Geen producten in de winkelwagen.
Na de IT-revolutie zijn de investeerders naarstig op zoek naar 'the next big thing'. Nanotechnologie houdt de belofte in zich van ongekende winsten. Deel 1 in een serie waarin Management Team toekomstige technologieën onder de loep neemt.
“De technologische revolutie van de 21e eeuw.” “Een grotere markt dan de IT.” De verwachtingen ten aanzien van de nanotechnologie zijn enorm. Niet verwonderlijk, gezien de haast goddelijke eigenschappen die de techniek toegedicht krijgt. Of die eigenschappen ooit tot volle wasdom komen, is alleen nog niet helemaal zeker.
Wordt nano the next big thing? Wetenschappers gaan een beetje blozen als ze met die vraag worden geconfronteerd. Ze laten zich terughoudend uit, omdat de technologie zich grotendeels nog moet bewijzen. Als het even kan, willen onderzoekers voorkomen dat er rond nanotechnologie – net als rond internet – een hype wordt gecreëerd die later tot teleurstellingen leidt. Maar ze zijn wel degelijk geïnteresseerd in alle aandacht die de hippe nieuwe techniek trekt – vooral als het gaat om financiële aandacht van beleggers en subsidieverstrekkende overheden.
Tot nu toe is de hype rond nanotechnologie beperkt gebleven tot wetenschappelijke kringen. Maar als de eerste commerciële doorbraken zich aandienen, zal het voorvoegsel 'nano' op de effectenbeurs waarschijnlijk net zo'n magische klank krijgen als het achtervoegsel '.com' enkele jaren geleden had.
Om de nanotechnologie te begrijpen is het noodzakelijk om af te dalen naar het domein van het kleine. Het voorvoegsel 'nano' is afkomstig van nanos, het Griekse woord voor dwerg. Een nanometer is een miljardste deel van een meter, ofwel een miljoenste millimeter. Het is de schaal van individuele atomen, vijf koolstofatomen op een rijtje zijn bijvoorbeeld één nanometer lang. We spreken van nanotechnologie als stoffen worden gemanipuleerd op nanoschaal, dat wil zeggen als individuele atomen kunnen worden gemanipuleerd.
Voor alle duidelijkheid: het gaat dus alleen om de schaal. Nanotechnologie is niet beperkt tot een bepaalde sector of tak van wetenschap. Overal (in de chemie, biologie, informatica of noem maar op) waar men in staat is atomen te manipuleren, is het predikaat 'nanotechnologie' van toepassing. Inderdaad: dat kan nog knap wat onduidelijkheid opleveren tegen de tijd dat talloze 'nano-'startups zich op Wall Street melden.
Het denkbeeld dat het mogelijk wordt om individuele atomen te manipuleren, heeft bij onderzoekers en ondernemers heel wat fantasieën losgemaakt. Het is bijvoorbeeld mogelijk om zogeheten 'nanobuizen' te maken; structuren die bestaan uit lange ketens atomen, met bijzondere eigenschappen. Sommige nanobuizen (bijvoorbeeld gemaakt van koolstofatomen) zijn sterker dan ijzer, maar tegelijk veel lichter. Je zou er in theorie een auto mee kunnen maken die sterker en duurzamer is dan de huidige modellen, maar nog geen dertig kilo weegt. Of een ruimteschip dat niet zwaarder is dan een VW-Golf van nu.
De fantasie is dat je de bouwstenen van de natuur volledig kunt beheersen, alsof je speelt met een gigantische legodoos waar in atomen de legoblokjes zijn. En dat je zelf nieuwe stoffen kunt ontwikkelen, met ongekende eigenschappen. The sky is the limit, maar dan een nano-sky. Denk aan kleine deeltjes die in de menselijke bloedbaan zwemmen en die zelf virussen en kankercellen opsporen. Denk aan materialen die licht of energie bijna zonder verlies doorgeven. Denk aan nano-kleding, die zich zelfstandig aanpast aan de menselijke huid. Denk aan…
Na een tijdje in nano-sferen is het moeilijk om af te dalen naar de realiteit – namelijk dat het een ongelooflijke opgave is om atomen te manipuleren. Het is alsof je met een honderd meter hoge hijskraan moet proberen om een huis te bouwen met individuele zandkorreltjes. De successen van de wetenschap, ondanks de grote aandacht voor het vakgebied de afgelopen jaren, zijn wat dat betreft nog tamelijk bescheiden. Op grote schaal geproduceerde nanobuizen zijn er nog niet. Veel verder dan het aanbrengen van nano-films, lagen materiaal die één molecuul dik zijn, is men nog niet gekomen. Toch levert ook dat aantrekkelijke toepassingen op, bijvoorbeeld in de optische industrie bij de productie van zeer scherpe beeldschermen of zeer sterke lasers.
Fantasie
Nanotechnologie is tot nu toe dus twee dingen: aan de ene kant de fantasie van onbegrensde mogelijkheden, aan de andere kant een handvol toepassingen die inmiddels de laboratoria hebben verlaten en waarmee geld wordt verdiend. Veel onderzoekers denken overigens dat die 'onbegrensde mogelijkheden' er wel zullen komen, ze tasten alleen volledig in het duister als je vraagt wanneer.
De Amerikaan Eric Drexler was de eerste die de mogelijkheden van de technologie in een boek omschreef. Hij bedacht meteen een oplossing voor het allergrootste probleem: hoe kun je bouwen met zulke kleine bouw-elelementen? Het probleem is namelijk niet alleen de schaal, maar ook de tijd. Stel dat het zou lukken om de zandkorreltjes met een hijskraan op hun juiste plaats te leggen, hoe lang zou het dan duren voordat een volledig huis af was? Ter illustratie: als er één klein korreltje van een revolutionaire 'nieuwe' stof moet worden geproduceerd, zou dat betekenen dat een miljard keer een miljard individuele atomen moeten worden gemanipuleerd.
De oplossing die Drexler bedacht is het maken van nanobots, minuscule machientjes die in staat zijn zelfstandig de atomen te manipuleren. Het zijn kleine 'atoomfabriekjes', die zelf op moleculaire schaal opereren. Omdat sommige nanobuizen halfgeleidend kunnen worden gemaakt (net als transistors op een computerchip), is het mogelijk om dergelijke apparaatjes met software toe te rusten – zodat ze precies weten wat ze moeten doen. Maar alleen het maken van deze nanobots is nog niet genoeg: om een nieuwe stof met acceptabele snelheid te kunnen produceren, zijn er triljoenen van dergelijke botjes nodig. Dat kan alleen als de nanobotjes zichzelf kunnen repliceren. Eerst maken ze zichzelf in groten getale na, vervolgens gaan ze aan de slag met het echte werk.
Om de werking van de nanobotjes te illustreren kunnen we ons een bak met puin voorstellen. Er moeten nanobotjes komen die de verschillende moleculen van het puin kunnen bewerken. De botjes worden in het puin gedaan, ze beginnen zichzelf te repliceren, en veranderen het puin vervolgens in een keurige stapel bruikbare bouwmaterialen. Van een vuilnisbelt maken ze bruikbare voedingsstoffen, en ga zo maar door. Essentieel is dat er genoeg kennis is over de manier waarop de bestaande moleculen moeten worden omgezet en opnieuw gerangschikt. Maar daarna zijn het voedsel- en het energieprobleem, en vele andere problemen, een peulenschil voor de nanobotjes. In de verte gloort een bijna goddelijke macht in het her-arrangeren van de moleculen op aarde.
Is het een op hol geslagen fantasie? Misschien. Er is echter één bewijs dat zo'n zelfreplicerend apparaat in principe mogelijk is: het menselijk lichaam. In het lichaam van mensen (en alle andere levende wezens) worden stoffen op moleculair niveau aangemaakt door ribosomen, kleine chemische fabriekjes die in elke cel te vinden zijn. Net als de gefantaseerde nanobots zijn de ribosomen bovendien in staat om zichzelf na te maken. Zo bezien is de nanotechnologie niet een uitvinding van de 20e en 21e eeuw, maar komt ze uit het boek Genesis, vers 1:11.
Lucratief
Ook al liggen de nanobots en het bouwen van splinternieuwe stoffen met individuele atomen nog ver in de toekomst, dat betekent zoals gezegd niet dat nanotechnologie geen lucratief vakgebied kan zijn. De kennis die wordt opgedaan met het manipuleren van stoffen op microscopisch niveau leidt inmiddels tot waardevolle toepassingen. Volgens NanoMat, een Duits onderzoeksbureau, zou er vorig jaar zelfs al voor 26,5 miljard dollar aan producten verkocht zijn die (deels) met nanotechnologie gemaakt zijn. Daarbij gaat het niet alleen om de net genoemde beeldschermen en lasers, maar ook om uiteenlopende producten zoals verfemulsies, coatings op brillenglazen en zonnecrème met superieure eigenschappen om UV-straling te filteren.
Het maakt het dilemma van de wetenschappers begrijpelijk. Als ze de indruk zouden wekken dat de nanobotjes er binnenkort aankomen, zouden ze liegen. Maar de investeringen in dit prille vakgebied (sinds vijf jaar begint het enige omvang aan te nemen) zijn beslist geen weggegooid geld. Een eerste golf startups is, met name in de VS, al gesignaleerd.
Een van de eerste 'tastbare' producten is de gitaar die Dustin Carr, een Amerikaanse natuurkundige en popmusicus, met nanotechnologie heeft gebouwd. Het apparaat heeft snaren van 50 nanometer dik en het zou volledig bespeelbaar zijn, ware het niet dat Carrs vingers te dik zijn. Bovendien bewegen de snaren met een frequentie van 10 miljoen trillingen per seconde, het geluid dat ze produceren zou veel te hoog zijn voor het menselijk oor.
Maar als een gitaar kan worden gebouwd met nanosnaren, dan moeten we toch ook een huis kunnen bouwen met zandkorreltjes?
Nanotechnologie in Nederland
Op Beursplein 5 zijn ze nog niet gesignaleerd, de hippe nano-bedrijfjes die om een beursnotering staan te trappelen. Maar volgens de website van Nanoned, een belangenclub van wetenschap en industrie, telt Nederland internationaal wel degelijk mee. “Onze wetenschappers en instituten behoren wereldwijd tot de top op dit ontluikende gebied.” Dat nanotechnologie een grote toekomst heeft, willen ze in de universitaire wereld weten. Vrijwel elke universiteit heeft er een eigen, multidisciplinaire afdeling voor opgezet. Omdat de technologie zo veel verschillende vakgebieden bestrijkt (biologie, chemie, fysica), is het handig de kennis en expertise op één plek bij elkaar te brengen. Bovendien moet het beschikbare geld zo efficiënt mogelijk worden verdeeld: het onderzoek op dit gebied is duur. Voor veel studies zijn clean rooms nodig, kostbare, smetvrije laboratoria.
Meer geld voor onderzoek is dan ook van het grootste belang om de positie van Nederland te versterken, aldus Nanoned. “Toptalent kiest voor topinitiatieven, en gaat dus naar het buitenland,” schrijft de organisatie dreigend. Volgens prof. Salemink van de Technische Universiteit Eindhoven is de trend nog niet zichtbaar dat Nederlandse onderzoekers hun biezen pakken en op zoek gaan naar een lucratief buitenlands avontuur. “Van een echte braindrain is geen sprake. Maar als je in Nederland geen goede voedingsbodem biedt, zal het onvermijdelijk zijn.” Nanoned is bezig met een omvangrijke subsidieaanvraag in het kader van ICES/KIS, het programma van de Nederlandse overheid om een deel van de aardgasbaten te gebruiken voor relevant onderzoekswerk.
Opvallend is de grote eenstemmigheid in het Nederlandse nano-wereldje, want naast de universiteiten zijn ook veel grote bedrijven die onderzoek naar nanotechnologie doen bij Nanoned betrokken. Bedrijven zoals Philips, ASML en Océ doen zelfstandig onderzoek. Maar bijvoorbeeld ook een bedrijf als Organon, waar gekeken wordt naar toepassingen op DNA-chips (om diagnoses te stellen). Of bijvoorbeeld JDS Uniphase, het Amerikaanse bedrijf met een vestiging in Nederland, waar nanotechnologie voorkomt in de productie van halfgeleiderlasers. Geleidelijk rukt nanotechnologie op in de wereld om ons heen, hoewel we het nauwelijks in de gaten hebben. Je zou om het te zien dan ook verdrááid goede ogen moeten hebben.
