De nanotol als energieopslag

Share Button

We kennen allemaal het vliegwiel. Geef er een ruk aan en het blijft maar rondtollen. Veel technici doen onderzoek naar het vliegwiel als manier om energie op te slaan. Maar zou je geen moleculair vliegwiel kunnen bouwen en daar energie in opslaan? Stel je voor, een jerrycan vol met als een razende rondtollende moleculen. Wat zijn de mogelijkheden?

Vliegwiel: hoe sterker, hoe meer energieopslag

Een moleculair vliegwiel vertoont geen haarscheurtjes.

Een moleculair vliegwiel vertoont geen haarscheurtjes.

Alles wat rondtolt bevat energie. Onze aarde, bijvoorbeeld, bevat 2,138×1029 J. Voldoende om de mensheid 500 miljoen jaar mee van energie te voorzien. Die energie is evenredig met het inertiaalmoment van het voorwerp maal de rotatiesnelheid in het kwadraat. Het is dus slim om een zwaar voorwerp zo snel mogelijk te laten draaien. Maar wacht. Hoe massiever een voorwerp is, hoe sterker de krachten waarmee het uiteen wordt gerukt. In de praktijk telt daarom voor ontwerpers van vliegwielen maar één criterium: hoe sterk is het materiaal waarvan het vliegwiel is gemaakt? Nauwkeuriger gezegd: welk materiaal heeft de grootste treksterkte, want daar gaat het in feite om. Vandaar dat de komst van koolstofnanovezels met spanning worden afgewacht in het vliegwielwereldje. Koolstofnanovezels zijn namelijk het sterkst bekende materiaal, sterker zelfs nog dan diamant. In theorie kan je in een vliegwiel van koolstofnanovezel tien tot vijftien keer zoveel energie opslaan als in de beste vliegwielen nu. Dit betekent: een tot twee kilowattuur per kilo. Een vliegwiel van dertig kilo is zo voldoende voor drie- tot zeshonderd kilometer bereik met een auto.

Molecuul sterkst denkbare voorwerp
Het probleem met grote vliegwielen is dat ze zo sterk zijn als de zwakste schakel. Eén haarscheurtje in het materiaal en het spat uiteen. Hoe kleiner het vliegwiel, des te kleiner de kans dat er een scheurtje in zit. Die kans is zelfs nul als een vliegwiel bestaat uit een enkel molecuul. Een molecuul is namelijk zo eenvoudig omdat het, net als Lego, uit identieke blokjes bestaat. Een molecuul bevat geen scheurtjes. Daar is domweg geen ruimte voor. Een molecuul kan dus zo snel rondtollen als de chemische verbindingen tussen de atomen toelaten. Als we dus een molecuul vinden, dat mooi symmetrisch rond is en op de een of andere manier een zeer sterke binding kent tussen de atomen, dan hebben we het ideale vliegwiel. Wel moeten we er op letten dat de atoomkernen van elk samenstellend atoom precies even zwaar zijn. Anders spat het nanowiel door het gewichtsverschil uit elkaar.

Suspensie in supervloeibaar helium?
Het molecuul kan met cirkelvormig gepolariseerd licht (“kurkentrekker-fotonen”)  in beweging worden gezet. Ook moeten de moleculen elkaar niet raken. De beste oplossing is daarom waarschijnlijk de moleculen op te lossen in supervloeibaar helium en er tegelijkertijd voor zorgen dat ze niet aan elkaar gaan kleven (wat een stevige technische uitdaging is, maar mogelijk te verwezenlijken door zogeheten rotons, gekwantiseerde wervelingen, in het helium los te laten). In supervloeibaar helium verliezen de heliumatomen hun identiteit en vormen één “condensaat”. Dus is er ook niets om tegen aan te botsen en energie aan te verliezen. Geladen rondtollende dingen wekken een magnetisch veld op en gaan zich aan elkaar gelijkrichten. Zou dit kunnen werken? In ieder geval is het het overdenken waard.

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

5 reacties

  1. antares schreef:

    Voor wat de vliegwielen van koolstofnanovezel betreft; die zou je kunnen toepassen om bliksemontladingen direkt mechanisch op te slaan als kinetische energie. Probleem daarbij is dan natuurlijk wel de aandrijving van het vliegwiel. De ontlading bestaat uit een enorme gelijkstroompuls en van een metalen anker, vliegen zowel het anker zelf, als de wikkelingen bij extreme rotatiesnelheden uit elkaar. Dit nog afgezien van het gigantische moment dat in één keer moet worden overgebracht. De enige oplossing daarvoor die ik nu zie, is het koolstofvliegwiel uitrusten met een turbine aandrijving, voorzien van vrijloopkoppeling. Dan kan gebruik gemaakt worden van (heet) persgas, om het moment vertraagd over te brengen op het vliegwiel. Dit persgas onder hoge druk kan wel in één moment worden gerealiseert, door middel van een aangepast compressor concept. Ik stel mij daar een grote cilinder bij voor, met daaromheen de wikkelingen, (lineair magnetisch kanon) met aan de binnenkant een zuiger. Als de ontlading door de spoelen stroomt, wordt de zuiger telkens aangedreven in één richting, waarbij aan het eind, het samengeperst gas de zuiger weer af zal remmen. Terugslag ventielen in de opslagbuffer, voorkomen dan dat de zuiger achteruit zal schieten. Op dat moment is de kinetische en thermische energie, gedoseerd beschikbaar om het vliegwiel aan te drijven. Als we de overbrenging turbine/vliegwiel uitrusten met automatische vrijloopkoppelingen, hoeft de turbine niet constant mee te draaien. Of en waar zo’n concept rendabel kan worden toegepast, daar kan ik geen antwoord op geven, niemand heeft dit ooit geprobeerd voorzover ik weet. Maar goed, niet geschoten is altijd mis zeg ik maar. ;) 

    • Bemoeier schreef:

      Of een vette condensator als buffer ?

      • antares schreef:

        Ze zijn al heel lang op zoek naar condensatoren met dergelijke capaciteiten, dat is helaas nog niet mogelijk. Daarnaast zit je dan ook nog met de omzetting van extreem hoge spanningen naar hanteerbare niveaus. Gelijkstroom moet je eerst omzetten in wisselstroom, voordat gebruik gemaakt kan worden van trafo’s. Omvormers die 100 000 000 volt en meer kunnen omzetten in wisselstroom, zijn er ook nog niet. Bliksem zet uitzichzelf de elektrische vermogens die het in zich heeft, om in magnetische, thermische en kinetische energie. De atmosfeer in de ontlading wordt geïoniseerd tot super heet plasma en zet daarbij explosief uit. Dat veroorzaakt ook de donderende klappen die je hoort. In bovenstaand concept pas ik een secundaire, mechanische herhaling van dit principe toe, die praktisch uitvoerbaar lijkt te zijn, omdat hierbij geen snelle spin in de aandrijving nodig is. Dat is de hele truuk, samen met de mogelijkheid om te doseren. :)

  2. antares schreef:

    Dat komt omdat Tui ons daarop attendeerde middels de link “Zonneënergie opslaan in roest.” Ik ben nogal moe de laatste tijd, maar niet minder creatief gelukkig. Dankzij Tui hoefde ik niet echt te zoeken, ik vond Germens technische bijdragen heel snel. Ik hoef niet uit te leggen denk ik, dat ik zijn bijdragen hier ontzettend mis. In iedergeval, op deze manier kan het weer interessant voor mij worden, want de maatschappij, de problemen daarin, alles verveelde mij stierlijk de laatste tijd. De mens is toch voorlopig nog onverbeterlijk, de pot verwijt de ketel dat ie zwart ziet, dus geef mij maar de technische onderwerpen, zonder de experimentele hypocriete moraal van een zich ontwikkelende evolutie van het brein.
    Mvg André.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger