Andre Geim is de uitvinder van het grafeen, het dunste materiaal op aarde dat zo sterk is dat je er een neerstortend vliegtuig mee kunt opvangen. Een gesprek met de Nederlands-Britse Nobelprijswinnaar over de toepassingen van zijn vinding, de schoonheid van zuivere wetenschap, de toekomst van de universiteit en zwevende kikkers.
Andre Geim is de vader van grafeen, het grafietlaagje van één atoom dik dat onze toekomst gaat veranderen. Het is het dunste materiaal op aarde en toch tweehonderd keer sterker dan staal: zo sterk dat je er in theorie een neerstortend vliegtuig mee kunt opvangen.
Realistischer toepassingen zijn ultrabuigzame smartphones en zonnepanelen die energie uit regendruppels halen. Geim en zijn onderzoekspartner Konstantin Novoselov ontdekten grafeen in 2004 in hun vrije tijd bij een van hun ‘vrijdagavondexperimenten’. Een ontdekking die zes jaar later werd bekroond met de Nobelprijs.
Maar dit ‘supermateriaal’ is maar één facet van Geims fascinerende wetenschappelijke loopbaan. Hij is in de Sovjet-Unie geboren en zijn ouders zijn Duits, zodat hij ooit een plaats aan een vooraanstaande universiteit misliep vanwege twijfels over zijn etnische afkomst. Toen hij dankzij de glasnost uiteindelijk in Europa kon studeren, was dat het begin van een unieke wetenschappelijke carrière. Wat Geim bovenal kenmerkt, is zijn passie voor zijn werk. Over de commerciële exploitatie van dit materiaal dat hem zo aan het hart gaat, is hij terughoudend, bijna bedeesd. De wereld is de revolutionaire gevolgen van zijn ontdekking nog aan het aftasten, Andre Geim wacht ondertussen nog altijd op revolutie.
‘Historisch heeft het altijd dertig tot veertig en soms wel honderd jaar geduurd voordat mensen geschikte toepassingen voor nieuwe materialen vonden’
Wilt u om te beginnen misschien eens uitleggen wat grafeen zo uniek maakt?
‘Grafeen is een soort kippengaas van koolstofatomen, van één atoom dik. Er zijn waarschijnlijk nog honderd vergelijkbare materialen, maar grafeen blijft het bijzonderst. De ontdekking van grafeen heeft een heel nieuw type materialen binnen bereik gebracht. Een nieuw materiaal ontdekken is leuk en kan ook belangrijk zijn, maar een heel nieuwe materiaalsóórt ontdekken… dat heeft zich in de geschiedenis van de mensheid maar heel zelden voorgedaan.
We weten nog niet wat we allemaal met dit materiaal kunnen doen. De hoop is dat het net zo belangrijk zal blijken te zijn als brons en ijzer ooit waren. Ik ben van nature vrij pessimistisch als het om beloftes gaat, maar binnen de groep mensen die verstand hebben van dit materiaal, heerst inmiddels de opvatting dat het minstens zo belangrijk is als de komst van plastic of aluminium.
Als mensen me vragen wat ik ervan verwacht – want ik weet dat je dat wilt vragen – dan kom ik altijd met het volgende verhaal. Ik zat eens met een gezelschap in een bootje om dolfijnen te spotten. Vroeger als kind zwom ik in de Zwarte Zee ook in water waar dolfijnen zaten, ik ken die dieren dus vrij goed. Maar ditmaal gebeurde er iets bijzonders: deze dolfijnen wilden met ons spelen. Ze kwamen vlak naast de boot zwemmen, we konden ze strelen. Het waren wilde dolfijnen, ik had nog nooit gehoord dat die zoiets doen. Dus je kunt je voorstellen dat dit een heel bijzonder, romantisch moment was. Zulk direct contact met wilde dieren. De enige andere keer dat ik zoiets heb meegemaakt, was met een orang-oetan op Borneo. Maar die begon me met takken te bekogelen, dus dat was minder leuk. Met de dolfijnen was het echt magisch. Iedereen viel stil en leunde over de reling om de dieren aan te raken. En na een tijdje hoorde ik een klein jongetje roepen: “Mama, kunnen we ze ook opeten?”
De situatie met grafeen kun je hiermee vergelijken. We zitten nog maar in de eerste fase, we rommelen nog wat aan met het materiaal en genieten van de wondere schoonheid van deze nieuwe tak van wetenschap. En toch wordt er al geroepen: “Ja, laat die romantiek maar zitten. Wat kúnnen we ermee?”’
U bent dus meer geïnteresseerd in de schoonheid van zuivere wetenschap dan in praktische toepassingen?
‘Dat klopt voor 50 procent. Het is mijn werk om nieuwe dingen te vinden voordat een ander het doet. Dat is het Sherlock Holmes-spelletje waarop ik getraind ben: op basis van een miniem aantal aanwijzingen een compleet beeld zien te krijgen. De winnaar van dat Sherlock Holmes-spelletje is degene die met het kleinste aantal aanwijzingen het totaalplaatje compleet krijgt. En er zijn natuurlijk heel veel mensen die aan dit spelletje meedoen. Ik ben er vrij goed in, dus ik geniet er ook van.
Anderzijds ben ik wat grafeen betreft zeker niet onverschillig voor de vraag wat je allemaal met dit materiaal kunt doen. Er is een hele lijst superlatieven: het dunste, sterkste, elektrisch en thermisch best geleidende, buigzaamste, flexibelste, enzovoort. Als je dat weet, ga je vanzelf ook denken aan hoe je dat kunt toepassen en hoe het ons leven kan verbeteren.
Maar ik vind het frustrerend dat die ontwikkeling zo traag gaat, vooral bij grote bedrijven die geen sjoege hebben van innovatie. Binnen ons sociaaleconomisch bestel zijn die bedrijven gedwongen hun afdelingen voor onderzoek en ontwikkeling op te doeken. Ze zijn tegenwoordig alleen maar bezig met de volgende kwartaalcijfers, ze hebben niet eens de visie om een paar jaar vooruit te kijken. Daardoor zijn ze volstrekt niet in staat om aan innovatie te doen.
Ik probeer ook mee te helpen aan commerciële toepassingen van grafeen. Dat doe ik met flinke tegenzin, maar ik beschouw het een beetje als mijn sociale plicht om me niet zo volstrekt antisociaal op te stellen als men me doorgaans vindt. Promovendi van me hebben al vijf of zes bedrijven opgericht, dat stimuleer ik zo veel mogelijk. Soms moet ik ze zelfs voor het blok zetten. Het is bekend dat ik tegen een van mijn promovendi heb gezegd: Je kunt kiezen. Of je vliegt de laan uit, of je begint je eigen bedrijf, met alle hulp en faciliteiten die ik voor je kan regelen.’
Er wordt over allerlei spannende toepassingen gespeculeerd. Ik heb al over van alles gelezen, van methoden voor waterzuivering tot diverse soorten wearables, zoals een pleistervormige glucosemeter voor diabetici. Kunt u iets over die producten vertellen?
‘Iedere twee weken hoor je wel weer een of ander spectaculair verhaal over mogelijke toepassingen van grafeen. Contactlenzen met ingebouwde elektronica, waterzuivering, superkrachtige nachtkijkers, enzovoort enzovoort. Ik zeg niet dat het allemaal onzin is, maar die toepassingen liggen momenteel nog niet echt binnen ons bereik. Om te beginnen moet je vaak concurreren met bestaande technologieën. Zulke ideeën monden zelden uit in commerciële producten, maar krijgen wel veel aandacht. Of de media nu met goed of met slecht nieuws komen, het moet altijd iets bijzonders zijn. En wetenschappers zijn helaas ook niet immuun voor die neiging om hun claims te overdrijven.
Langzaam maar zeker vindt grafeen zijn weg in bestaande producten. Het wordt momenteel gebruikt in tennisrackets en fietsen, waarschijnlijk meer als gimmick. Al weet ik wel dat rubberbanden door de toevoeging van grafeen veel langer meegaan. En zo heb je nog andere, heel saaie toepassingen, bijvoorbeeld in mobiele telefoons en batterijen.
Historisch heeft het altijd dertig tot veertig en soms wel honderd jaar geduurd voordat mensen geschikte toepassingen voor nieuwe materialen vonden. Het duurde veertig jaar voordat we echt iets met aluminium konden. Ineens had je dit nieuwe materiaal dat heel licht en heel sterk was, maar wat moest je ermee? Tot zich een ideale toepassing aandiende, vooral in de luchtvaart. Met grafeen wachten we nog steeds op zo’n ideale toepassing.’
U hebt grafeen ontdekt toen u er buiten uw reguliere werktijd wat informele experimenten mee deed. Waarom is die experimentele, speelse benadering zo belangrijk voor u?
‘Ik probeer gewoon de verveling te bestrijden. De geijkte manier om wetenschap te bedrijven is als een spoorweg in een groot land. Dan denk ik aan een reis die ik in Peru heb gemaakt, waarbij je over een heel lang traject urenlang in een rechte lijn rijdt. De wetenschap lijkt daar een beetje op: je promotor zet jou als promovendus op de rails, en na je promotie rij je vanzelf naar de volgende fase. Als je slim genoeg bent en hard genoeg werkt, krijg je een aanstelling. Zo blijf je netjes op het wetenschappelijke spoor, van de wieg tot het graf. Dat vind ik saai, en ik vind niet dat het salaris van wetenschappers hoog genoeg is om die saaiheid eindeloos te verdragen.
Dus probeer ik dingetjes uit te vinden en spelletjes te spelen. Ik begin vaak met iets wat een deskundige op dat gebied misschien triviaal vindt. Ik begin met een simpele vraag, en bij het zoeken naar een antwoord op die vraag stuit je soms op dingen zoals gekkotape, magnetisch zweven of grafeen.
Ik stel mezelf bijvoorbeeld de vraag: wat gebeurt er als ik water in een magneet giet? Veranderen de eigenschappen van water dan, omdat het magnetisch veld sterker dan normaal is? Of: wat als we met technologie het effect van gekkopootjes proberen na te bootsen? Wat zouden de eigenschappen van een superdunne flintergrafiet zijn? Allemaal heel verschillende vragen, maar ze hebben gemeen dat ze strikt genomen allemaal buiten mijn vakgebied liggen. Elke leek zou zich die vragen kunnen stellen. Het is dus belangrijk dat je ook dingen doet die buiten je eigen vakgebied liggen.’
‘Ik ben verslaafd aan ervaringen, en de Nobelprijs biedt je een schat aan geweldige nieuwe ervaringen’
Omdat u er toch over begint: ik moet u vragen naar die zwevende kikker, waarvoor u de Ig Nobelprijs hebt gekregen [een parodie op de Nobelprijs die uitvindingen bekroont die de lachlust opwekken, maar ook aan het denken zetten]. Ik hoop dat het onderwerp van magnetisch zweven u nog niet de keel uithangt.
‘Helemaal niet, ik ben er heel trots op. Ik vond het een heel leuk experiment en ik vind de Ig Nobel een heel leuke prijs. Een Nobelprijs neemt iedereen dankbaar in ontvangst, maar het vergt lef om de Ig Nobelprijs te aanvaarden. Veel van mijn collega’s kunnen hard lachen om grappen over iemand anders, maar zodra ze zelf het mikpunt van spot zijn, verdwijnt hun gevoel voor humor als sneeuw voor de zon.
Als ik college geef, hang ik altijd een foto van die zwevende kikker op. Soms kijken studenten dan even op van hun mobieltje om te vragen wat dat is. Dus het heeft veel effect.
Die kikker heeft het beeld van magnetisme veranderd. Diamagnetisme is een heel zwak verschijnsel waar jij en ik en alles in deze ruimte aan onderhevig zijn, afgezien van een paar dingen die gewoon magnetisch zijn. We zien het niet, maar het diamagnetisme is er wel. En dat je er een levend wezen mee kunt laten zweven, toont toch aan dat het ook weer niet zo’n zwak fenomeen is als we geneigd zijn te denken.’
Het winnen van de Nobelprijs moet een van de grootste keerpunten in uw leven zijn geweest. Wat heeft het voor u veranderd?
‘Mijn leven is er niet echt door veranderd, ik doe nog steeds zo’n beetje hetzelfde. Ik werk nog evenveel als voorheen, alleen voel ik nu wat minder druk. Ik kan iedereen aanraden om een Nobelprijs te winnen, serieus, want het levert serieuze voordelen op. Dan denk ik niet aan het geld, want dat is allemaal in mijn hypotheek gaan zitten, maar de Nobelprijsceremonie is een unieke gebeurtenis. Daar hangt een sfeer die je zelfs op de Olympische Spelen niet vindt. En verder opent het veel deuren. Ik ben verslaafd aan ervaringen, en de Nobelprijs biedt je een schat aan geweldige nieuwe ervaringen, allerlei interessante en rare nieuwe mensen die je leert kennen.’
U hebt gezegd dat universiteiten moeten ophouden ‘studenten met een ambtenarenmentaliteit’ te kweken, dat ze studenten moeten leren risico’s te nemen. Waarom vindt u dat?
‘Dat is gewoon een feit. Hoe kunnen we in hemelsnaam ooit de kloof tussen wetenschap en bedrijfsleven dichten als de slimste en beste mensen alleen willen werken voor grote bedrijven die niks aan innovatie doen? In Amerika is de mentaliteit heel anders. Er is een heel simpele reden waarom de VS sterk is in technologisch ondernemerschap: daar studeert elk jaar een grote groep jonge mensen af die ondernemer willen worden. Die willen geen ambtenaar zijn, die willen rijk worden.
In kranten wordt het verschil tussen de mentaliteit in de VS en hier dagelijks geïllustreerd. De meest gehoorde klacht in Amerika is dat de overheid zich te veel met de burgers bemoeit, terwijl in Groot-Brittannië en andere Europese landen de meest gehoorde klacht juist is dat de overheid niet goed voor de mensen zorgt en allerlei dingen niet goed heeft geregeld. Ik vind dat frustrerend.
Nu hebben we het niet over wetenschap maar over politiek. De VS is het enige land dat ik ken (want ook China volgt in Europa’s voetsporen) waar mensen nog steeds zelfstandig willen zijn, niet afhankelijk willen zijn van een “Grote Broer” die ze uit de penarie helpt en ook alle beslissingen voor ze neemt.’
‘Van oudsher hadden universiteiten één taak: kennis en onderwijs leveren. Nu worden ze gedwongen om iets te doen waarvoor ze nooit zijn opgericht: commercialiseren en innoveren’
Een ratelslang is wel een goed excuus.
‘Dat is waar, dus toen heb ik ook gebeld. Ik ben opgehaald met een helikopter. Ik bleek ook nog onderkoeld te zijn, omdat ik te lang in koud water had gelegen.’
Bent u in alle opzichten blij met het nieuwe National Graphene Institute (NGI) hier in Manchester? Ik geloof dat de bouw 61 miljoen pond heeft gekost, en ik weet dat u in het verleden kritiek heeft gehad op het feit dat er meer geld wordt gestopt in bakstenen dan in onderzoek.
‘Dat heb ik inderdaad ooit gezegd en die kritiek blijft overeind. Soms is het nodig om geld in bakstenen te stoppen, maar noem dat dan geen onderzoeksgeld. Ik houd me verre van alle bestuurlijke taken. Ik heb alle bemoeienis met het NGI tot nu toe weten te vermijden en als ik me weleens met grafeenbedrijven bemoei, is dat eerder informeel dan doordat ik binnen zo’n bedrijf een officiële functie krijg.
Natuurlijk ben ik niet tevreden. Maar ik kijk heel anders naar de wereld dan veel mensen doen. Ik probeer te begrijpen waar het met de mensheid naartoe gaat en hoe vooruitgang werkt. Wat ik bij het NGI zie gebeuren, is voor mij zo’n voorbeeld van ons sociaaleconomisch systeem dat zijn evenwicht probeert te hervinden.
We hebben een probleem met de relatie tussen onderzoek en bedrijfsleven: de beruchte “vallei des doods” voor innovatie. Tata Steel heeft zijn Britse tak net opgedoekt, AstraZeneca probeert zo veel mogelijk mensen te ontslaan. Overheden staan machteloos en alles wordt afgewenteld op de universiteiten. Van oudsher hadden die altijd maar één taak: kennis en onderwijs leveren. Nu worden ze gedwongen om iets te doen waarvoor ze nooit zijn opgericht: commercialiseren en innoveren. Dat leidt tot fouten bij alle partijen, zowel de universiteiten als de overheid, omdat we ons in nieuw vaarwater bevinden.
Sommige fouten zijn al heel duidelijk zichtbaar, althans voor mensen als ik. Als je universiteiten stimuleert om te commercialiseren, moet je ze niet alleen geld geven voor nieuwe gebouwen, maar ook voor het jarenlang onderhoud van die gebouwen. Dat is hier niet gebeurd. En je moet heldere spelregels formuleren. Hoe ver mag je als openbare instelling gaan met commercialiseren? We worden gefinancierd door de Britse belastingbetaler, mogen we dan wel grafeen uit andere landen inkopen? Al die spelregels zijn nog niet vastgelegd. Maar we doen ons best.’
U zei daarnet dat u nadenkt over de vooruitgang van de mensheid. Denkt u dat de wetenschap erin zal slagen ons een gelukkige en duurzame toekomst te schenken?
‘Misschien dat ik daar ooit nog eens een boek over schrijf. In mijn kijk op het universum is de mensheid maar een heel klein deeltje van het grote geheel. Het universum bestaat al dertien miljard jaar en de menselijke beschaving hooguit zo’n tienduizend. Tot die tijd verschilde de mens niet veel van andere dieren, dus we hebben een heel snelle evolutie meegemaakt.
De evolutie maakt voor mij deel uit van het zelfregulerende proces van het universum dat steeds complexer en hechter verbonden raakt. De mensheid is in wezen continu bezig op te gaan in een groot, complex systeem: noem het Gaia, of de aarde zelf, of wat je maar wil. Daarin is de mens maar een klein onderdeeltje. Ik beschouw oorlogen en de hele geschiedenis altijd als deel van een continu proces van een steeds complexer universum.
De situatie wordt wel steeds beter. Daarvan ben ik overtuigd. Mensen die zeggen dat robots de macht zullen grijpen of zoiets, dat vind ik zulke flauwekul. Het systeem heeft er helemaal geen baat bij om de mens door robots te vervangen.
We zullen zien hoe het gaat. Maar het zou me nog twee uur kosten om jou te overtuigen van de logica van deze theorie van het universum als zichzelf organiserend systeem. Dan moeten we beginnen bij de big bang en eindigen met hoe het er over duizend jaar of nog verder in de toekomst uitziet.’
Wie is Andre Geim?
Sir Andrej Konstantin Geim (Sotsji, 1958) is een natuurkundige van Russisch-Duitse afkomst met de Nederlandse nationaliteit, werkzaam in het Verenigd Koninkrijk. Hij studeerde in Moskou en werd in 1994 aan de Radboud Universiteit benoemd tot universitair hoofddocent. Hij kreeg daar (en in Eindhoven) een hoogleraarschap aangeboden, maar dat wimpelde hij af. Het klimaat in het Nederlands wetenschappelijk onderwijs beviel hem niet. ‘Veel te hiërarchisch en vol kleingeestige politieke spelletjes.’ Het sociale klimaat in Nederland buiten de universiteit daarentegen beviel hem opperbest. Hij heeft in Nijmegen nog altijd veel vrienden, en koestert warme herinneringen aan zijn directe baas, de hoogleraar Jan Kees Maan.
In 2001 werd Geim hoogleraar aan de University of Manchester, waar ook zijn vrouw Irina Grigorijeva doceert. In 2010 kreeg hij de Nobelprijs natuurkunde voor zijn werk aan het grafeen, samen met de man die bij hem in Nijmegen was gepromoveerd, zijn Russische landgenoot (inmiddels Brit) Konstantin Novoselov.
Al eerder, in 2000, was Geim onderscheiden met de Ig Nobelprijs, een pretprijs voor bizar wetenschappelijk onderzoek. Geim had onder invloed van magnetische velden een kikker laten dansen. Hij schreef daarover een artikel in het wetenschappelijk tijdschrift ScienceDirect. Zijn coauteur was ene H.A.M.S. ter Tisha. Kort na publicatie bleek dat Geim daarmee zijn hamster Tisha bedoelde.
Vertaler: Frank Lekens
52 Insights
52-insights.com
De website 52 Insights werd in 2015 opgericht, en wil mensen informeren over de ingrijpende veranderingen die plaatsvinden in de wereld. Dit doet men door het wekelijks publiceren van interviews met schrijvers, onderzoekers, creatieven, uitvinders en anderen die ons leven veranderen.