De Shwedagon Pagoda in Myanmar: hoe cultureel erfgoed en scheikunde nog iets van elkaar kunnen leren.

De zon komt op in Yangun, Myanmar. Politieke onrust is momenteel een dagelijkse waarheid in de stad, met één stille getuige die het geweld in de voormalige hoofdstad al meer dan eens heeft meegemaakt. Vanop Singattura Hill volgt de bekende Shwedagon Pagode al meer dan 2000 jaar de ontwikkelingen binnen deze bijzondere cultuur. Maar nu zijn het de bewoners die naar het bouwwerk kijken, voor hen een teken van vrijheid en hoop op een betere toekomst.

De tempel is 112 meter hoog en werd volledig bekleed met 50.000 kilogram goud, vergaard door de giften van bezoekers. Myanmar heeft dan ook enorme hoeveelheden goud ter beschikking, één van de redenen waarom het land een turbulent politiek bestaan heeft gekend.

Deze onderneming draagt een kostenplaatje van niet minder dan 20 miljoen euro iedere vijf jaar.

Het goud wordt verlijmd op onderliggende koperen platen. De verlijming is een soort experiment, want het goud blijkt iedere vijf jaar los te komen. Op dat moment wordt de tempel in stijgers gezet, worden de beschadigde goudplaatjes verwijderd en worden deze hersteld in een klein fabriekje naast de tempel. Deze onderneming draagt een kostenplaatje van niet minder dan 20 miljoen euro iedere vijf jaar.

Scheikunde en cultureel erfgoed

Hoewel de verlijming van bladgoud al duizenden jaren wordt toegepast op verschillende gekende bezienswaardigheden (denk maar aan de gouden poorten van Versailles of de gebouwen op de Grote Markt in Brussel) is het chemisch mechanisme achter dit proces vrijwel onbekend. Experts schatten dat bladgoud op een buitenstructuur een levensduur heeft van ongeveer 20 jaar, maar onderzoek hiernaar blijft beperkt. Wat wel belangrijk blijkt is de dikte van het bladgoud; hoe dunner, hoe langer dit goud op een structuur blijft kleven.

Experts schatten dat bladgoud op een buitenstructuur een levensduur heeft van ongeveer 20 jaar, maar onderzoek hiernaar blijft beperkt.

Het doel van mijn onderzoek is dus om de verlijming van bladgoud op koper te verbeteren. Als deze verlijming lang goed blijft, zou dit ook interessant kunnen zijn voor andere toepassingen zoals computerchips, aangezien hiervoor geleidende materialen zoals koper nodig zijn. Als we de duurzaamheid van een verlijming willen bekijken, moeten we eigenlijk bepalen welke interacties er optreden tussen het koper- of goudoppervlak en organische moleculen en hoe sterk deze zijn. Op deze manier sluiten we naadloos aan bij het topic van mijn onderzoek: surface science.

X-ray photo-electron spectroscopy

De uitgelezen methode om de chemische interacties tussen een metaal (zoals goud) en een organische molecule (zoals deze die voorkomen in lijm) te onderzoeken heet X-Ray Photo-electron Spectroscopy of XPS. Tijdens XPS bestralen we materiaal met X-stralen, waardoor de elektronen in het materiaal de energie uit deze stralen opnemen, om deze vervolgens te katapulteren. Door de snelheid van deze elektronen, kunnen we meer te weten komen over het materiaal waar ze uit vertrokken zijn. XPS heeft het voordeel dat de X-stralen niet diep in het materiaal doordringen en we op deze manier de bovenste laag van dat materiaal kunnen bestuderen. Als we dus een enorm dunne laag ‘lijm’ (of organische moleculen) aanbrengen op het metaal, kunnen we net dat oppervlak tussen de lijm en het metaal bestuderen. Zo kunnen we vaststellen of die twee een chemische binding vormen, hoe sterk deze is en hoe deze verandert als we bijvoorbeeld overschakelen van goud naar koper.

Goud is geen koper

Allereerst bestudeerden we de interacties tussen de huidige lijm en koper en goud. Koper en goud zijn twee totaal verschillende metalen; koper corrodeert (of roest) en goud is een edelmetaal (en roest dus niet). Dit betekent natuurlijk ook dat goud minder makkelijk reageert, aangezien corroderen een chemische reactie is met de omgeving. Goud zal dus veel moeilijker binden met andere moleculen. XPS-metingen toonden dan ook meteen dat goud helemaal niet reageerde met de gebruikte lijm, terwijl koper wel goed reageerde. Hetzelfde zien we met het blote oog; het goud pelt als het ware van het koper.

Natuurlijke oliën of thiolen?

Aangezien de gebruikte lijm duidelijk niet over de kwaliteiten beschikt die wij zoeken, bekeken we enkele alternatieven. Hierbij werden twee paden gevolgd; wat zegt de wetenschap van de toekomst en wat kunnen we leren uit het verleden?

Al jaar en dag worden natuurlijke oliën gebruikt om bladgoud te verlijmen, maar de chemische interactie tussen goud en deze oliën blijft onbekend. Door te kijken welke moleculen voorkomen in deze oliën, ze aan te brengen op het goud- en koperoppervlak en ze te analyseren met XPS, werd het duidelijk dat deze moleculen wel degelijk reageerden met zowel koper als goud.

Anderzijds zijn thiolen dé moleculen die geprezen worden om hun capaciteit tot ‘zelf-assemblage’ op goud. Ook hier werd een goede interactie met zowel goud als koper aangetoond, wat een lijm die thiolen bevat een goede kandidaat maakt voor de verlijming op de tempel.

Back to reality

Een tempel in Yangun die op een zonnige zomerdag opwarmt tot wel 80°C is natuurlijk niet hetzelfde als een zorgvuldig schoongemaakt koperen plaatje in een labo. Metalen zetten namelijk uit als ze opwarmen en vocht kan ervoor zorgen dat de metalen roesten. Dit eerste onderzoek toont aan wat de mogelijkheden zijn voor de verlijming van goud op koper, maar illustreert bovenal alle bijkomende obstakels wanneer we een lijm willen creëren die wel degelijk duurzaam is. In het onderzoek zelf werd namelijk aangetoond dat het roesten van koper een effect kan hebben op hoe sterk de lijm aan het metaal verbonden is. Dit is natuurlijk niet het enige aspect, de materialen dienen ook veilig te zijn voor mens en natuur en moeten betaalbaar zijn.

What could have been

Dit onderzoek hoopte een duurzamere oplossing te vinden voor de tempel, zowel financieel als qua materiaalgebruik, in samenwerking met onderzoekers van Yangun om zo een belangrijke kennisuitwisseling op te zetten die de democratisering van het land ten goede kwam. De COVID-19 crisis en de militaire coup in Burma, hebben de onderzoekers buiten spel gezet. Hopelijk wordt dit onderzoek verdergezet en kan het helpen de band tussen verschillende culturen én verschillende wetenschappen, cultureel erfgoed en scheikunde, te versterken.