Knijpen in waterstof

Mosaic 22 (2) zomer 1991. Kwartaalblad over wetenschap en technologie van de National Science Foundation. Washington DC 20550, VS. Jaarabonnement 10 dollar.

Als je ergens maar hard genoeg in knijpt wordt het vanzelf een metaal. Ook voor waterstof lijkt dit oude adagium uit de fysica na vijftig jaar experimenteren nu eindelijk op te gaan. Volgens het Amerikaanse wetenschapstijdschrift Mosaic staan verschillende groepen fysici in de VS, zowel aan Harvard als aan de Carnegie Institution in Washington, op het punt om metallisch waterstof te maken. Dat gebeurt bij een druk van miljoenen atmosferen en ijzig lage temperaturen. De korst van de reuzenplaneten Jupiter en Saturnus schijnt uit een dergelijke substantie te bestaan en als het lukt om dit recept van de natuur af te kijken liggen ook op aarde veelbelovende toepassingen in het verschiet.

Bijvoorbeeld als supergeleider, mogelijk zelfs al bij kamertemperatuur, voor een revolutionaire, weerstandsvrije elektriciteitsgeleiding. Bovendien zou het dichtgepakte molekuulrooster als zeer krachtige raketbrandstof kunnen fungeren of als brandstof voor laser-genduceerde fusiereacties. Wapenfabrikanten verwachten dat metallisch waterstof nog explosiever zal zijn dan alle tot nog toe bekende niet-nucleaire explosieven.

Meer dan 90 procent van alle materie in het heelal bestaat voor zover wij weten uit waterstof. Het is het lichtste van alle elementen uit het periodiek systeem. De zon verbruikt zo'n 550 miljoen ton waterstof per seconde bij fusiereacties. Het was het eerste element dat na de Big Bang werd gevormd.

Gasvormige en vloeibare waterstof kennen nu al verschillende toepassingen op aarde, als brandstof in een scala van voertuigen, van experimentele auto tot ruimteschip. Toch roept dat gemengde reacties op. De herinnnering aan de spectaculaire knal waarmee de Hindenburg, het Duitse ruimteschip dat waterstof, lichter dan lucht, als drijfgas had, in 1937 expodeerde, heeft de mensheid generaties lang met een Hindenburg syndroom opgezadeld en de ontwikkeling van de waterstofbom heeft de zaak er niet beter op gemaakt.

Onderzoekers dromen er al jaren van om het vluchtige kleurloze waterstofgas dat veertien maal lichter is dan lucht, om te zetten in iets substantiëlers, bijvoorbeeld in een metaalverbinding die zich mogelijk al bij kamertemperatuur als supergeleider zou gedragen. In de praktijk valt dat niet mee, zo hebben generaties van teleurgestelde fysici tot hun schade ondervonden.

Om te beginnen is het niet eenvoudig om de op theoretische gronden verlangde druk van miljoenen atmosferen te bewerkstelligen. Bovendien is waterstofgas verrassend lastig om mee te werken: het is te vluchtig, ontsnapt via ragfijne spleten en poriën uit de diamanten waartussen het met enorme kracht wordt samengeperst en reageert maar al te vlot met omringende materialen. En tenslotte zijn speciale, indirecte analysemethoden (met laser en röntgenstraling) nodig om na te gaan wat zich in de piepkleine monsters waarmee wordt gewerkt nu precies op atomair niveau heeft afgespeeld.

Hoe dat alles in zijn werk gaat valt uitgebreid te lezen in een lang verhaal in het zomernummer van Mosaic, een blad overigens dat uit louter lange, degelijke verhalen bestaat en bedoeld is voor een breed (maar wel zeer serieus) publiek. Het wordt uitgegeven door de National Science Foundation, zo ongeveer de Amerikaanse NWO, een organisatie die een breed scala van tweede geldstroom onderzoek financiert. In dit nummer ondermeer een breinbrekende verklaring over het gebrek aan symmetrie bij de opbouw van het heelal (waarom is er zoveel meer materie dan antimaterie?).

Verder het succesverhaal van Arabidopsis thaliana oftewel het zandraketje. Tien jaar geleden nog een onbeduidend onkruidje, nu vanwege de handige snelle generatiewisselingen en overzichtelijke chromosoompatronen die in Wageningen voor het eerst in kaart zijn gebracht, wereldwijd als proefplant in gebruik als een soort plantaardig fruitvliegje.

Mosaic is informatief en met een abonnementsprijs van maar 10 dollar zijn geld meer dan waard.