Techniek

Planned obsolescence: waarom er geen eeuwigdurende gloeilamp was

1 Reactie / Economie, Ideeën en techniek, Techniek, Visionaire vragen / Door

De aluhoedjes hebben gelijk. Niet voor niets was er geen eeuwigdurende gloeilamp te koop. Keer op keer maken fabrikanten doelbewuste ontwerpbeslissingen om zoveel mogelijk te kunnen verkopen. Ontwerpbeslissingen, die meer vervuiling en meer uitputting van grondstoffen betekenen. Maak kennis met planned obsolescence.

Wat is planned obsolescence?

Op een gegeven moment zijn producten overbodig geworden. Soms komt dat door normale slijtage die niet te voorkomen is. Soms door technische veroudering. Of omdat ze uit de mode raken. En soms, omdat het de bedoeling is dat ze veel sneller kapot gaan dan normaal. Of achteruit gaan in functies, omdat de fabrikant, bijvoorbeeld Apple, geniepig de prestaties omlaag schaalt in smartphones. Zodat consumenten een dure, nieuwe smartphone moeten kopen. Dit laatste concept is “planned obsolescence” (geplande overbodigheid) genoemd.

De “Centennial Light Bulb” brandt al meer dan een eeuw onafgebroken, maar geeft nu veel minder licht dan in het begin. Planned obsolescence maakt dat gloeilampen korter, maar feller branden. Bron: Wikimedia Commons/LPS.1

Waarom bestaat planned obsolescence?

Voor een belangrijk deel is dit aan fabrikanten te wijten. Maar ook aan ons, de consumenten. Keer op keer kiezen we voor modeartikelen in plaats van voor kwaliteit die een leven lang meegaat. En vooral aan ons economische model. Verandering registreren we als groei. Een economie waar in hoog tempo de natuur wordt omgezet in een afvalberg, kent veel hogere groeicijfers dan een Eldorica-achtige economie, waar bijvoorbeeld auto’s honderd jaar lang meegaan en huizen een kleine eeuwigheid.

Wat zijn de gevolgen?

Voor fabrikanten is er natuurlijk een enorm voordeel: meer verkopen. Maar ook de extra werkgelegenheid die planned obsolescence oplevert doet het goed in de werkloosheidscijfers. En voor de belastinginkomsten.

De prijs die de aarde, en dus wij, hiervoor betaalt is echter erg hoog. Veel meer afval en luchtvervuiling door het fabricageproces. Een lagere levenskwaliteit. Uitputting van moeilijk vervangbare grondstoffen.

Een einde aan planned obsolescence?

Geen wonder dat ook overheden met duurzame doelstellingen nu steeds meer proberen in te grijpen. Zo heeft de Franse Assemblée in de jaren tien een boete van 300.000 euro vastgesteld voor bedrijven die zich schuldig maken aan planned obsolescence. De Europese Unie bereidt nu wetgeving voor die het verplicht stelt, om apparaten repareerbaar te maken. Dus smartphones waarvan de batterij niet meer vervangen kan worden, zullen dan tot het verleden gaan behoren.

Ook is het de vraag of er geen slimmere manieren zijn om publieke goederen als werkgelegenheid en bestaanszekerheid te produceren, dan overconsumptie met een eindeloze berg afval.

En de eeuwigdurende gloeilamp? We hebben nu iets dat in alle opzichten beter is. LED-lampen zijn vier maal zo zuinig als gloeilampen en gaan rond de 100.000 branduren mee. Dat is ongeveer een mensenleven. Honderd maal zo lang als gloeilampen in de tijd van planned obsolescence.

2D wordt 3D met pen

Laat een reactie achter / Ideeën, Ideeën en techniek, Scheikunde, Techniek / Door

Een pen als 3D-printer. Kijk hoe een 2D-tekening van een bloem op een steen, na de onderdompeling in een oplossing van kalium-persulfaat verandert in een driedimensionale bloem.

3D-pennen bestaan al langer. Ze vormen een soort hand-3D printer, gevoed met een rol 3D-filament dat gebruikt kan worden om vormen in de lucht mee te tekenen.

Deze techniek werkt anders en wel met twee soorten materiaal. De ene soort, de ‘lijm’ (hier: de zwarte inkt), hecht zich zowel aan de ondergrond als aan de tweede soort. De tweede soort, hier rood, bevat een waterafstotend middel en maakt zich daarom los, als de oplossing zich onder de inkt wurmt.

In de oorspronkelijke vorm was de inkt te slap en verloor het voorwerp zijn vorm. De uitvinders verhielpen dit, door ijzer toe te voegen aan de waterafstotende inkt. Deze reageert met de persulfaationen in de oplossing en vormt een hard laagje aan de buitenkant. Dankzij dit laagje behoudt de bloem zijn vorm.

Collega’s elders in de wereld van de Zuid-Koreaanse uitvinders Sumin Lee en Seo Woo Song noemen de ontdekking een doorbraak. Het wordt nu mogelijk om 3D-voorwerpen per briefpost te versturen. De ontvanger kan deze in een ontwikkel-oplossing leggen en het 3D-voorwerp laten drogen. Ook voor de fabricage van elektronica zien ze veel toepassingen. Als het tenminste lukt om elektronische schakelingen mee te printen.

En voor creatieve kunstenaars natuurlijk.

Dit is nog maar een eenvoudig voorbeeld. In de bron staan veel complexere ontwerpen. Zoals vlinders die met hun vleugels kunnen klappen onder invloed van een magnetisch veld.

Bron

Sumin Lee en Seo Woo Song, Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings, Science Advances, 2021

Natrium uit zout vervangt lithium – lithiumschaarste voorbij?

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek, Techniek / Door

Lithium, dat geheel gevormd werd tijdens de eerste paar seconden dat het heelal bestond, wordt steeds schaarser. Maar we zwemmen letterlijk in natrium, uit keukenzout. Is dit de oplossing voor het steeds grotere tekort?

Licht en schaars metaal

Lithium is het lichtste metaal dat in dit universum bestaat. Een blokje van het metaal blijft op water drijven, terwijl het borrelend en fel sissend reageert met het water. Ook met de zuurstof in de lucht reageert het snel. Daarom moet je dit metaal onder olie bewaren.

Tot einde van vorige eeuw was lithium vooral bekend (in de vorm van lithium carbonaat) als geneesmiddel bij patiënten met een bipolaire stoornis. Tot de lithium-ion batterij uitgevonden werd. Het gevolg: de vraag naar het vrij zeldzame alkalimetaal explodeerde. En daarmee de prijs.

Nu is er een probleem. Makkelijk winbare lithium begint schaars te worden. Dat geldt ook voor kobalt, een onmisbaar onderdeel van lithium-ion batterijen. Dus als we elke aardbewoner van een oplaadbare stekkerauto willen voorzien, moeten we een nieuwe bron van deze metalen zien te vinden. Of… een vervanger.

Natrium vervangt lithium

In een batterij of accu springen elektronen over naar een atoom, waaraan ze sterker binden. Als bijvoorbeeld een elektron overspringt van een lithiumatoom naar een chlooratoom, levert dit ongeveer twee volt op. 3,15 volt (chloor) min 0,98 volt (lithium) geeft 2,17 volt spanning. We kunnen die elektronen weer terug geven aan lithium, door er 2,17 of meer volt spanning op te zetten. Zo laad je de accu weer op. Chloor is niet zo praktisch. Het is immers een gas. Daarom werken de meeste lithium ion accu’s met vaste stoffen, zoals kobaltoxide.

– Werkingsprincipe lithium-ion batterij

Als we een stapje omlaag gaan in het periodiek systeem, staat direct onder lithium, het metaal natrium. Weliswaar is natrium veel zwaarder dan lithium, maar chemisch gezien lijken de twee metalen erg op elkaar. Het goede nieuws is: we zwemmen in dit metaal. Letterlijk. Want elke liter zeewater bevat twaalf gram puur natrium. Het zout in onze keuken zelfs 2/5 deel.

Natrium reageert erg heftig met water. Bron: Wikimedia Commons

Grotere massa niet zo erg

Nadeel is, dat een kilo natrium meer dan drie keer zo weinig atomen bevat als een kilo lithium. Dus, in theorie, kan er veel minder energie uitgehaald kan worden. Gelukkig blijkt dit in de praktijk mee te vallen. De anionen, dat wil zeggen: de negatieve ionen waarmee lithium en natrium zijn verbonden, zijn dezelfde. En deze anionen zijn zwaarder dan het lithium, of natrium. In totaal maakt het natrium maar hooguit 20 procent uit van de totale massa van het ontwerp. De elektrolyt (dat is het medium waar de ionen door heen reizen van de ene pool naar de andere pool), het materiaal van de polen en de negatieve ionen (anionen), zijn qua gewicht samen belangrijker.

Ook is natrium nog actiever dan lithium, waardoor 0,93 volt al genoeg is om een elektron los te wrikken. Bij lithium is veel meer nodig: 0,98 volt[1]. Dit maakt veel goed. Dit verhoogt namelijk de energie van de reactie. Natrium batterijen zijn ook veiliger dan die van lithium, kunnen tegen veel lagere en hogere temperaturen en geven hun vermogen veel sneller af. Waarom dan nog lithium, en geen natrium, in onze smartphones en laptops?

Voornaamste technische bottleneck nu opgelost

Een probleem is dat natriumatomen (en dus natriumionen) veel groter, en dus logger, zijn dan lithiumatomen. En dus moeilijker door de accu kunnen reizen. Het materiaal van de elektrode moet dus een soort “snelwegen” voor natriumionen bevatten. Twee ontdekkingen, in 2014 door een groep Japanners en in 2020 door een Zwitsers team, maken dit nu mogelijk. Beide teams hielden zich bezig met natrium-hydroboraten als elektrolyt. De Japanners slaagden er in 2014 in, dit goedje zo te verbeteren dat het Na+-ionen soepel door laat. [2] Helaas werkte dit mengsel alleen bij een zeer hete 250 graden C (523 K). Wat minder handig op je schoot, natuurlijk. Tenzij je Chuck Norris heet.

Gelukkig slaagde het Zwitserse team er in om het bereik op te rekken tot 100-700 kelvin. Dat wil zeggen, deze accu werkt zowel op de ijskoude grootste maan van Jupiter, Ganymedes, als op Mercurius. Dag en nacht. De temperatuur in huis is hiermee zeker geen probleem [3]. Nog meer goed nieuws is dat zowel boor, waterstof als natrium op aarde niet schaars zijn. Dus hebben we eenmaal een goede manier , dan kunnen we deze accu’s voor bijna niets maken.

Op dit moment werken twee Zwitserse instituten samen om een prototype van deze accu te ontwikkelen. Gaat dit lukken? En vinden zij en hun collega-onderzoekers een goedkoop productieproces uit? Dan betekent dit een grote doorbraak voor de goedkope opslag van zonne- en windenergie.

Bronnen
1. Elektronegativiteiten (tabel) – Wikipedia
2. Terrence A., Udovic et al., Sodium superionic conduction in Na2B12H12, Chemical Communications, 2014, DOI: 10.1039/c3cc49805k
3. Matteo Brighi et al., Closo-Hydroborate Sodium Salts as an Emerging Class of Room-Temperature Solid Electrolytes, Cell Reports Physical Science, 2020, DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100217

Toekomstige technologie, van 2022 tot het jaar 4000

3 reacties / Ideeën, Ideeën en techniek, natuurkunde, Techniek, Universum, Visionaire projecten, Zonnestelsel / Door

Sommige toekomstige technologie is er nu al in rudimentaire vorm. Denk aan kwantum computers en wetware, de interface tussen brein en machine. Voorspellen dat deze technologie effectiever en goedkoper wordt, is dus vrij veilig. Of dat deze nieuwe toepassingen krijgt.

Moeilijker te voorspellen is echt disruptieve technologie. Dat is technologie, die de mens vermogens geeft die deze tot nu toe nog niet had. Vooral technologie, die het gevolg is van nieuwe wetenschappelijke doorbraken. Toch doen de makers van deze video, een moedige poging. Dit op basis van bestaande trends en de bekende natuurkundige wetten.

De voorspelling in de video dat de Alcubierre drive werkt, is omstreden. Het effect waarop deze drive berust, is nog niet in een experiment aangetoond. Al vormt het warpveld waarop de Alcubierre drive berust een geldige oplossing van de algemene relativiteitstheorie.

Dat wil zeggen, geldig, als er negatieve energie bestaat op onze schaal, niet alleen maar op de schaal van kleine deeltjes. En er een methode is om deze te scheppen. We kunnen dan ook zelf wormgaten aanleggen. Daarmee zou je in principe zelfs tijd kunnen reizen.

Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay

Vind je nanotechnologie klein? Welnu, het kan nog kleiner. Stel je voor, een complete fabriek opbergen in de ruimte van een atoom. Dat kan in theorie met femtotechniek. Technologie op de schaal van een atoomkern. Mogelijk kunnen we in de toekomst de sterke kernkracht net zo manipuleren als de elektromagnetische kracht nu. Dan zouden er compleet nieuwe technieken ontstaan. En nieuwe kansen. Nieuwe dingen om mee te maken en te onderzoeken. Denk aan een bezoekje aan het binnenste van de zon, of de aarde, bijvoorbeeld. Dat, en nog veel meer, zou dan mogelijk zijn.

Nieuwe natuurwetten, toekomstige technologie

Alles staat of valt met de vraag, of onze natuurkundige wetten, de enige wetten zijn die bestaan. Of dat er mogelijk nog nieuwe wetten bestaan. Inderdaad zijn er dingen die we nog niet kunnen verklaren met de wetten die we nu kennen. Zo hebben we geen flauw idee, wat donkere materie precies is. En waar die enorme ringen vandaan komen in de hemel. Zo groot, dat ze haast wel het restant van een botsing met een ander heelal lijken te zijn. Ontdekken we nieuwe natuurwetten, dan ontdekken we ook enorm veel nieuwe potentiële apparaten.

Coronavirussen: hoge mutatiesnelheid en vaccins

5 reacties / biologie, geneeskunde, Ideeën, Wetenschap / Door

Maak kennis met de coronavirussen. De uitgebreide familie waartoe het virus dat covid-19 veroorzaakt, SARS-CoV-2, behoort.

Daarvan kunnen we veel leren. Bijvoorbeeld, dat immuniteit tegen coronavirussen meestal niet lang duurt. Deze virussen muteren namelijk heel snel. Daarom is het de vraag, of massaal vaccineren lang gaat helpen om covid-19 onder de duim te houden. Want andere coronavirussen die verkoudheid veroorzaken, doorbreken na ongeveer één jaar de immuniteit[1].

En er is nog meer. Daarom hieronder een video, waarin de belangrijkste coronavirussen aan de orde komen.

Coronavirussen

Het coronavirus SARS-CoV-2 is slechts één soort van de grote familie coronavirussen. En coronavirussen komen veel voor. Zelfs dertig procent van alle verkoudheden komt door een coronavirus. En covid is niet eens het gemeenste coronavirus. Bijvoorbeeld: het verwante virus dat SARS veroorzaakt, SARS-CoV, kent een hogere sterfte.

Het ergste coronavirus tot nu toe was MERS-CoV. Maar liefst 35 procent van de besmette mensen gaat eraan dood. Dit was het virus, dat in Saoedi-Arabië en omgeving dood en verderf zaaide. Maar gelukkig bleek MERS vooral de drinkers van urine van kamelen, of hun verzorgers, te treffen. Bovendien, maar weinig mensen doen dat. Maar wel waren er enkele kleine uitbraken in China en Korea.

Laatste tips

Voor onze laatste tips, klik hier. En in het kort. SARS-CoV-2 wordt vrijwel geheel via de lucht verspreid. Mensen kan je het beste buiten ontmoeten. En draag een mondkapje als je mensen ontmoet. Dit, het liefst KN95. Of, van een betere kwaliteit natuurlijk. Mijd, waar mogelijk, ruimtes met veel mensen. Draag bovendien binnen in winkels, en andere ruimtes, altijd een mondkapje. Blijf er ook zo kort mogelijk.

Vitamines

De zwaarste patiënten in de kliniek bleken zeer lage waardes van deze vitamines in hun bloed te hebben. Dus, zorg dat je voldoende (niet teveel!) vit. D en K binnen krijgt. Bijvoorbeeld, door per dag de aanbevolen dosis multi vitamines te slikken.

Belangrijk. Slik de aanbevolen dosis vitamine D en K. Niet meer. Niet minder. Zie verpakking. Deze vet oplosbare vitamines kunnen zich ophopen. Deze te veel slikken leidt tot een overdosis. Je kan ze namelijk niet uitplassen, wat met water oplosbare vitamines (B, C) wel kan.
De op de verpakking aanbevolen dosis (multi) vitamine is veilig.

Als je medicijnen slikt, raadpleeg dan eerst de bijsluiter van deze medicijnen en overleg eerst met je arts of apotheker. Sommige medicijnen, zoals digoxine, werken anders als gevolg van het slikken van vitamines.

Coronavirussen hebben stekels. De stekels van covid-19 (hier rood) zijn heel goed in het binden aan ACE2 receptoren van cellen van de mens. Bron: overheid Usa (state.gov)

Bron
1. The false promise of herd immunity for COVID-19, Nature, 2020

Automatisering, vooral een zegen of een vloek?

1 Reactie / Analyses, Filosofie, Ideeën, Ideeën en techniek, Techniek / Door

Sinds de begin der tijden is de mens op zoek naar manieren om het leven te versimpelen. Zoals de opkomst van de computer en de industriële revolutie. Mensen zien daarom vooral voordelen in automatisering. Maar is dat terecht?

In Amsterdam rijden ‘gluurautos’ rond van Parkeerbeheer. Deze scanauto’s checken of iemand wel betaald heeft voor een parkeerplaats. Dit gebeurt door middel van nummerbord herkenning in de software. En in theorie is dit erg mooi. Zo is er bijna geen mens meer nodig voor het schrijven van boetes. Maar helaas trof deze vorm van automatisering ook veel gedupeerden. De software houdt namelijk geen rekening met een aantal factoren. Zoals de tijd van aankomst. En de trage verwerking van betalingen.[1]

Het Damplein, Amsterdam. Parkeerbeheer slingerde door automatisering onschuldige automobilisten op de bon. Wordt de ‘gluurauto’ het nieuwe symbool van Amsterdam? Bron: https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Lionster

Een ander voorbeeld hiervan in Amerika. Want daar wilde een gemeente een brug laten bouwen over een snelweg. En huurde een aannemer in. Deze aannemer kon met software berekenen, wat de beste bouwvorm voor de laagste kosten was. Maar er was een klein probleempje. Want al snel bleek dat de brug te laag was voor bussen. Daardoor konden mensen met een lager inkomen niet naar het strand. Dit ontwerp is natuurlijk afgekeurd.

Leidt automatisering tot de Terminator?

Is automatisering een vloek of zegen? Deze vraag is dus nog steeds lastig. Er zijn nog vele andere voorbeelden van automatisering gone wrong. Bijvoorbeeld Facebook met alle privacy problemen. En het gebruik van mobiele telefoons. Misschien zelfs de opkomst van de Terminator robot[2]. In elk geval brengt het vele vraagstukken met zich mee waar mensen niet blind voor moeten zijn.

Zou het een uitkomst zijn om een ethische commissie op te stellen voor automatisering? Wat denkt u? Want we zijn heel nieuwsgierig naar uw optiek.

Bronnen
1. Parkeerboetes door scanauto’s aanvechten loont, NOS.nl, 2020
2. Robot being trained to shoot guns is ‘not a Terminator’, insists Russian deputy Prime Minister, Independent, 2017

Frankenstein-achtige xenobot samengesteld uit kikkercellen

Laat een reactie achter / biologie, geneeskunde, Techniek, Wetenschap / Door

In een experiment dat rechtstreeks uit de bekende klassieker van Mary Shelley afkomstig lijkt, bouwden onderzoekers een levende robot van hartspier- en huidcellen van een kikker. In de eerste uitvoering bestaat deze xenobot uit niet veel meer dan hartspier- en huidcellen.

De Afrikaanse klauwkikker, Xenopus laevis, leeft in het wild in de stromen en vijvers van Afrika onder de Sahara, op zoek naar voedsel dat hij met zijn poten uit elkaar scheurt. Onderzoekers van University of Vermont en Tufts University oogstten huid- en hartspiercellen van kikkerembryo’s en zetten de levende materie weer in elkaar tot een soort biologische robot – waardoor Xenopus in xenobot veranderde.

Maandenlange simulaties in een supercomputer gingen vooraf aan het bouwen van een echte xenobot. Bron; Wikimedia Commons/Sam Kriegman

Xenobots zijn de eerste robots die volledig van levende materialen zijn gemaakt. Ze zijn ontworpen op een supercomputer die natuurlijke selectie nabootst: algoritmen bepalen mogelijke effectieve weefselconfiguraties voor een xenobot om een ​​bepaalde taak uit te voeren, zoals door vloeistoffen bewegen of een lading vervoeren. De meest veelbelovende ontwerpen worden gebeeldhouwd met een kleine tang en schroeijzers, en vervolgens losgelaten in petrischalen. Daar leven de millimeter-grote plukjes van amfibieënvlees ongeveer een week voordat ze uiteenvallen. Er is geen elektronica bij betrokken. In plaats daarvan worden pulserende hartcellen gebruikt om een “biologische schakeling” te bouwen. Deze “schakeling”, ingebed in een matrix van stijve huidcellen, werkt als spieren. Gedrag wordt volledig geprogrammeerd door de structurele rangschikking van de pulserende hartcellen die in een matrix van stijve huidcellen worden vastgehouden. Zie ook deze video.

Een team van computerwetenschappers creëerde een virtuele wereld voor de xenobots en gebruikte evolutionaire algoritmen die diverse ontwerpen van xenobots toetsten om dingen te verplaatsen of een ander doel te bereiken. Dit kostte de supercomputer enkele maanden rekenwerk. Het winnende xenobot-ontwerp voor een bepaalde taak werd vervolgens nagebouwd in een petrischaaltje.

Hoewel deze hersenloze xenobots nog niet veel meer kunnen dan kruipen of zwemmen, zien de onderzoekers een groot potentieel voor xenobots in de geneeskunde en het opruimen van gevaarlijke substanties. In de toekomst kunnen xenobots worden ontworpen die drugs door het menselijk lichaam transporteren of microplastics in oceanen opvangen. De xenobots vallen vanzelf uit elkaar als de klus is geklaard.

Opmerkelijk is dit onderzoek zeker. Zal het een doodlopend eind zijn, of is dit het begin van een nieuwe klasse van robots? Het toevoegen van een centraal zenuwstelsel zou het aantal toepassingen verveelvoudigen, maar ethische problemen met zich meebrengen. Zoals Mary Shelley al beschreef.

Bron
Popular Mechanics, 2020

Chip wekt energie op uit warmte

Laat een reactie achter / natuurkunde, Techniek, Wetenschap / Door

Een team natuurkundigen van de universiteit van Arkansas is er naar eigen zeggen in geslaagd om energie uit afvalwarmte op te wekken. Hun ontwerp maakt gebruik van de Brownse beweging: de willekeurige bewegingen op microscopische schaal door lokale oneffenheden. Hebben ze de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica gekraakt?

Wat is de Brownse beweging? 
Wat op macroschaal een oase van rust lijkt, is dat allesbehalve. De moleculen in lucht hebben alle verschillende snelheden en richtingen. Wat wij waarnemen is het gemiddelde van ontelbare miljarden moleculen die ons onophoudelijk treffen. Dit gemiddelde nemen we waar als luchtdruk. Op kleinere schaal, kleiner dan een micrometer, is er geen stabiel evenwicht meer. Geregeld treffen meer (of juist minder) moleculen het deeltje in de ene richting, dan in de tegenovergestelde richting. Als gevolg hiervan maakt het stofje een wanordelijke beweging. Deze Brownse beweging is met een microscoop waar te nemen aan bijvoorbeeld rookdeeltjes.

Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020

Hoe kan je hier energie uit opwekken? 
Alles wat beweegt, kan je gebruiken om elektriciteit mee op te wekken. Stel,. je zou aan het rookdeeltje een minuscule dynamo of andere generator bevestigen, dan kan je er in theorie stroom mee opwekken. Op het eerste gezicht lijkt dit een perpetuüm mobile van de tweede categorie: een machine die warmte onttrekt aan de omgeving waarmee iets nuttigs is te doen. Een dergelijk apparaat is erg handig: je kan dan je stroomabonnement opzeggen en je smartphone hoeft nooit meer aan de lader. Kortom; het klinkt te mooi om waar te zijn en dat is het ook. Want de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica verbiedt dat er bij een energieomzetting vrije energie bij komt. Of is er toch hoop?

Ja, zo blijkt uit een experiment met grafeen aan de universiteit van Arkansas. In de proefopstelling wordt het eigenlijke werk verricht door twee blaadjes grafeen tegenover elkaar. Deze één atoomlaag dikke koolstofblaadjes ‘wapperen’ voortdurend onder invloed van de Brownse beweging. Omdat ze tegenover elkaar zijn geplaatst, werken ze als een condensator. Als ze elkaar naderen, neemt de lading op beide plaatjes toe, als ze van elkaar verwijderd raken, stroomt deze weg. In de opstelling zijn twee diodes opgenomen: elektronische componenten die alleen eenrichtingsverkeer toelaten. De “gevangen” elektronen kunnen alleen via de energie-oogster (bijvoorbeeld een accu) terugvloeien. Het netto resultaat: warmte wordt omgezet in elektriciteit.

En de Tweede Hoofdwet dan?
De specifieke versie van de Tweede Hoofdwet: er ontstaan niet uit zichzelf temperatuursverschillen, lijkt met deze proefopstelling niet gebroken volgens onderzoeksleider Thibado. Op grotere schaal lijkt op het eerste gezicht echter wel degelijk sprake van een schending. Immers, als de proefopstelling afkoelt omdat er energie aan onttrokken wordt, ontstaat er wel degelijk uit het niets een temperatuursverschil met de rest van het universum. Ook is het geleverde vermogen laag, in de orde van picowatts. Zeg voorlopig dus uw elektriciteitsleverancier niet op. Maar als proof of principe is deze ontdekking uiterst belangrijk.
Het artikel is gepubliceerd in Physics Review E, een vooraanstaand natuurkundeblad.

Bronnen
Physicists Build Circuit That Generates Clean, Limitless Power From Graphene, University of Arkansas, 2020
Fluctuation-induced current from freestanding graphene, P. M. Thibado, P. Kumar, Surendra Singh, M. Ruiz-Garcia, A. Lasanta, and L. L. Bonilla, Phys. Rev. E 102, 042101
(ArXiv preprint versie)

Waarom Visionair de discussiegroepen voor visionairen naar friendweb.nl verhuist

Laat een reactie achter / Analyses, Filosofie, Ideeën, Visionair leven, Visionaire projecten, Visionaire vragen / Door

Zonder vrijheid geen visionair denken
Visionair denken vereist totale intellectuele vrijheid. Elk alternatief moet afgewogen worden, zonder dat anderen ons gaan opleggen hoe wij moeten denken, of hoe we niet moeten denken. Vrijheid in denken is als zuurstof voor visionairen. Nooit zullen wij ons onderwerpen aan censuur.

En zeker niet aan censuur door Facebook-baas Mark Zuckerberg, die medeplichtig is aan landroof van het illegaal bezette Koninkrijk Hawai’i.

Geen vrijheid van maningsuiting meer op Amerikaanse sociale media
We moeten helaas vaststellen, dat door een misplaatste kruistocht tegen politiek incorrect denken het intellectuele debat steeds meer verengd wordt. Zwarte Piet is fout, “want” racistisch. Kritiek hebben op het rammelende covid-19 beleid van het regime-Rutte, dat zich baseert op – niet door enige wetenschappelijke inzichten gehinderde – rammelende adviezen van het RIVM is fout, “want” brengt de volksgezondheid in gevaar. Kritiek op eerwrakende soennieten is fout, “want” “islamofobie” is racistisch. Het recente verbod van Facebook op de folkloristische figuur Zwarte Piet vormde voor ons de druppel. We leven niet in de Verenigde Staten, maar in Nederland. De Usanen, met hun eigen inktzwarte verleden wat betreft landroof van Hawaiianen en het verjagen en uitmoorden van inheemse Amerikanen hebben geen enkel moreel recht om ons Nederlanders en Belgen voor te schrijven hoe wij een kinderfeest vieren.

Steeds meer mensen zeggen de censurerende gigant Facebook vaarwel en kiezen voor Friendweb.

Friendweb: het Nederlandse alternatief voor Facebook
Gelukkig is er nu een alternatief voor de steeds verstikkender wordende Amerikaanse sociale media-giganten. Friendweb. Friendweb is weliswaar nog klein, maar groeit snel. Friendweb is een Nederlandstalig alternatief, waar geen sprake is van censuur. Het opzetten van een concurrent voor een sociale netwerksite is niet gemakkelijk. Het is te vergelijken met het opzetten van een alternatief telefoonnetwerk. Toch geloven we dat dit initiatief kans van slagen heeft, als we er met alle vrijheidslievende Nederlandstaligen er voor gaan. Aan ons zal het niet liggen. We heten jullie welkom op Friendweb en natuurlijk in onze groep, https://friendweb.nl/visionair !

Nucleaire diamantbatterij maakt accu’s overbodig

Laat een reactie achter / Ideeën, natuurkunde, Techniek, Wetenschap / Door

Stel je voor: nooit meer je smartphone aan de lader, alleen om de paar jaar de accu verwisselen. Dit ook met je laptop, je auto en andere oplaadbare apparaten. Science fiction? Niet lang meer, als het aan de startup NDB uit Californië ligt.

Wat is koolstof-14?
Niet alle atomen zijn gelijk. Ze verschillen onderling niet alleen in het aantal protonen (wat bepaalt hoe ze zich chemisch gedragen), maar ook in het aantal neutronen in de kern. Zo is elk atoom met 6 protonen in de kern een koolstofatoom, maar verschilt het aantal neutronen per variant. Deze varianten noemen we isotopen. Koolstof kent naast de twee stabiele isotopen, koolstof-12 en koolstof-13, met 6 protonen en 6 resp. 7 neutronen, ook meer dan tien radioactieve isotopen die na verloop van tijd uiteenvallen. Een daarvan is koolstof-14. Deze radioactieve isotoop heeft twee neutronen extra, waardoor deze atoomkern instabiel is geworden en in gemiddeld 5.730 jaar uiteenvalt in een elektron (bètastraling) en stabiel stikstof-14. Koolstof-14 is vooral bekend als erg nuttig hulpmiddel om te bepalen hoe oud bepaalde organische archeologische resten zijn. Als er nog maar de helft van het koolstof-14 over is, weten we dat de resten 5.730 jaar oud zijn.

Bètavoltaïsche batterij
De manier waarop koolstof-14 uiteenvalt maakt deze isotoop ook voor energieopslag erg interessant. Elektronen onder een spanningsverschil zijn namelijk de bron van elektriciteit. Als we in staat zijn om deze elektronen op te vangen en hun spanning af te tappen, hebben we een batterij. Een bètavoltaïsche batterij die letterlijk duizenden jaren meegaat. Een kilogram puur koolstof-14 levert, als deze in zijn geheel uiteenvalt in stikstof-14, 337 gigajoule. met andere woorden: evenveel als een inslag van een grote meteoriet zoals die in Chelyabinsk, of vergelijkbaar met het verbranden van 10 kuub benzine. Kortom: behoorlijk veel voor een batterij van een kilo. Het goede (of slechte) nieuws is dat deze energie langzaam vrijkomt. Dit blok levert iets minder dan 2 watt vermogen, waarvan slechts een klein deel kan worden afgetapt. Maar dit onophoudelijk, gedurende duizenden jaren. Het lage vermogen dat deze isotoop levert maakt het vooral interessant voor zeer langdurige toepassingen.
Bijzonder aan deze nieuwe techniek is de laag rond de isotoop zelf, die de elektronen invangt en in elektriciteit omzet. Deze bestaat uit kunstmatige diamant. Diamant is het hardste materiaal wat we kennen en ook een halfgeleider. Dit maakt diamant erg geschikt als beschermmateriaal. Omdat het hier om een bètastraler gaat, kan de diamant niet radioactief worden.

En korterlevende isotopen? Zoals tritium?
In principe kan iedere handelbare betastraling afgevende isotoop als “vulling” voor de diamantcapsule worden benut.Tritium, de enige radioactieve waterstofisotoop, met 2 extra neutronen, heeft bijvoorbeeld een veel kortere halfwaardetijd: rond de 12 jaar. Ook tritium is een bètastraler en valt onder uitzending van een elektron uiteen tot helium-3. Hierbij komt alleen veel minder energie vrij: een kilogram tritium levert bij uiteenvallen ongeveer 165 gigajoule aan bewegingsenergie van elektronen op (de rest verdwijnt in het heelal als antineutrino). Pluspunt is wel weer dat deze energie in een veel kortere tijd vrijkomt, waardoor het vermogen vele malen hoger is dan dat van koolstof-14: 450 watt per kilogram, in 12 jaar teruglopend tot de helft. Dit zou tritiumbatterijen erg interessant maken voor elektrische auto’s en smartphones. Gesteld dat we een goedkope methode ontwikkelen om aan tritium te komen. Op dit moment is het goedje peperduur.

Ook andere isotopen van koolstof en andere elementen zijn bruikbaar. Ze moeten slechts aan enkele eisen voldoen: louter en alleen uiteenvallen in elektronen en eventueel neutrino’s (pure bètastralers), voldoende energie afgeven voor de beoogde toepassing, voldoende lang meegaan en veilig opgeborgen kunnen worden in een diamanten omhulsel. In de eerste prototypes van Russische onderzoeksgroepen is bijvoorbeeld gewerkt met nikkel-63, een isotoop met een halfwaardetijd van een kleine eeuw [2].

Tritium sleutelhangers geven tientallen jaren zwak licht.
Bron: Bilious – Eigen werk, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10843869

Welke isotopen gebruikt NDB?
De startup NDB doet op haar voorpagina boude claims over batterijen die in staat zouden zijn smartphones, auto’s en andere energieslurpende apparaten te voorzien van permanente energie. Claims die je, althans vermogen, alleen waar kan maken met tritium of een andere kortlevende bèta-isotoop, maar niet met koolstof-14 dat de radioactiviteit uitsmeert over duizenden jaren.
Op de “technology” pagina [1] doet het bedrijf erg geheimzinnig over de gebruikte radioactieve isotopen. Enkele citaten lichten echter een tipje van de sluier op. Zo komen er neutronen vrij: “Boron-doped SCD” moet neutronen invangen en omzetten in alfadeeltjes (heliumkernen). Dus duidelijk zijn dit niet alleen bètastralers. Elders spreekt men over “fissionable isotopes”, zoals Pu-238 en U-232. Dit is geen relatief onschuldige koolstof-14 uit grafietblokken meer en doet vermoeden dat men zijn heil zoekt in het verwerken van hoogradioactief kernafval in batterijen. Als dit op een veilige manier kan: waarom niet? Met alfa- en bètastralers kan dit, maar helaas niet met neutronenstraling. Neutronen zijn qua gezondheid uitermate vervelende deeltjes – ze veranderen stabiele atoomkernen in radioactieve kernen als ze ingevangen worden in de atoomkern. Neutronen houd je alleen tegen met een meter beschermend water of soortgelijk materiaal, wat uiteraard alleen praktisch is voor een atoomonderzeeër. Of in een reactor, om tritium te produceren uit deuterium. Die je dan in je batterij stopt. Wat uiteraard een stuk slimmer is.

Bronnen
1. NDB: Technology
2. V.S. Bormashov et al, High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes, Diamond and Related Materials (2018). DOI: 10.1016/j.diamond.2018.03.006

Dutch
Dutch English