Mooie ontdekkingen komen vaak toevallig tot stand. Penicilline is ontdekt omdat onderzoeker Fleming zijn laboratorium niet goed schoon hield, zodat er schimmels konden groeien die bacteriën bleken te doden. Van Newton wordt gezegd dat hij zijn theorie over de zwaartekracht ontwikkelde nadat er toevallig een appel op zijn hoofd viel. Zelfs iets simpels als het gele post-it papiertje is per ongeluk ontstaan, namelijk nadat een lijmmaker probeerde sterke lijm te maken, maar het goedje weer losliet van de ondergrond. Als over een aantal jaren waterstof een belangrijke brandstof is geworden in de wereld, dan zou dat ook wel eens het gevolg kunnen zijn van een toevallige ontdekking. Wetenschappers van de Radboud Universiteit Nijmegen en de University of Manchester wilden weten of grafeen gebruikt kan worden als halfgeleider. Onbedoeld kwamen ze er achter dat het materiaal ook kan dienen om waterstof in op te slaan. Grafeen staat met stip genoteerd als materiaal om in de toekomst superkleine computers van te maken. Het is al een uitstekende geleider; elektronen kunnen zich nagenoeg vrij en zonder weerstand door het materiaal heen bewegen. Maar om als transistor dienst te kunnen doen, moet je de elektronen ook tegen kunnen houden, zodat de schakeling aan en uit kan. Het moet, met andere woorden, een halfgeleider worden. De in Nijmegen werkzame theoretisch fysicus Mikhail Katsnelson voorspelde vorig jaar al dat grafeen een halfgeleider wordt als je er waterstof aan toevoegt. Die verbinding hebben de onderzoekers nu ook daadwerkelijk tot stand gebracht. Het resulterende materiaal heet grafaan en gedraagt zich inderdaad als een halfgeleider. Het kan dus dienst doen in een computerchip. Dat was op zich al een mooi resultaat, maar toen moest het beste nog komen. Iets wat de onderzoekers niet hadden voorzien. “Door het grafaan te verwarmen met 450 graden, liet het waterstof weer los. Alle eigenschappen van het grafeen herstelden zich. Het lijkt daardoor erg geschikt als kandidaat voor waterstofopslag”, aldus Katsnelson. Waterstof doet al jaren harten sneller kloppen als mogelijke opvolger van fossiele brandstoffen. Het heeft als voordeel dat het in overvloed aanwezig is op aarde, maar er was tot nu toe geen veilige en handige manier voorhanden om het op te slaan en te transporteren. Daarvoor is een vaste stof nodig, die bovendien steeds opnieuw kan worden gebruikt. Uit het onderzoek komt naar voren dat grafeen die eigenschappen bezit. Het geproduceerde grafaan is nog niet perfect, maar hoogwaardig grafaan kan op zeer korte termijn in een laboratorium worden gemaakt, verwacht Katsnelson. “Daarvoor bestaat geen enkele theoretische of praktische belemmering”. Dat betekent niet dat alle problemen zijn opgelost. Grafeen is geen natuurlijk materiaal, het wordt door de mens gemaakt door schilfertjes van één atoom dik af te snijden van grafiet. Een omslachtig proces, waardoor grootschalige productie voorlopig zeer moeilijk en peperduur is. Maar, zegt Katsnelson, het maken van grafeen van een paar laagjes dik is alweer veel gemakkelijker. En ook die variant is prima geschikt als waterstoftank. Samen met zijn collega’s is hij al druk bezig met de ontwikkeling van deze dikkere vorm van grafeen. Ook het onderzoek naar de verdere mogelijkheden van grafeen gaat onverminderd door. “Er is nog een hele wereld te ontdekken”, zegt Katsnelson, “grafaan is nog maar een eerste stap. Grafeen kan behalve met waterstof ook worden verbonden met bijvoorbeeld chloor of fluor, waardoor weer nieuwe materialen ontstaan, met nieuwe eigenschappen.” De fysicus is al druk bezig door te rekenen wat voor eigenschappen deze nieuwe materialen hebben, zodat de meest veelbelovende als eerste gemaakt kunnen worden. Wie weet wat voor moois het toeval daarbij weer brengt. Bouwe van Straten D.C. Elias e.a., ‘Control of graphene’s properties by reversible hydrogenation: evidence for graphane’, in Science, 30 januari 2009.