5. TECHNIEK

INDEX
HOME PAGE

Techniek (of technologie in algemene zin) kan worden opgevat als elk menselijk handelen dat erop is gericht de natuur te manipuleren.


HOE ZET DE MENS DE NATUUR NAAR ZIJN HAND (MANIPULATIE)

Als je vraagt waarin mensen zich van dieren onderscheiden wordt meestal het gebruik van gereedschappen genoemd. Hoewel dat gebruik ook bij veel diersoorten voorkomt is de mensheid erin geslaagd gereedschappen en technieken te ontwikkelen die inmiddels zo verfijnd zijn dat ze met de producten van de natuurlijke evolutie kunnen wedijveren. Toch is het allemaal heel eenvoudig begonnen, zo'n 60 000 jaar geleden ...

In de prehistorie zijn slechts natuurlijke materialen beschikbaar: hout en huiden voor bouwen van hutten en bescherming tegen koude, terwijl vuursteen gebruikt wordt voor de vervaardiging van de eerste gereedschappen.
Pas enkele duizenden jaren voor onze jaartelling gaan natuurlijke vezels (katoen) en metalen (koper, brons, ijzer) een rol van betekenis spelen.
In de middeleeuwen kent men 7 vrije metalen en een aantal andere stoffen zoals zwavel en salpeter (samen met houtskool de basis van buskruit kende men al in de Chinese cultuur). In diezelfde tijd verspreidt de alchimie (Al-kimiya; Khemeia) vanuit de Arabische wereld steeds meer kennis over andere stoffen zoals alcohol en alkalische stoffen.

Door hun omgeving te manipuleren hebben mensen de wereld na verloop van eeuwen steeds meer vorm gegeven op een wijze die voor hen gunstig bleek te zijn. Deze manipulatie is aanvankelijk begonnen door gebruik te maken van de natuurlijke voortbrengselen van de aarde zelf (mineralen, planten en dieren). Vooral in de loop van de 20e eeuw kwam de maakbaarheid van de wereld in een stroomversnelling door de ontwikkeling van talloze synthetische stoffen, nieuwe manieren van energieopwekking en andere technologische innovaties. Het is de enorme ontwikkeling van de natuurwetenschappen geweest, die dit heeft mogelijk gemaakt.

NATUURLIJKE MATERIALEN

Planten en dieren
Van oudsher is hout de voornaamste grondstof voor de bouw (beschutting, transport, gereedschappen, meubels, enz.) en als brandstof. Tegenwoordig is hout ook de belangrijkste grondstof voor de papierindustrie.
Planten leveren behalve voedsel ook grondstoffen voor de fabricage van textiel (katoen sinds Indiase cultuur, linnen sinds Egyptische cultuur), kleurstoffen (indigo, alizirine), medicijnen (talloze kruiden, salicine, kinine), rubberproducten, enz.
Van oudsher leveren huiden beschutting tegen koude en werden botten gebruikt voor het vervaardigen van gereedschappen.
Dieren leveren behalve voedsel en arbeid ook grondstoffen voor de fabricage van textiel zoals zijde (zijderups sinds de Chinese cultuur) en wol (schapen, lama's) en kleurstoffen (sommige zeeslakken van de familie Muridae scheiden een kleurloze stof af die in lucht purperrood wordt; o.a. gebruikt voor de toga's van Romeinse keizers).
Veel planten en dieren zijn in een ver verleden bedolven geraakt onder sedimentair gesteente. Door de hoge druk die op de organische resten is uitgeoefend hebben ze een verandering ondergaan waardoor steenkool, aardolie en aardgas is ontstaan (fossiele brandstof). Gedurende de afgelopen twee eeuwen zijn deze stoffen onze voornaamste brandstof geworden. Bovendien leveren ze de grondstoffen voor talloze synthetische producten (zie verderop).

Gesteentes
Gesteentes zijn mengsels van mineralen; vooral kwarts (SiO2) en andere verbindingen van silicium; verder onder andere zwavelverbindingen als bariet (bariumsulfaat, BaSo4) en pyriet (ijzersulfide, FeS2).
Gesteentes ontstaan in eerste instantie door vulkanisme (basalt, graniet); stollingssnelheid van invloed op structuur: hoe sneller gestold hoe fijner de structuur (soms ontstaat zelfs glas). Door verschillende vormen van erosie kan er sedimentgesteente ontstaan (bevriezing, oxidatie, inwerking van planten): grint, zand en klei.
Sommige gesteentes zijn van organische oorsprong: krijt en mergel zijn ontstaan uit kalkskeletjes van eencellige diertjes (Foraminifera).
Onder invloed van druk en hoge temperatuur kunnen gesteentes een metamorfose ondergaan: er ontstaan nieuwe gesteentes.
Als gesteente verweert, verbrokkelt het weer tot de losse mineralen. Deze losse mineralen kunnen door rivieren worden mee gespoeld en op bepaalde plaatsen bezinken. Omdat hun dichtheid verschilt, kan het zijn dat mineralen van één type op een bepaalde plaats geconcentreerd worden. Zo ontstonden in het 'wilde Westen' de zogenaamde placers, plekken waar goud door uitspoeling en sedimentatie geconcentreerd was. De goldrush was heel vaak naar zulke placers, die dan ook snel uitgeput raakten.
Zand bestaat in hoge mate uit silicaat en is de belangrijkste grondstof voor de fabricatie van glas (vensters, lenzen, flessen, lampen, enz.) en transistors en microprocessors (chips).
Koolstof wordt als mineraal in pure vorm aangetroffen als grafiet (potloden) en als diamant (sierraden). Diamantkristallen ontstaan onder zeer grote druk en bij hoge temperatuur op een diepte van 200 km in de aarde. Door vulkaanuitbarstingen komen diamanten naar boven in een vulkanisch gesteente dat men kimberliet noemt. In oude vulkaanpijpen is daarom soms diamant te vinden. Eenmaal aan het oppervlak is de kimberliet blootgesteld aan weersinvloeden. Door erosie komen de diamanten na verloop van tijd uit het gesteente vrij. Stromend water voert ze vervolgens mee naar beken en rivieren. Hier kunnen de edelstenen terechtkomen in sedimenten. Voor zover diamanten aan de oppervlakte gevonden worden is dit vaak in rivierbeddingen.
Naast grafiet en diamant blijkt koolstof ook voor te komen in de vorm van verschillende grote holle moleculen. Het prototype is een voetbalvormig molecuul met de formule C60. Dit molecuul kreeg al snel de naam buckyball. Vanwege hun bijzondere vorm en perfecte structuur deden ze denken aan de bouwwerken van de architect Richard Buckminster Fuller (o.a Aviodome) aan wie de naam van deze moleculen is ontleend. De fullerenen staan aan de basis van een hele groep nieuwe materialen met bijzondere eigenschappen.
Zout (natriumchloride, NaCl) is het enige eetbare gesteente en wordt sinds mensenheugenis gewonnen vanwege onze lichamelijke behoefte eraan (voedsel). Daarnaast is het vooral belangrijk als conserveringsmiddel (vlees, vis), onontbeerlijk bij veel religieuze rituelen, voor het ontdooien van wegen en tegenwoordig vooral ook voor de productie van chloor (door middel van elektrolyse van NaCl). Chloor wordt gebruikt als bleekmiddel en ontsmettingsmiddel en vormt een belangrijk bestanddeel voor de fabricage van sommige synthetische stoffen (PVC: polyvinylchloride; het hoofdbestanddeel is overigens organisch, zoals de meeste synthetische producten, en wordt gewonnen uit aardolie).

Metalen
Gesteentes bevatten metalen, bv. ijzeroxide. Metaalhoudende gesteentes noemen we ertsen. Sommige metalen komen in zuivere vorm in de natuur voor (koper, goud, zilver, tin). IJzer komt in zuivere vorm alleen voor in meteorieten want op aarde oxideert ijzer.
Zuivere metalen ontstaan tijdens verschillende fasen van afkoeling van magma (vulkanisch gesteente). Ze werden aanvankelijk gewonnen voor het maken van sierraden. De afzonderlijke metalen waren te zacht om er degelijk gereedschap van te maken (kopertijd).
In de bronstijd (3000-700 v.Chr) werd koper vermengd met 10% tin waardoor een harde legering ontstond die werd gebruikt voor het maken van werktuigen.
IJzer is het vierde meest voorkomende element op aarde. Om ijzer te smelten zijn veel hogere temperaturen nodig (500oC). De Egyptenaren verspreidden de techniek van het maken van ijzer uit ijzererts, ca 1000 v.Chr.): ijzeroxide (erts) wordt samen met houtskool verhit waardoor het ijzeroxide gereduceerd wordt door het aanvankelijk gevormde koolmonoxide waarna een zuivere ijzersmelt kan worden opgevangen (er moet wel veel zuurstof worden toegevoegd met behulp van een of meer blaasbalgen):
Fe3O4 + 4C + 2O2 3Fe + 4CO2
IJzer kan veel harder gemaakt worden dan brons (vooral als het koolstof bevat zoals in staal). Er kunnen dus betere gereedschappen van gemaakt worden (schilden, speren, wielspaken).

Aluminium wordt in onzuivere vorm in het erts bauxiet uit de bodem gewonnen. Tot honderd jaar geleden werd aluminium gemaakt door bauxiet met natrium te laten reageren. Het aluminium dat zo gemaakt werd kostte omgerekend ca. 360 euro per kg. Aan het eind van de negentiende eeuw werd er een nieuw proces ontwikkeld: de elektrolyse. Hierdoor kon aluminium veel goedkoper gemaakt worden. Via elektrolyse van gesmolten aluminiumoxide wordt aluminium op grote schaal goedkoop geproduceerd. De kostprijs van aluminium ligt rond 1 euro per kg. Aluminium is licht en sterk. Daarom worden aluminiumlegeringen als constructiemateriaal gebruikt en in vliegtuigen. Aluminium is ook corrosiebestendig en het geleid elektriciteit goed. Daarom wordt het ook gebruikt voor hoogspanningsleidingen.

In de Oudheid en de Middeleeuwen kende men 7 metalen in zuivere vorm en men dacht dat ertsen onder de grond groeiden onder invloed van hemellichamen. De zeven ertsen kwamen bovendien overeen met de zeven dagen van de week:

Zilver - maan - luna / artemis - maandag
Kwikzilver - mercurius - hermes / wodan - woensdag
Koper - venus - aphrodite / freia - vrijdag
Goud - zon - sol / helios - zondag
IJzer - mars - ares / tyr - dinsdag
Tin - jupiter - zeus / donar - donderdag
Lood - saturnus - kronos - zaterdag

Delfstoffen
We spreken van delfstoffen als er sprake is van gesteente waaruit stoffen op economisch verantwoorde wijze kunnen worden gewonnen.
Vuursteen (flint) is een voorbeeld van siliciumoxide en is vaak in kalfsedimenten te vinden. Vuursteen is waarschijnlijk de eerste delfstof, gebruikt als gereedschap in steentijd. Als vuursteen wordt gebroken ontstaan er messcherpe stukken en splinters.

Metaalwinning uit erts verdient geen schoonheidsprijs. Voor de winning van metalen is veel massa van andere stoffen nodig. Met chemische hulpmiddelen zoals zwaar giftige cyaniden worden tegenwoordig in moeilijk toegankelijke gebieden de ertsen bewerkt. Een onderzoeksgroep in Wuppertal heeft becijferd dat voor de productie van 1 kg sinaasappelsap ca. 23 maal zoveel massa (input) nodig is aan water, brandstof, enz. De massa die niet in het product of dienst is opgenomen heet de rucksack. De MIPS (material input per unit service; de totale massa die benodigd is voor I kg van een product) bedraagt voor goud 350 000 kg, voor koper 800 kg, voor zink 28 kg, voor ijzer 7 kg en voor zand 1,1 kg.


SYNTHETISCHE MATERIALEN

Tussen 1770 en 1850 was er een sterke schaalvergroting van de fabricage van allerlei producten, met name die van textiel. Dat was de periode van de zogenaamde industriële revolutie
Ook op wetenschappelijk gebied vonden in deze periode belangrijke ontwikkelingen plaats. In 1789 publiceerde Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) zijn beroemde werk Traité élémentaire de chimie, dat wordt beschouwd als de basis van de moderne scheikunde. Daarin zet hij uiteen dat bij verbranding geen materiaal verdwijnt (flogiston) maar dat de brandstof zich verbindt met een gas dat in 1774 was ontdekt door Joseph Priestley (1733-1804) en dat hij zuurstof noemde. Lavoisier toonde ook aan dat koolstof het essentiële bestanddeel van organische verbindingen is.en dat deze koolstof een goede brandstof is, dat wil zeggen, zich gemakkelijk bindt aan zuurstof (er ontstaat dan CO2).
De Duitse scheikundige Justus von Liebig (1803-1873) ontwikkelde de techniek van de elementenanalyse. In het midden van de 19e eeuw zijn hiermee van een groot aantal organische verbindingen de molecuulformules bepaald. Men kreeg zo geleidelijk aan een beter inzicht in de structuur van de moleculen van organische stoffen. En zoals in de geschiedenis van de chemie nog vaak zal blijken, kan inzicht in de structuur van stoffen de weg effenen naar synthese (kunstmatige productie) van die stoffen.
Met de natuur als voorbeeld worden uit goedkope grondstoffen waardevolle synthetische stoffen gemaakt. Als grondstof voor synthetische stoffen gebruikte men eerst steenkoolteer, een afvalproduct dat ontstaat bij de productie van stadsgas. Tegenwoordig is aardolie de voornaamste grondstof.

Textiel
Vezels (dunne draadjes) vormen de grondstof voor kleding. In de19e eeuw werden alleen natuurlijke vezels als katoen, wol, zijde en vlas gebruikt. Iedere vezelsoort had zijn eigen toepassingen in goedkope of duurdere textielsoorten. Sociale klasse en aanzien konden duidelijk afgelezen worden aan de kleren die iemand droeg en aan de stof waarvan die kleding gemaakt was.
Aardolie levert de stoffen voor de productie van synthetische vezels. Via chemische reacties krijgt men uiteindelijk polymeren. Dit zijn zeer grote moleculen die tot vezels gesponnen kunnen worden. Belangrijke synthetische vezels voor kleding zijn polyester, nylon en poly-acrylonitril.
De introductie van synthetische vezels heeft tot grote veranderingen in de kleding- en textielindustrie geleid. Ze zijn zeer breed toepasbaar. Uit hetzelfde polymeer kan men namelijk verschillende vezels maken. Zo kan men de dikte en lengte variëren. Het is ook mogelijk lange draden uit één stuk, filamenten, te krijgen. Vanaf 1960 is de technologie zodanig verbeterd dat men fysische en chemische eigenschappen van vezels kan beïnvloeden. Op deze manier probeert men vezels te krijgen die geschikt zijn voor het verwerken in sportkleding. Dit is niet zo eenvoudig als het misschien lijkt. Het verband tussen de vezeleigenschappen en de kledingeisen is vrij complex. Het productieproces van vezel naar kleding verloopt in een aantal stappen: van vezel via draad via weefsel naar kleding.
De uiteindelijke eigenschappen van de kleding worden ook bepaald door de structuur van de gebruikte draad en de manier waarop de stof geweven is. Bovendien gebruikt de consument vaak subjectieve termen om de eisen voor de kleding te beschrijven. 'Veerkracht', 'comfort' of 'makkelijk wasbaar' vertalen in objectieve, meetbare vezeleigenschappen is lastig.
Bij synthetische vezels kan men de lineaire vezeldichtheid variëren. Hieronder verstaat men de massa per lengte-eenheid. De eenheid is dtex/fil; 1 dtex/fil betekent dat 10 km vezel een massa van 1 gram heeft. Microvezels hebben een lineaire dichtheid van 1 dtex of minder en worden veel toegepast in sportkleding. Ze zorgen voor een zachte soepele stof. Door de zeer fijne filamenten dicht te weven wordt het materiaal winddicht.
Bij grote inspanning verliest het lichaam vocht in de vorm van zweet. Wanneer je een katoenen T-shirt draagt, wordt het zweet geabsorbeerd door de vezels. De natte vezels drogen langzaam en het T-shirt plakt aan de huid. Polyestervezels daarentegen hebben een gering absorptievermogen voor vocht. De stof plakt dus niet.
Tegenwoordig maakt men polyestervezels die het vocht snel van de huid wegvoeren. De vezel heeft een bijzondere dwarsdoors2neden waardoor in de lengterichting vier kanaaltjes ontstaan. Door de capillaire werking wordt het transpiratievocht weggezogen van de huid.
Wanneer kleding ons warm moet houden, is stilstaande lucht belangrijk. Vezels die van binnen hol zijn, zorgen voor een zeer goede isolatie. Er is dan veel lucht aanwezig. Het opruwen van weefsels verhoogt eveneens de isolatiewaarde. Een andere manier om de isolatie te verbeteren is het oppervlak waaraan de lucht kan hechten te vergroten. Dat kan met microvezels die vele malen dunner zijn dan een menselijke haar. Hierdoor ontstaat een stof die de ideale isolator, namelijk vacuüm, benadert.

Kleurstoffen
Door de schaalvergroting in de textielindustrie nam de hoeveelheid textiel die afgezet moest worden sterk toe. Er ontstond een scherpe concurrentie tussen de verschillende fabrikanten. De fabrikant die erin slaagde textiel te produceren in nieuwe kleuren, kon rekenen op een grote omzet.
In die tijd extraheerde men kleurstoffen uit planten. Een kleurstof moest aan een aantal kwaliteitseisen voldoen, zoals voldoende kleurkracht en helderheid, lichtechtheid en hechtvermogen aan textiel. Men kende slechts 12 kleurstoffen die geschikt waren voor het verven van textiel. Fabriekanten zochten daarom naar nieuwe geschikte kleurstoffen. Veel natuurlijke kleurstoffen werden uitgeprobeerd, maar meestal zonder succes.
De ontdekking van de eerste synthetische kleurstof was puur toeval (serendipiteit). In 1856 probeerde de achttienjarige William Henri Perkin (1838-1907) kinine, een geneesmiddel tegen malaria (mal aria = slechte luchten) te synthetiseren, toen hij een sterk paars gekleurde stof verkreeg. Perkin kende de vraag naar nieuwe kleurstoffen en hij bracht de paarse stof over op textiel. Tot zijn voldoening hechtte de kleurstof uitstekend op zijde. Perkin noemde de stof mauveïne. Hij zag de commerciële mogelijkheden van zijn ontdekking en ging de stof zelf succesvol produceren.
Er werden meer synthetische kleurstoffen ontdekt. De nieuwe kleurstoffen waren gewild om hun grote helderheid, maar hun kleurechtheid en hechtvermogen waren niet zeer goed. Daarom bleven de natuurlijke kleurstoffen ook volop in gebruik. Een belangrijke stap voorwaarts was de synthese van alizarine, de meest gebruikte rode kleurstof. Alizarine werd tot dan toe verkregen uit de gedroogde en vermalen wortels van de meekrap (Rubia tinctorum). Deze plant werd daarvoor gekweekt in Zuid-Frankrijk en op de Zeeuwse kleigronden. Op het hoogtepunt, in 1868, was de oogst aan meekrapwortels in Zeeland 70 000 ton. In hetzelfde jaar slaagden Carl Gräbe en Carl Liebermann erin alizarine langs kunstmatige weg te maken uit organische stoffen. Omdat de kwaliteit en zuiverheid van synthetische alizarine beter waren ging het met de productie van meekraprood sindsdien bergafwaarts.
Een lastig probleem echter was de synthese van indigo (spijkerbroeken-blauw), een veel gebruikte kleurstof in de textielindustrie. Natuurlijke indigo verkreeg men uit de indigo-plant (Indigofera tinctoria) die voornamelijk in India werd verbouwd. Vanaf 1865 deed men onderzoek naar de synthese van indigo. Pas in 1896 slaagde de commercieel verantwoorde synthese van die stof. De gevolgen voor India waren rampzalig. In korte tijd verdween vrijwel de gehele indigocultuur en verloren miljoenen boeren en arbeiders hun bron van inkomsten.
Voor West-Europa is de ontwikkeling van de synthetische kleurstoffen op een andere manier belangrijk geweest. Met nam in Duitsland leidde het tot het ontstaan van een bloeiende chemische industrie. Bedrijven als BASF, Agfa, Bayer en Hoechst vinden hun basis in de synthese van kleurstoffen. De ervaring en kennis die hierbij zijn opgedaan, werden later ingezet voor de ontwikkeling van andere producten zoals geneesmiddelen en fotochemicaliën.

Diamant
In 1797 toonde de Britse scheikundige Smithson (1765-1829) aan dat diamant bestaat uit zuiver koolstof. Met röntgenstralen is in 1913 de kristalstructuur opgehelderd. Ieder koolstofatoom zit via atoomverbindingen vast aan vier andere atomen. Daardoor ontstaan regelmatige viervlakken (tetraëders) en kan een diamant worden opgevat als één groot molecuul.
De verbindingen tussen de koolstofatomen zijn zeer sterk. Dit verklaart de grote hardheid van diamant. Diamant is een slechte geleider voor elektriciteit maar een goede warmtegeleider. Die combinatie is zeer zeldzaam. Dus ook in dat opzicht is diamant een bijzondere stof. Onder normale omstandigheden van temperatuur en druk kristalliseert koolstof niet in de diamantstructuur maar in de grafietstructuur. Grafiet bestaat uit lagen koolstofatomen. In één laag zijn de atomen sterk met elkaar verbonden. De verschillende lagen kunnen gemakkelijk langs elkaar schuiven.
Sinds bekend is dat diamant pure koolstof is, heeft men op allerlei manieren geprobeerd uit het goedkopere grafiet de zeldzame edelsteen te maken. Er waren veel mislukkingen en even zo veel teleurgestelde onderzoekers. De zaak lokte natuurlijk ook bedriegers. Pas in 1953 slaagde een Zweedse onderzoeksgroep erin een synthetische diamant te maken. Voor de omzetting van grafiet in diamant moet men koolstofpoeder zeer sterk samenpersen. Dat gebeurt door grafiet tussen diamanten aanbeelden (anvils) te leggen en de aanbeelden in een pers te plaatsen. Op die manier gemaakte kristallen zijn klein, zelden groter dan 0,8 mm. Als edelstenen hebben ze geen enkel betekenis maar ze zijn uitermate geschikt voor industriële toepassingen.
In 1970 zijn enkele diamanten van edelsteenkwaliteit gemaakt. De productieprijs is echter heel wat hoger dan de prijs van een natuurlijke diamant van hetzelfde gewicht.
Vanwege de bijzondere eigenschappen kent diamant ook vele technische toepassingen. Het wordt gebruikt in slijpstenen, boorkoppen en diamantzagen. Voor het maken van chirurgisch snij-gereedschap is diamant ook bruikbaar omdat er een zeer scherpe rand mee verkregen kan worden. De voordelen hiervan zijn duidelijk: een snee met een diamantmes is minder breed en tijdens het snijden vervormt het oppervlakteweefsel niet of nauwelijks omdat er minder kracht nodig is. Vooral oogchirurgen maken gebruik van diamantmessen.

Rubber
Columbus zag Haïtianen spelen met ballen die ze maakten uit het sap van de wenende boom Ca-Hu-Chu. Het materiaal werd ook gebruikt voor het maken van flessen en schoeisel. Het sap was zelfs bruikbaar voor het waterdicht maken van kleding en boten.
Natuurrubber maakt men uit latexmelk van de rubberboom Hevea brasiliensis, een dertig meter hoge slanke boom uit het Amazonegebied. Uit insnijdingen in de stam loopt het witte melksap dat wordt opgevangen. De latexmelk is een emulsie van rubberdeeltjes in water. Door toevoegingen van azijnzuur of mierenzuur klonteren de rubberdeeltjes samen en stijgen hierbij naar de oppervlakte. Ze vormen een koek die bestaat uit een elastisch kleverig materiaal dat men caoutchouc noemt.
In 1839 ontdekte Charles Goodyear dat verwarming met enkele procenten zwavel de eigenschappen van het rubber sterk verbetert. Het rubber blijft elastisch maar wordt veel sterker en is bovendien niet meer zo kleverig. Het zo gevulcaniseerde rubber kan nog sterker gemaakt worden door het toevoegen van andere stoffen zoals roet. De stof is dan bruikbaar voor de productie van autobanden. Na de ontdekking van Goodyear is de rubberboom op grote schaal aangeplant in India, Ceylon (Sri Lanka) en Indonesië. De rubberplantages voorzagen de wereld van natuurrubber.
Aan het eind van de 19e eeuw steeg de vraag naar rubber explosief vanwege de zich snel ontwikkelende autoindustrie. Men zocht naar mogelijkheden om synthetische rubber te maken, die de oogst van natuurrubber kon aanvullen.
Zoals we al eerder hebben gezien is een eerste stap die uiteindelijk leidt tot productie van synthetische materialen, het onderzoek naar de structuur van dat materiaal. Is de structuur eenmaal bekend dan kan men een soortgelijke stof gaan synthetiseren. In Duitsland was vanwege de voorbereidingen voor de Eerste Wereldoorlog de behoefte aan rubber groot. Bovendien voorzag men problemen met de aanvoer van natuurrubber in oorlogstijd. Het is dan ook niet verwonderlijk dat juist in Duitsland de eerste synthetische rubbersoorten zijn ontwikkeld: de zogenaamde BUNA-rubbers.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog investeerden de Verenigde Staten 750 miljoen dollar in de productie van een ander soort synthetische rubber met aanzienlijk betere eigenschappen. Sindsdien zijn er wel dertig tot veertig synthetische rubbers ontwikkeld. De grondstof voor al deze soorten is aardolie. De productie van synthetische rubbers leidde niet tot het verdwijnen van de rubberplantages. Integendeel, de productie van natuurrubber in landen als Maleisië en Indonesië is steeds toegenomen, vooral door de stijgende vraag naar rubber. De prijs van synthetische rubber wordt vooral bepaald door de prijs van aardolie. Door de almaar stijgende aardolieprijzen gaat de prijs van rubber op de wereldmarkt omhoog. Dat is gunstig voor de landen die natuurrubber produceren.


ENERGIEBRONNEN

De bekendste energiebron is de zon. Maar die schijnt niet altijd, zodat men gezocht heeft naar andere energiebronnen. In de eerste plaats voor warmte. Later ook om voedsel te bereiden en metalen te bewerken en daarna in toenemende mate om machines aan te drijven.
De meeste energiebronnen zijn brandstoffen die bij verbranding hun opgeslagen energie vrijgeven. Daarbij wordt chemische energie omgezet in warmte en beweging.
In de prehistorie was hout de enige beschikbare brandstof en op veel plaatsen in de wereld zijn mensen voor hun energievoorziening vooral op de plaatselijke vegetatie aangewezen. Later werden turf, bruikool en steenkool steeds belangrijker als brandstof.
De eerste olieput in Titusville, USA werd in 1859 geslagen en leverde 3000 liter olie per dag. In 1890 werd de wereldenergiebehoefte nog vrijwel geheel gedekt door brandhout en steenkool. Aardolie droeg daar maar voor 2% aan bij. Een halve eeuw later was aardolie veruit de belangrijkste energiebron in de wereld. Maar niet in alle landen is men in dezelfde mate afhankelijk van aardolie voor de energievoorziening, hoewel in de meeste gevallen de prijs van energie gekoppeld is aan die van aardolie.
In Zwitserland maakt men al lang gebruik van waterkracht (witte steenkool) en sinds de jaren 70 is in Nederland aardgas de voornaamste energiebron. In Frankrijk wordt een groot deel van de energie geleverd door kerncentrales. Sinds de oliecrisis in de jaren 70 zijn steeds meer landen op zoek naar alternatieve energiebronnen die economisch verantwoord zijn.

Energie voor aandrijving
De meeste installaties worden aangedreven door middel van elektriciteit. Elektriciteit wordt opgewekt in centrales en getransporteerd via hoogspanningskabels. Het opwekken van elektriciteit gebeurt met behulp van grote dynamo's. In sommige gevallen worden deze direct aangedreven door wind of waterkracht maar veel vaker gebeurt dat indirect door water te verhitten en de uitgezette stoom voor de aandrijving te laten zorgen. Als energiebron voor het verhitten van water wordt gebruik gemaakt van fossiele brandstoffen (aardolie, aardgas, steenkool) of kernenergie. Het is alles bij elkaar een nogal omslachtig proces waarbij veel energie verloren gaat. Bij elke energieomzetting verdwijnt namelijk een deel in warmte en dat is dan niet meer beschikbaar voor de elektriciteitsopwekking:
1 chemische energie wordt omgezet in warmte en uitzetting (verbranding en stoomvorming) - 2 uitzetting wordt omgezet in (wrijvings)warmte en beweging (rotatie turbines) - 3 beweging wordt omgezet in warmte en elektrische stroom. De vrijgekomen warmte moet gekoeld worden met water; daarom zijn elektriciteitcentrales meestal herkenbaar aan hun koeltorens en staan ze vaak langs een rivier.

Energie voor transport
Ook voor transport wordt gebruik gemaakt van elektriciteit (trein, tram) maar in de meeste transportvormen maken gebruik van verbrandingsmotoren. De meest gebruikte brandstoffen (benzine, diesel, kerosine, stookolie) zijn allemaal gemaakt uit aardolie. Dat gebeurt op een raffinaderij waar ruwe olie wordt gescheiden in een aantal fracties. De volgende stappen zijn destillatie en kraken van de fracties. De hoeveelheid benzine die bij destillatie ontstaat is onvoldoende om aan de vraag te voldoen. Daarom wordt benzine op grote schaal bijgemaakt. Hiervoor gebruikt men het kraakproces waarbij grote moleculen in stukken worden gebroken. Bij kraken ontstaan ook stoffen die als grondstof kunnen dienen voor het maken van talloze synthetische materialen (medicijnen, kleurstoffen, kunststoffen en synthetische vezels). Destillatieprocessen zijn scheidingsprocessen; kraakprocessen zijn chemische processen.
In verschillende landen wordt het gebruik van biogas en alcohol, gewonnen uit suikerriet, gestimuleerd.
De laatste jaren is het aantal experimenten met voertuigen met brandstofcellen sterk toegenomen. De recente ontwikkelingen van mobiele brandstofcellen hebben in de jaren 90 geleid tot een groot aantal proefmodellen in bussen, bestelauto's en personenauto's.

Brandstofcellen
Brandstofcellen lijken op batterijen. Ze hebben elektroden waartussen een spanningsverschil kan bestaan en ze bevatten een elektrolyt waar doorheen geladen deeltjes kunnen bewegen. Ze verschillen met batterijen a) omdat ze geen energie opslaan en b) omdat ze werken op brandstof. De toegevoerde brandstof wordt elektrochemisch omgezet in elektriciteit en uitlaatgassen. Dit proces is relatief schoon en levert meer rendement dan de gebruikelijke verbrandingsreacties in motoren.
De eerste publicatie over brandstofcellen is van William Grove in 1839. Sindsdien is er vooral veel onderzoek gedaan naar brandstofcellen die werken op waterstof en zuurstof. De eerste werkelijke toepassing van brandstofcellen heeft plaatsgevonden in ruimteschepen. De Apollo-raketten hadden brandstofcellen aan boord die voor de stroomvoorziening zorgden. Deze brandstofcellen hadden een rendement van 70%.
Brandstofcellen worden al lang als een veelbelovende techniek gezien, met name in mobile toepassingen. Fiat heeft onlangs een Panda op de markt gebracht die is uitgerust met een elektromotor aangedreven door brandstofcellen. DaimlerChrystler heeft vanaf 2004 auto's met brandstofcellen in de showroom staan. Het nieuwste prototype is de New Electric Car 5 (NECAR-5). Met een topsnelheid van 145 km/uur en een actieradius van 450 km doet deze elektrisch aangedreven auto niet onder voor traditionele wagens.
Volgens Shell is waterstof de brandstof van de toekomst. De omschakeling is begonnen en gaat langs allerlei technologische wegen.
Waterstof is de meest toegepaste brandstof voor een brandstofcel. Om 500 km te rijden in een kleine auto is ca. 3 kg waterstof nodig. Om dat vloeibaar op te slaan is een temperatuur van 250oC onder nul nodig. Waterstof kan ook worden verkregen uit methanol dat makkelijker in een tank is op te slaan. Daarbij is wel een geschikte katalysator nodig. Een katalysator is een stof die een bepaalde chemische omzetting versneld doet verlopen. Onderzoek naar geschikte katalysatoren is in volle gang. Er zijn al katalysatoren gevonden die er voor zorgen dat verdunde methanol bij kamertemperatuur kan worden omgezet in waterstof en kooldioxide. De waterstof reageert via de elektrolyt in het brandstofcelletje met zuurstof uit de lucht. Dit levert genoeg energie op om een draagbare telefoon veel langer dan we gewend zijn in bedrijf te houden.De prototypes van deze 'cellen van Hockaday' werken al heel aardig. Binnenkort vullen we ons mobieltje als een ouderwetse aansteker, met een flesje methanol uit de supermarkt.


PRODUCTIEVERHOGING IN DE LANDBOUW

Tijdens het Neolithicum (ca.10 000 jaar geleden) stichtte de mens in het Midden Oosten en op andere plaatsen in de wereld permanente nederzettingen en ging akkerbouw en veeteelt bedrijven. Door het bedrijven van landbouw was er meer voedsel beschikbaar dan voorheen. De aanwezigheid van voedsel was ook zekerder. Men kreeg meer kinderen omdat dit nu minder bezwaarlijk was dan toen men nog rondtrok als jager-verzamelaar. Kinderen waren ook nuttig als hulp bij veldarbeid.
Ter verhoging van de opbrengsten ontwikkelde men verschillende technieken toe die tegenwoordig in de Derde Wereld nog algemeen worden toegepast. Veeteelt is (uitgezonderd bij nomadenvolkeren) ondergeschikt aan de akkerbouw en van belang voor het verschaffen van organische mest waarmee uitputting van de bodem kan worden bestreden. Bij gebrek aan mest wordt vaak wisselbouw toegepast: het afwisselend bebouwen van een stuk land met verschillende gewassen. De bodem raakt dan minder snel uitgeput omdat verschillende gewassen de benodigde voedingsstoffen in andere verhoudingen uit de bodem halen.
Voor zijn voedsel is de mens altijd afhankelijk gebleven van natuurlijke producten. De productie van synthetische voedingsstoffen is economisch (nog) niet verantwoord gebleken. Ter verhoging van de productie in de landbouw heeft men andere methoden ontwikkeld.
Tot aan de industriële revolutie woonde het merendeel van de mensen op het platteland en werkte in de landbouw. Tijdens de industriële revolutie trokken veel mensen naar de steden. De bestaande landbouwmethoden moesten verbeterd worden om de sterk groeiende bevolking in de steden van voedsel te voorzien.

Kunstmest
In 1839 gaf de British Association for the Advancement of Science de Duitse chemicus Justus von Liebig (1803-1873) een onderzoeksopdracht naar de chemie en haar toepassingen in de landbouw. Hij toonde aan dat planten koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) opnemen. In zijn rapport maakte hij verder duidelijk dat voor de groei van planten ook andere elementen nodig zijn, zoals stikstof (N), fosfor (P), kalium (K) en zwavel (S). Door bemesting komen deze elementen in de bodem. Hiermee legde Von Liebig de basis voor een wetenschappelijke benadering van de landbouw. Hij experimenteerde met mineralen en slaagde erin de vruchtbaarheid van de bodem sterk te vergroten. Fosfaten leverden fosfor, sulfaten zorgden voor zwavel en kaliumzouten voor kalium. Deze mineralen waren op aarde in grote hoeveelheden beschikbaar.
De stikstofverbindingen vormden echter een probleem. De enige makkelijk winbare stikstofverbindingen waren salpeter (KNO3) uit India, caliche (NaNO3) uit Chili en guano (vogelpoep die in dikke lagen op de eilanden voor de kust van Peru lag). De salpeterlagen in India raakten echter al snel uitgeput en ook de hoeveelheid guano was beperkt. De caliche, ook wel chilisalpeter genoemd, was rond 1900 nog de enig beschikbare bron voor stikstofmest. In geval van oorlog zou een blokkade de aanvoer van nitraten uit Chili stopzetten. Wetenschappers wezen op de problemen die dit zou veroorzaken voor de voedselvoorziening.
Toen in augustus 1914 de Eerste Wereldoorlog uitbrak, werd Duitsland volledig afgesneden van de toevoer van caliche uit Chili. Dit feit is van doorslaggevende betekenis geweest voor de ontwikkeling van een nieuwe manier om stikstof te binden: de productie van ammoniak (NH3) uit stikstof en waterstof (H). Bij deze ammoniaksynthese, de Haber-Bosch synthese, werd voor de eerste maal theoretische kennis uit de chemie gebruikt om op grote schaal kunstmest te gaan produceren.
In het midden van de 19e eeuw was een opbrengst van duizend kilo graan per hectare al heel wat. Tegenwoordig kan een hectare door het gebruik van kunstmest alleen wel zeven maal zo veel graan leveren.

Bestrijdingsmiddelen
Na de Tweede Wereldoorlog nam de wereldvoedselproductie sterk toe. Er werden nieuwe plantenrassen gebruikt, die ontwikkeld waren via veredeling. Vooral in combinatie met kunstmest gaven deze een zeer hoge opbrengst. Het inzaaien van de nieuwe rassen en gebruik van kunstmest werd wereldwijd bevorderd. Door de toepassing van grootschalige landbouw waarbij in grote gebieden de diversiteit van gewassen afnam (monocultures) alsmede door de sterk doorgevoerde veredeling werden landbouwgewassen kwetsbaarder voor plagen.
Gelukkig (?) konden plagen en ziekten in de landbouw effectief worden bestreden dankzij de uitvinding van een groot aantal synthetisch-organische bestrijdingsmiddelen (pesticiden) zoals DDT, aldrin, parathion en lindaan. Het gebruik van pesticiden wordt aangeduid als chemische bestrijding; insecticiden doden insecten, herbiciden vernietigen onkruid, fungiciden bestrijden schimmels.
In 1962 verscheen het boek Silent Spring van de Amerikaanse biologe Rachel Carson. Het was een felle aanklacht tegen de manier waarop de mens met de natuur omgaat. Zij beschreef de schadelijke werking van het massaal gebruik van pesticiden op het milieu.
Pesticiden zoals DDT worden langzaam afgebroken. De stof hoopt zich op in het vet van dieren. Vooral dieren die aan het eind van de voedselketen staan, kunnen hoge gehaltes DDT in hun lichaam hebben. Door het massale gebruik van DDT werden sommige roofvogels met uitsterven bedreigd. Ook in mensen werd DDT gevonden. Sommige insecten ontwikkelden een resistentie tegen pesticiden. Daardoor ontstonden nieuwe plagen, vooral omdat de natuurlijke vijanden van deze insecten door het gebruik van bestrijdingsmiddelen sterk in aantal terugliepen.
Het boek Silent Spring heeft een grote invloed gehad op wetenschappers en beleidsmakers. Het gebruik van DDT werd in veel Westerse landen al snel verboden.
Tegenwoordig is er bij de bestrijding van plagen meer oog voor de gevolgen voor gezondheid en milieu. Het gebruik van bestrijdingsmiddelen is bovendien aan regels gebonden.
Alternatieven, zoals mechanische en biologische bestrijding zijn in ontwikkeling.
Mechanische bestrijding is het daadwerkelijk verwijderen van onkruid of insecten, bijvoorbeeld het handmatig of machinaal wieden van onkruid. Biologische bestrijding is het inzetten van natuurlijke vijanden teneinde een plaag te bestrijden, bijvoorbeeld uitzetten van lieveheersbeestjes om bladluizen te bestrijden. Bestrijding via genetische modificatie wordt ook al toegepast. Wellicht wordt dat in de toekomst een belangrijke bestrijdingsmethode.



BIOTECHNOLOGIE

Biotechnologie omvat technieken en productieprocessen waarbij gebruik wordt gemaakt van levende organismen of delen van organismen.

Erfelijkheidsmateriaal
Friedrich Miescher (1844-1895) probeerde uit kernen van cellen eiwitten te isoleren, maar vond een stof met zure eigenschappen. Hij noemde die stof nucleïnezuur. De meeste wetenschappers dachten met Miescher dat de eiwitten verantwoordelijk waren voor overerving van kenmerken. Walther Flemming (1843-1905) zag in 1879 draadjes in celkernen. Bij celdeling verdubbelden de draadjes. Die draadjes werden chromosomen genoemd omdat ze makkelijk kleurstof opnamen (chroma = kleur; soma = lichaam). De chromosomen bestonden uit nucleïnezuur en eiwitten. Na de herontdekking van de erfelijkheidswetten van Mendel (1822-1884) in de 20e eeuw bleek er een verband te zijn tussen de chromosomen en de erfelijke eigenschappen. Pas in 1952 werd bewezen dat de erfelijkheid in het nucleïnezuur zit en niet in de eiwitten. In 1953 werd de structuur van het DNA opgehelderd door Jim Watson en Francis Crick, waarbij ze in belangrijke mate steunden op het onderzoek van Rosalind Franklin en Maurice Wilkins.
Desoxyribonucleïnezuur (DNA, deoxyribo nucleic acid) is het erfelijkheidsmateriaal en bevat alle informatie om een organisme te laten ontwikkelen, groeien en functioneren. De erfelijke eigenschappen van een organisme zijn vastgelegd in het DNA van iedere cel. Het DNA geeft aan hoe een cel zich moet gedragen. Het is een soort centraal archief.
DNA is voor te stellen als een lange ketting met vier soorten kralen. De ketting bestaat uit draden van suikers (desoxyribose) en fosfaten en de kralen zijn moleculen van stikstofbasen, weergegeven met de letters A (adenine), C (cytosine), G (guanine) en T (thymine). Zij vormen de letters van het genetisch alfabet. Drie opeenvolgende letters vormen steeds een woord. Eén bepaald kenmerk van een organisme wordt op het DNA gecodeerd weergegeven door middel van een zin van een paar duizend woorden. De totale code voor één bepaald kenmerk noemt men een gen. Op het DNA liggen genen en één gen representeert één kenmerk, in feite een eiwit. Elk levend wezen op aarde heeft in elke cel DNA waarop dezelfde genen liggen.

Klassieke biotechnologie
Biotechnologie bestaat eigenlijk al heel lang. Het door de mens doelgericht selecteren van gunstige kenmerken bij planten (veredeling) en dieren (domesticatie; fokken) is hiervan een voorbeeld. Woordenboeken omschrijven biotechnologie als een wetenschappelijke techniek die gebruik maakt van micro-organismen om een grote variatie van producten te maken.
Micro-organismen zijn organismen die slechts bestaan uit één of enkele cellen zoals bacteriën, schimmels en gisten (eencellige schimmels). Gist is door de eeuwen heen gebruikt bij het maken van brood, bier en wijn. Voor de productie van antibiotica zoals penicilline worden schimmels gebruikt. Waterzuivering en compostering zijn mogelijk door het werk van bacteriën. Dit zijn allemaal voorbeelden van klassieke biotechnologie.

Moderne biotechnologie
Tegenwoordig brengt men biotechnologie vaak in verband met genetische manipulatie, het gericht en direct aanbrengen van veranderingen in het erfelijk materiaal (DNA) van een levend wezen. Het doel is dan de gevolgen van deze verandering te onderzoeken en/of te gebruiken.
Moderne biotechnologie of genetische manipulatie - voorstanders noemen het liever genetische modificatie of gentechnologie - is een belangrijke techniek in de biotechnologie. In het Engels heet het genetic engeneering.
De bouw van DNA en de manier waarop erfelijke eigenschappen zijn vastgelegd op het DNA is voor alle organismen hetzelfde. Dit biedt in principe de mogelijkheid een stukje DNA met de daarop vastgelegde eigenschap over te brengen van één organisme naar een ander soort organisme. Men knipt bijvoorbeeld uit een mensencel (met behulp van bepaalde enzymen) een stukje DNA dat de boodschap voor het maken van insuline bevat, en brengt dat over op het DNA van een bepaalde bacterie. Die gaat vervolgens menselijk insuline maken.
Bovendien geeft de bacterie deze nieuwe eigenschap door aan het nageslacht zodat binnen afzienbare tijd een zeer groot aantal bacteriën over de eigenschap beschikken en de insulineproductie kan voldoen aan de behoefte onder diabetici.
De techniek van het overbrengen van een erfelijke eigenschap van het ene organisme naar een ander organisme noemt men recombinant-DNA-technologie. Een organisme waarin een erfelijke eigenschap van een andere soort is ingebracht noemt men een transgeen organisme.
De recombinant-DNA-techniek kan risico’s met zich meebrengen voor mens en milieu. Door veranderingen in het DNA van bacteriën kunnen die misschien nieuwe ziekteverwekkende eigenschappen krijgen. Wanneer transgene planten in de vrije natuur terecht komen, kunnen zij misschien het natuurlijk evenwicht verstoren. Op initiatief van Paul Berg - die in 1971 als eerste de recombinant-DNA-techniek met succes uitvoerde - besloten onderzoekers voorlopig af te zien van experimenten met recombinant-DNA (moratorium). In de wetenschap was een dergelijke beslissing nooit eerder genomen en het illustreerde het verantwoordelijkheidsbesef van de betrokken onderzoekers. Nadat er afspraken gemaakt waren over de voorwaarden waaronder DNA-onderzoek verricht mocht worden (controlecommissies; vergunningenstelsel) werd in 1975 het moratorium opgeheven. In veel landen zijn adviescommissies aangesteld die de ethische en maatschappelijke gevolgen van de recombinant-DNA-techniek en andere biotechnologische ontwikkelingen op de voet volgen.

Grootschalige enzymproductie
Genetische gemodificeerde micro-organismen worden vooral gebruikt voor grootschalige productie van enzymen. Enzymen zijn eiwitmoleculen die onder invloed van DNA in cellen worden gemaakt en tot doel hebben om chemische reacties sneller te laten verlopen. Bij hoge temperatuur gaan ze kapot en werken ze niet meer (denaturatie).
Er zijn allerlei toepassingen voor enzymen. In wasmiddelen zitten tegenwoordig enzymen die zorgen voor het verwijderen van eiwit- en vetvlekken bij een temperatuur lager dan zestg graden Celcius. Ook bij kaasbereiding worden enzymen gebruikt. Om kaas te maken moet de melk eerst ingedikt worden (stremmen). De hiervoor gebruikte enzymen (chimosinen) zijn afkomstig uit lebmagen van geslachte kalveren. Dat is voor sommige mensen (hindoes; veganisten) een reden om geen kaas te eten. Door in een bepaalde gistsoort runder-DNA in te bouwen dat codeert voor het juiste enzym kunnen de gistcellen nu ook chimosinen produceren. Of deze ‘vegetarische’ kaas succes zal hebben, staat nog te bezien want de Nederlandse consument staat zeer kritisch tegenover voedingsmiddelen die met genetisch gemodificeerde organismen gemaakt zijn.
Enzymen kunnen worden ingezet bij het terugdringen van het mestprobleem. Varkens- en kippenvoer bevat fosforverbindingen. De dieren hebben wel fosfor nodig maar een groot deel van de fosforverbindingen bestaat uit fytaat dat ze bij hun spijsvertering niet kunnen afbreken. Het gevolg is dat er alleen al in Nederland per jaar honderd miljoen kilo fytaat in de mest terecht komt en dat is slecht voor het milieu. Fytase is een enzym dat fytaat kan afbreken. Door fytase aan het voer toe te voegen wordt fytaat bij de spijsvertering wel afgebroken en kan voor een groot deel door het dier gebruikt worden. Er komt 25% minder fosfaat in de mest terecht.
Genetisch gemodificeerde micro-organismen kunnen fitase grootschalig produceren, maar er is weinig bekend over de gevolgen als zo’n gewijzigd micro-organisme in het milieu terecht komt.

Biotechnologie in de landbouw
Al heel lang probeert men eigenschappen van planten te verbeteren. Door kruising van bijvoorbeeld twee verschillende aardappelrassen kunnen gunstige eigenschappen in het nageslacht worden verenigd. Het is echter een tijdrovende methode. Bovendien is moeilijk in te schatten welke eigenschappen de nieuwe generatie precies zal hebben.
Kruising is alleen mogelijk tussen twee organismen van dezelfde soort. De recombinant-DNA-techniek biedt hele nieuwe mogelijkheden. Eén gunstige eigenschap kan ingebracht worden in het DNA van een plant. Maar belangrijker is dat men goede eigenschappen van verschillende plantensoorten kan combineren.
Men is er inmiddels in geslaagd verschillende transgene planten te maken. Er zijn bijvoorbeeld abrikozenbomen die immuun zijn voor een virus dat door bladluizen wordt overgebracht. Er is een nieuw aardappelras dat slechts één soort zetmeel vormt. Deze aardappelen zijn veel makkelijker te verwerken tot allerlei producten. Sinds 1996 worden gemodificeerde sojaplanten verbouwd die bestand zijn tegen een herbicide. Het verbouwen van genetisch gemodificeerde planten die immuun zijn voor ziekten en plagen kan leiden tot een grotere oogst en minder gebruik van bestrijdingsmiddelen.

Biotechnologie in de veeteelt
Eind jaren tachtig slaagde men erin eicellen van zoogdieren buiten het moederlichaam te bevruchten (in-vitrofertilisatie). Het embryo dat zich in de reageerbuis ontwikkelt, kan gesplitst worden. Er kunnen per embryo vier à vijf erfelijk identieke dieren (klonen) groeien. Op deze manier levert een geschikt fokpaar meer nakomelingen.
In diezelfde tijd ontstond het plan om door recombinant-DNA-techniek het menselijk lactoferrine-gen in te brengen in het DNA van runderen. Lactoferrine is een eiwit dat gebruikt kan worden voor de productie van een medicijn tegen ernstige darminfecties. Het komt onder andere voor in moedermelk en werkt als een natuurlijk antibioticum.
De stier Herman is het wat schamele eerste resultaat van deze technieken, maar heeft inmiddels nakomelingen verwekt. Vier dochters van Herman hebben in 1996 voor het eerst kalveren gekregen waarna de melkgift op gang kwam. Deze melk bevat menselijk lactoferrine.
Er is in Nederland veel te doen geweest over de transgene stier Herman. Dierenbeschermingsorganisaties maken bezwaar tegen ingrepen die de eigenheid van dieren aantasten. Mede onder druk van de publieke opinie heeft het ministerie van Landbouw in 1996 het Leidse biotechnologiebedrijf Pharming bv opgedragen om de productie van lactoferrine volgens deze methode te staken de stier Herman te laten slachten. Gelukkig heeft het natuurhistorisch museum Naturalis zich over Herman ontfermd en maakt hij de rest van zijn bestaan deel uit van de permanente expositie over biotechnologie.

Biotechnologie en de mens
Wetenschappers over de hele wereld zijn al sinds 1970 bezig met het bepalen van de genenvolgorde in het menselijk DNA. Doel van het onderzoek is het menselijk genoom in kaart te brengen. Het genoom is de totale volgorde van de genen op de verschillende DNA-snoeren. In 1988 is daartoe de Humane Genome Organisation (HUGO) opgericht. Onderzoekers besloten samen te werken. Afgesproken is dat de resultaten vrij toegankelijk zijn voor de gehele mensheid. Het is een bijzonder tijdrovend en duur project. Men verwacht hiermee klaar te zijn in 2005.
Niet iedereen is enthousiast over HUGO. Critici vinden dat het teveel geld en tijd kost en te weinig direct bruikbare informatie oplevert. Zij vinden het belangrijker om in het menselijk DNA gericht op zoek te gaan naar genen die bij bepaalde ziektes horen.
Mensen met een erfelijke ziekte hebben ergens in hun DNA één of meerdere verkeerd werkende genen. Als het om een ernstige aandoening gaat, zal de keus moeilijk zijn om wel of geen kinderen te krijgen. Gelukkig is tegenwoordig van een aantal afwijkingen bekend door welk gen ze worden veroorzaakt. Aan de hand van een erfelijkheidsonderzoek kan worden bepaald hoe groot de kans is dat een eventueel kind van een ouderpaar de ziekte zal hebben. Een andere mogelijkheid is om vroeg in de zwangerschap het DNA van het ongeboren kind te laten onderzoekendoor middel van een vruchtwater punctie. Men kan dan vaststellen of het ongeboren kind het gen voor de ziekte heeft geërfd. Hoe men bij een positieve uitslag dient te handelen wordt er niet bij verteld.
De kennis over het menselijk genoom neemt in snel tempo toe. En daarmee ook het aantal erfelijke aandoeningen dat bij een ongeboren kind kan worden vastgesteld. Daarnaast onderzoekt men de mogelijkheid een slecht werkend of ontbrekend gen te vervangen door een goed werkend gen, de zogenaamde gentherapie.
Ondanks de hooggespannen verwachtingen zijn er nog weinig resultaten bereikt met gentherapie. Er is enig succes geboekt bij experimentele bestrijding van taaislijmziekte, een erfelijke aandoening die de levenskansen van de lijders sterk beperkt. Eén afwijkend gen zorgt ervoor dat de voortdurend delende slijmcellen in de ademhalingswegen onvoldoende vocht produceren waardoor een taaie slijmlaag ontstaat. Er bestaan virussen die zonder schadelijke gevolgen voor de mens de slijmvliescellen binnendringen en hun DNA in de slijmcellen inbouwen. Men heeft nu deze virussen met het goed werkende gen gemodificeerd. Lijders aan taaislijmziekte hoeven slechts regelmatig de transgene virussen te inhaleren om aanmerkelijk minder last te hebben.
Maar lang niet alle ziekten worden veroorzaakt door een aangeboren afwijking. Van slechts een gering aantal erfelijke ziekten is bekend door welk defect in het DNA ze veroorzaakt worden. Een aantal erfelijke ziekten wordt veroorzaakt door meer dan één fout in het DNA. Het is moeilijk om een nieuw stukje DNA precies op de goede plaats in te brengen en het is niet eenvoudig om voldoende cellen genetisch te veranderen. Tal van problemen waarmee de gentherapie moet afrekenen.

Dilemma's
Stel dat bij een ongeboren kind een ernstige ziekte is geconstateerd. De aanstaande ouders moeten dan beslissen: wel of niet laten aborteren. De keuze wordt sterk bepaald door de ideeën in de samenleving over abortus. Het is denkbaar dat de ouders morele druk ondervinden. Uiteindelijk is abortus voor de samenleving een goedkope oplossing. Er hoeft dan geen gehandicapt kind verzorgd te worden.
De prenatale vaststelling van een handicap zal ook in de toekomst zelden met 100% zekerheid gegeven kunnen worden. De aanstaande ouders moeten bij hun overweging betrekken dat de handicap misschien helemaal niet zo ernstig zal zijn. Ook over het soort handicap wordt zeer verschillend gedacht. Is een geestelijke handicap ernstiger dan een lichamelijke? Is doofheid wel aanvaardbaar maar hemofilie niet?
Wat gebeurt er als ouders geen onderzoek laten doen en een gehandicapt kind krijgen? Is er Dan nog geld voor voorzieningen? Worden mensen met een handicap nog wel geaccepteerd? Een andere vraag is of iedereen in aanmerking moet komen voor prenataal DNA-onderzoek. Als het gaat om een fatale afwijking zal niemand twijfelen maar via DNA-onderzoek kan men ook vaststellen of het ongeboren kind kleurenblind zal zijn. Wil de samenleving ook voor zulk onderzoek geld uitgeven? Er bestaat bij sommigen zelfs de angst dat meer kennis van de genetica leidt tot eugenetica. Hiermee bedoelt men het selecteren van nakomelingen op gewenste erfelijke eigenschappen. Alleen gezonde en begaafde kinderen zijn dan nog gewenst.
Met de huidige techniek kan men vaststellen of iemand genen bezit die in een later stadium tot een ziekte kunnen leiden. Als een vrouw een borstkankergen draagt, heeft zij 80% kans om borstkanker te krijgen. Een ander verkeerd gen veroorzaakt een hoog cholesterolgehalte en dus meer kans op hart- en vaatziekten. Wat gebeurt er als bekend is dat iemand zo'n verkeerd gen heeft? Sluit een verzekeringsmaatschappij nog wel een levensverzekering af en neemt een werkgever zo iemand aan? En wil ieder mens ook echt weten of hij of zij zo'n verkeerd gen heeft?
We noemen dit soort vragen ethische vragen. Ethiek gaat over wat goed en kwaad is, over wat men in het algemeen geoorloofd vindt, over wat in het algemeen geaccepteerd wordt. Persoonlijke opvattingen kunnen afwijken van de algemene norm. Ook dan zal er een keus gemaakt moeten worden. Wanneer de afweging bij het maken van een keuze erg moeilijk is, spreken we van een dilemma.