De wetenschap heeft grote wensen voor de jaren 2020
Verlanglijstje natuurkundigen
James Webb-telescoop vindt leven op aarde 2.0
De TESS-satelliet speurt naar bewoonbare rotsplaneten bij zonachtige sterren, en vanaf 2021 zal de ruimtetelescoop James Webb zoeken naar leven op de meest veelbelovende daarvan.
Hij kan tekenen van leven vinden door spectra van de atmosfeer van de rotsplaneten op te nemen.
Als de weerschijn van de ster en de warmtestraling van de planeet de atmosfeer passeren, absorberen verschillende moleculen de golflengten van het licht anders, en zo geven ze hun aanwezigheid prijs.
Bevat de atmosfeer bijvoorbeeld veel zuurstof, dan is dat een teken dat er fotosynthetische planten kunnen zijn.
Een ander teken van leven is methaan, dat hier op aarde wordt geproduceerd door bacteriën en herkauwers.
Aardeachtige rotsplaneten zijn het hoofddoel van de James Webb.
Raadsel donkere energie opgelost
In 1998 ontdekten astronomen dat verre supernova’s zwakker stralen dan nabije supernova’s.
De oorzaak is dat de verre supernova’s verder weg zijn dan gedacht, doordat de uitdijing van het heelal de afgelopen 5 miljard jaar is versneld.
Het heelal toen en nu
-
OERKNAL
Het heelal dijde 13,7 miljard jaar terug gigantisch uit.
-
INFLATIE
Alle energie en materie schieten uit elkaar, want het heelal dijt sneller uit dan de lichtsnelheid.
-
VERSNELLING
5 miljard jaar terug joeg donkere energie de uitdijing van het heelal flink op.
-
Hier zijn we nu.
Die versnelling is mogelijk te danken aan een donkere, afstotende energie, die de WFIRST gaat peilen.
De 2,4 m grote hoofdspiegel van deze ruimtetelescoop heeft een 100 keer zo groot blikveld als de Hubbletelescoop.
Daarom zal de WFIRST meer supernova’s zien uit de tijd dat de uitdijing van het heelal begon te versnellen.
De spiegel van de WFIRST is aan een nabij-infraroodcamera gekoppeld.
Gigantische versneller staaft ultieme theorie
Alle sterrenstelsels draaien zo snel dat de buitenste sterren alle kanten op zouden schieten als ze niet in hun baan gehouden werden door een grote, onzichtbare massa: donkere materie.
Mogelijk bestaat die donkere materie uit tweelingdeeltjes, en daarom hopen de natuurkundigen ze te kunnen voortbrengen met een nieuwe, gigantische versneller.
De Future Circular Collider (FCC) krijgt een omtrek van 100 kilometer en komt te staan in een ondergrondse tunnel bij CERN in Genève.
Hier laat hij protonen botsen met een energie die zeven keer zo groot is als die van de huidige Large Hadron Collider (LHC).
Het doel is tweelingdeeltjes te vinden óf hun bestaan uit te sluiten.
Ze duiken op in de supersnaartheorie, die de twee pijlers van de natuurkunde en astronomie verenigt: het standaardmodel, dat de atoomwereld beschrijft, en de relativiteitstheorie, die de zwaartekracht, tijd en ruimte beschrijft.
Dus als de FCC tweelingdeeltjes vindt, bevestigt dat de natuurkundige ‘theorie van alles’.
De Future Circular Collider moet protonen laten botsen met een ongeëvenaarde energie van 100 biljoen elektronvolt.
De botsingen moeten tweelingdeeltjes leveren, die mogelijk donkere materie vormen – als die bestaat.
Een tweelingenvondst pleit voor de supersnaartheorie, die de atoomwereld met de zwaartekracht verenigt.
De bestaande ring, LHC, moet de protonen versnellen, waarna ze de nieuwe versneller in worden gelaten.
De versneller krijgt een omtrek van 100 kilometer. Hij komt op de grens van Zwitserland en Frankrijk.
Vier detectoren rondom de FCC moeten de enorme energieën van de botsingen opvangen.
Verlanglijstje artsen
Gemuteerde mug roeit malaria uit
Jaarlijks sterven zeker 1 miljoen mensen wereldwijd aan malaria.
Maar nu hebben wetenschappers muggen zodanig gemuteerd dat ze immuun zijn voor de malariaparasiet en de gevreesde ziekte niet op mensen kunnen overdragen.
De eigenschap is dominant, dus als de gemuteerde muggen de natuur in gaan en paren met wilde muggen, zijn alle jonge muggen immuun voor de malariaparasiet.
In principe kunnen de gemuteerde muggen de immuniteit binnen enkele tientallen jaren naar alle wilde malariamuggen verspreiden en zo een einde maken aan de tropische ziekte.
De methode is alleen nog getest in het lab, en de strategie is niet zonder risico’s.
Als de gemuteerde muggen eenmaal zijn losgelaten en er gaat iets fout – het gen gaat zich bijvoorbeeld anders gedragen dan verwacht –, dan is de verspreiding niet meer tegen te houden.
Een gen maakt de lichtgevende mug resistent voor de malariaparasiet.
Iedereen krijgt een genoomkaart
Onderzoekers hebben op tal van plaatsen het genoom van individuen in kaart gebracht; zo ook bij 2636 IJslanders.
De projecten moeten de genetische oorzaak van volksziekten als kanker, hart- en vaatziekten en dementie achterhalen.
In de jaren 2020 kan het genoom van baby’s meteen na de geboorte in kaart worden gebracht, waaruit zal blijken op welke ziekten het kind gedurende het leven kans maakt.
Bij volwassenen kan een persoonlijk genoom vertellen hoe snel een bepaald medicijn opgenomen wordt, zodat het type medicijn en de dosis ervan per patiënt kunnen worden afgestemd.
Het bedrijf deCODE heeft het genoom van 2636 IJslanders opgetekend.
Prothesen redden levens
Als je bij een ongeluk een deel van je lichaam kwijtraakt, is er soms al een 3D-geprinte vervanging, zoals een oor of neus van je eigen cellen. En prothesen worden in de jaren 2020 nog veel beter.
Na een armamputatie kun je een prothese krijgen die je met je gedachten aanstuurt via een elektronische koppeling met het zenuwstelsel.
Handprothesen krijgen zelfs gevoel, waardoor je ervaart wat je vastpakt en waardoor prothesen minder onhandig zullen worden.
Bovendien hebben Amerikaanse en Chinese onderzoekers al minikopieën van menselijke nieren en levers geprint.
De nieren bleven vier maanden leven in een voedingsvloeistof en bleken bloed te kunnen zuiveren.
De komende tien jaar zullen de artsen ook netwerken van cellen en bloedvaten kunnen printen, waarmee nieren en levers op ware grootte te maken zijn voor implantatie bij patiënten.
Een team robotici maakte een lichaam van prothesen en kunstorganen.
Onze genen leveren de kuur tegen kanker
Een nieuwe immuuntherapie kan een doorbraak betekenen voor de behandeling van kanker. De immuuncellen van de patiënt die blind zijn voor tumoren, krijgen daarbij een upgrade.
Eerst nemen artsen killercellen van het immuunsysteem van de patiënt af, en in het lab voegen ze er met de CRISPR-methode een gen aan toe dat de tumoren zichtbaar maakt voor het immuunsysteem.
Daarna brengen ze de gemuteerde cellen in het bloed van de patiënt in, waar ze alle tumoren opzoeken en uitschakelen.
Tot dusver is de methode bij slechts enkele patiënten getest, en een paar van hen zijn genezen.
De volgende stap is het testen van de veiligheid, want de methode brengt het risico met zich mee dat de immuuncellen de gezonde cellen van het lichaam aanvallen, wat dodelijk kan zijn voor de patiënt.
Daarom wordt deze immuuntherapie alleen op doodzieke patiënten getest, die dit risico aanvaarden.
Als de behandeling op grote groepen kankerpatiënten is getest, kan de therapie worden toegepast op de afdeling oncologie van alle ziekenhuizen.
3 wegen naar een kuur tegen kanker
Verlanglijstje ingenieurs
Gas verandert in zonnebenzine
CO2 uit de atmosfeer of uit de rook van energiecentrales kan worden omgezet in klimaatneutrale benzine.
De technologie is nog in de onderzoeksfase, maar de industriële doorbraak kan in de jaren 2020 komen: het opgevangen CO2 gaat samen met water een nieuw type elektrolytische cel in.
Als er stroom door de cel wordt gestuurd, vormt koolstofdioxide samen met water een vloeibare brandstof als benzine.
Is de elektriciteit voor de elektrolyse van zon, wind of waterkracht afkomstig, dan is de benzine daaruit klimaatneutraal omdat het koolstofdioxide dat door de auto wordt uitgestoten in de atmosfeer weer wordt opgevangen.
De zonnebenzine kan worden gebruikt in bestaande auto’s, totdat elektrische of waterstofauto’s het overnemen.
De elektrolysecel zet kooldioxide en water om in koolwaterstoffen.
Thoriumenergie voor schone, stabiele stroomvoorziening
In 2030 verbruikt de wereld 40 à 50 procent meer stroom dan nu door de miljoenen nieuwe elektrische auto’s en stroomvretende datacentra.
Hoe goed we groene stroom ook kunnen opslaan, we zullen energiecentrales nodig hebben die dag en nacht draaien.
Kernenergie op basis van thorium is klimaatneutraal, en kan eind jaren 2020 al een doorbraak krijgen.
Een veelbelovende technologie is de gesmoltenzoutreactor, en in 2017 werd er in Nederland een proefversie opgestart.
In een gesmoltenzoutcentrale wordt thorium in een zoutoplossing omgezet in splijtbaar uranium.
Het zout kan niet branden of exploderen, en als het te heet wordt, zet het uit, waardoor de afstand tussen de uraniumatomen groter wordt.
Daardoor zijn er minder kernsplijtingen en ontstaat er minder hitte – dus de reactor kan niet overkoken.
Smeltende brandstof is geen probleem, zoals bij andere centrales; het zout móét juist smelten.
De gesmoltenzoutreactor in Petten is een van de thoriuminstallaties die momenteel proefdraaien.
Goede opslag van overtollige stroom
Elektriciteit is de zuiverste energiedrager die er is. Het punt is alleen dat we stroom vaak opwekken met steenkool, olie en gas.
In de jaren 2020 wordt stroom van zon en wind goedkoper dan die van steenkool, wat de schone energiebron ten goede komt.
Dat betekent wel dat ingenieurs voor een uitdaging staan, want zonnecellen wekken veel stroom op in de zomer en op zonnige dagen, terwijl windmolens stroom leveren als het waait. Daarom moeten we stroom opslaan.
Flowbatterijen zijn daarvoor de beste oplossing. Daarin wordt de elektrische energie opgeslagen als chemische energie met behulp van ammonium-ionen, tot de stroom gebruikt wordt.
De grootste flowbatterij, met een vermogen van 800 megawattuur, zal in 2020 in China in gebruik worden genomen.
Met flowbatterijen kunnen we windenergie voortaan optimaal benutten.
Overtollige stroom van elektronen van zonnecellen en windmolens gaat naar een zogeheten flowbatterij.
De stroom elektronen wordt opgenomen door ammoniumionen (geel) in een elektrolytvloeistof, die werkt als de kathode in een batterij.
De vloeistof stroomt in een elektrode. Hier trekken de ionen door een membraan en slaan ze de elektronen op in vloeibare ferrocyanide (groen), die werkt als anode.
Als de stroom gebruikt moet worden, keert het proces en gaan de elektronen van anode naar kathode en naar het elektriciteitsnet.
