Rekenen aan elektronenwolken, reacties en spectra krijgt steeds meer voet aan de grond. Dat merkt ook softwarebedrijf SCM, dat hiervoor al jaren programma’s ontwikkelt. ‘Het kan veel tijdrovende en dure experimenten schelen.’

Verscholen in een van de vele gangen van het gebouw voor ­bètawetenschappen van de VU in Amsterdam huist het bedrijf Software for Chemistry & Materials (SCM), zoals het sinds kort heet. ‘Die naam omschrijft nauwkeuriger waar we voor staan’, vindt ceo Stan van Gisbergen. ‘We maken, samen met vele academische partnergroepen, softwareprogramma’s om de eigenschappen van nieuwe moleculen en materialen te voorspellen op de computer. Of om te bekijken waarom een nieuw molecuul of materiaal dat in het lab is gesynthetiseerd een bepaalde eigenschap heeft.’

Zo moeten perovskieten voor zonnecellen een bepaalde band gap hebben om zonlicht optimaal op te vangen. ‘Op de computer kun je vijfduizend verschillende varianten van zulke materialen doorrekenen en zo snel scannen welke variant de gewenste elektronische eigenschappen heeft. Dat scheelt tijd en geld. Synthetiseren en uittesten, kun je dan beperken tot een tiental veelbelovende kandidaten.’

Het verdienmodel is al die tijd nauwelijks veranderd

Het softwareprogramma waar het allemaal mee begon is de Amsterdam Density Func­tional (ADF), gebaseerd op de dichtheidsfunctionaaltheorie waarvoor de Ame­rikaan Walter Kohn in 1998 de Nobelprijs voor de Scheikunde kreeg. ‘Dit is de meest ­populaire methode om de elektronische, spectroscopische en katalytische eigenschappen van een molecuul of materiaal te berekenen’, vertelt Van Gisbergen. Twintig jaar geleden schreef hij als promovendus bij de vakgroep theoretische chemie mee aan het ADF-programma onder leiding van zijn promotor Evert Jan Baerends, die hiervoor begin jaren zeventig de basis legde tijdens zijn eigen promotie.

Gebruikerslicentie

In 1995 richtte Baerends Scientific Com­puting & Modelling op, de oorspronkelijke naam van het bedrijf. Toen puur uit noodzaak. Het programma was een belangrijke research tool voor de afdeling, en groeide in omvang. ‘Om het draaiende te houden, heb je programmeurs nodig. Dat konden aio’s er niet meer ‘even’ bij doen’, vertelt Baerends. Bij de universiteit vond hij geen gehoor, dus hij moest op zoek naar geld bij het bedrijfsleven. ‘Iets wat nog niet bon ton was in die tijd.’ Dat heeft goed uitgepakt. Inmiddels huurt SCM zeven kamers bij de VU voor zijn achttien medewerkers. Het zijn op een enkeling na allemaal gepromoveerde of promoverende theoretisch chemici en fysici.

Het verdienmodel is nauwelijks veranderd door de jaren heen. ‘Klanten krijgen een gebruikslicentie voor het standaardsoftwarepakket van vijf modules of voor losse modules, en betalen jaarlijks of soms vijfjaarlijks vooraf voor onderhoud en updates’, vertelt Van Gisbergen. Het ADF-programma is een van die modules. Hiermee kan een onderzoeker moleculen tot een paar honderd atomen doorrekenen. De BAND-module bepaalt de structuren van vaste stoffen zoals kristallen of polymeren, en de ReaxFF-module haalt zo’n honderdduizend atomen. Dan gaat het niet meer over elektronendichtheden, maar over het berekenen van mechanische atomaire krachtenvelden.

Zelf leren doen

Zowel de academische wereld als de industrie gebruiken de software; van de klassieke chemiebedrijven als Dow en BASF tot farmaceutische bedrijven en elektronicafabrikanten als Samsung. Die laatste zijn vooral geïnteresseerd in materiaaleigenschappen. De software kun je eerst een maand gratis proberen. Fedor Goumans, business developer bij SCM, bekijkt de aanvragen en helpt de potentiële licentienemers op weg. ‘Uit­ein­­delijk moeten de mensen het toch zelf leren doen. We geven technische ondersteuning, leveren tutorials en ondersteunen de software. Maar we kunnen niet de wetenschap voor ze doen, ook omdat bedrijven niet graag details delen met de buitenwereld.’ SCM doet dan ook nauwelijks aan consultancy.

‘Als mkb kunnen we de krenten uit de pap vissen’

Volgens Goumans heeft het ADF-programma enkele unieke mogelijkheden vergeleken met concurrerende software. Zo kan het chemische processen doorrekenen, ­zoals fosforescentie op een moleculair ­niveau, door de relativistische spin-orbitkoppeling mee te nemen in het de-excitatieproces. Goumans heeft daarvoor samen met de Japanse softwareverkoper een casestudie gemaakt voor organische licht-emitterende diodes (OLED’s), vaak gebaseerd op iridium. Voor een hele set overgangsmetaalcomplexen is berekend hoe snel ze licht uitzenden en die uitkomsten zijn naast de experimentele resultaten gelegd. ‘Het protocol ligt klaar. Bedrijven kunnen dat vervolgens zelf toepassen op hun eigen geheime moleculen en er betere schermen voor mobieltjes en OLED-tv’s mee ontwerpen.’

Nog steeds een groeimarkt

Daarnaast werkt SCM nauw samen met academische groepen bij Europese en nationale subsidieaanvragen. Momenteel zijn er vijf EU-fellows actief. ‘We zitten een beetje in een luxe positie omdat we een midden- en kleinbedrijf zijn. We krijgen veel uitnodigingen om mee te doen in dit soort projecten. Dat levert bonuspunten op bij de subsidiegevers die het mkb als brug zien tussen academische ontwikkelingen en tools voor het bedrijfsleven. Zo­doende kunnen we de krenten uit de pap vissen’, vertelt Goumans. ‘We focussen op die projecten, waardoor we nieuwe functionaliteiten aan onze software kunnen toevoegen. Een voorbeeld is het Europese project waarin we software ontwikkelen om metal organic frameworks te kunnen doorrekenen. De kennis die we daar opdoen, kunnen we daarna bijvoorbeeld ook inzetten voor geometrie-optimalisatie van heel andere moleculen.’

Cloud based solutions moeten de tool ook voor kleinere bedrijven toepasbaar maken

Het ADF-programma bestaat al veertig jaar en SCM hoopt daar nog zeker veertig jaar aan toe te voegen. De chemici zien het zonnig in. Al is de concurrentie groter geworden, het is nog steeds een groeimarkt. ‘Ook de materiaalwetenschappers doen steeds meer berekeningen. Denk aan katalysatoren of grafeen voor zonnecellen’, zegt Goumans. ‘Er is meer mogelijk: snellere computers, betere software en brede theorieontwikkeling, waardoor je als theoreticus de vragen van de onderzoekers die de experimenten doen beter en nauwkeuriger kunt beantwoorden.’ En dankzij cloud based solutions, waaraan SCM nu werkt, kunnen dergelijke tools ook binnen handbereik komen van kleinere bedrijven. Die hoeven dan niet langer grote computerclusters te hebben staan, die flinke investeringen eisen.

Goumans merkt tot slot op: ‘Berekeningen geven nuttige informatie voordat je met een experiment begint of om experimenten te begrijpen en inzicht te verkrijgen. Onderzoekers accepteren, waarderen en doen dat steeds meer, mede omdat degenen die ermee zijn opgegroeid nu op managementposities zitten.’