijn hobby en ik krijg heel veel energie van uitdagingen. Er zijn nog heel veel uitdagingen waarvoor nog geen oplossing bestaat. Ik ben ervan overtuigd dat er voor elke uitdaging een oplossing bestaat. Het is gewoon kwestie van één oplossing te vinden en die te optimaliseren waardoor je op nog meer oplossingen stuikt.

Technologie heeft ons leven drastisch verbeterd, maar heeft ook heel wat problemen gegenereerd omdat we niet altijd een goed overzicht hadden waarmee we bezig waren. We moeten die problemen proberen op te lossen op een duurzame manier zodat we de toekomstige generaties niet voor dezelfde problemen stellen. Er is veel onwetendheid en dat zorgt ervoor dat ik een enorme drive heb naar het ontdekken van nieuwe dingen.

Daarnaast is ook het samenwerken met jonge mensen heel inspirerend. De meeste van mijn medewerkers komen met ideeën op de proppen waaraan ik zelf niet gedacht had. Sommige zijn goed, andere zijn minder goed. Beetje hetzelfde als mijn eigen ideeën. Soms zijn er echt onverwachte ideeën die heel inspirerend kunnen werken.