alternatieve energie

Vrijwel alle benzineauto's kunnen op E85 (mengsel van 85% ethanol en 15% benzine) rijden. Met dit nieuwe procédé is er nu echt een alternatief voor benzine.

Uit kooldioxide autobrandstof ethanol maken nu mogelijk

5 reacties / Ideeën, Maatschappij, Wetenschap / Door / 20 oktober 2016

De groep onderzoekers was  op zoek naar een methode om met behulp van een nanomembraan kooldioxide in methanol om te zetten. Ze ontdekten iets dat veel  interessanter is. Hebben we de missing link gevonden om alternatieve energiebronnen definitief door te laten breken?

Energie  goedkoop, batterijen niet
Op dit moment bevinden in het grootste deel van de wereld de kosten voor zonne-energie zich al onder de kostprijs van fossiele brandstoffen. Het bewijs zie je  in China. Het autocratische regime in Beijing staat niet bepaald bekend om het onnodig geld weggooien, idealisme of milieubewustzijn, maar de hoeveelheid geïnstalleerde zonnepanelen in China overtreft de rest van de wereld nu met stukken. De reden hierachter is simpel. Duurzame energiebronnen zijn goedkoper.

Er is nog één belangrijk probleem met de alternatieve energiebronnen zon en wind. Ze zijn niet op te slaan en kunnen geen energie on demand leveren. Onze batterijen en andere opslagmethoden zijn gebrekkig – de beste, pumped hydro (opslaan in stuwmeren), neemt 99% van alle opslagcapaciteit in de VS voor zijn rekening. Hier in Nederland en België proberen we ons te redden met gascentrales die bij piekvraag aangeschakeld worden. Daarom kunnen we voorlopig nog niet om fossiele brandstoffen heen.

Daar lijkt nu verandering in te komen.

Nano-spike catalysts convert carbon dioxide directly into ethanol

Alcohol uit kooldioxide
Ethanol is de scheikundige term voor de harddrug die wij als alcohol kennen. Er zijn meer alkanolen (het verzamelbegrip voor alle koolwaterstoffen met een extra -OH-groep) dan alleen ethanol. De eenvoudigste alkanol is de stof methanol: H3C-OH. Ethanol is langer: H3C-CH2-OH. Chemisch gezien is het makkelijker om uit CO2 methanol te maken. Je voegt waterstof toe. Eén zuurstofatoom wordt van dekooldioxide afgetrokken en verbindt zich met een waterstofmolecuul tot water. Het andere zuurstofatoom blijft aan de koolstof vastzitten; beide atomen verbinden zich met twee waterstofmoleculen zodat zich naast water, het methanolmolecuul vormt. Ethanol is veel lastiger te vormen en wordt dan ook meestal  uit biomassa geproduceerd. Er zijn minimaal twee stappen nodig voor de productie van ethanol.

Vrijwel alle benzineauto's kunnen op E85 (mengsel van 85% ethanol en 15% benzine) rijden. Met dit nieuwe procédé is er nu echt een alternatief voor benzine.
Vrijwel alle benzineauto’s kunnen op E85 (mengsel van 85% ethanol en 15% benzine) rijden. Met dit nieuwe procédé is er nu echt een alternatief voor benzine.

De scheikundig onderzoekers van Oak Ridge National Laboratory onderzochten de omzetting van kooldioxide en water (géén waterstof) in methanol, met behulp van elektriciteit. Als katalysator gebruikten ze koperen nanodeeltjes en grafeen nanodraadjes. Er gebeurde vervolgens iets geheel onverwachts. Er vormde zich geen methanol, maar ethanol. De verklaring, volgens de onderzoekers: op de spits toelopende toppen van de koolstof nanodraadjes, de ‘spikes’,  vormt zich een extreem sterk lokaal elektrisch veld. Klaarblijkelijk wrikt dit de C=O bindingen los, waardoor zich in twee stappen ethanol vormt. In de eerste stap, denken ze, het instabiele dimeer van koolmonoxide, O=C=C=O. In de tweede stap verandert dit in ethanol. De brutoreactie is display math.  m.a.w. kooldioxide en water worden verbruikt en er vormt zich ethanol en loog.

Na enig prutswerk bleek de opbrengst erg hoog.  Maar liefst 60-70% van de toegevoerde elektrische energie wordt omgezet in ethanol. Ter vergelijking: lithium-ion batterijen, op dit moment de standaard, halen 80-90%. Loodaccu’s nog minder.

Olie niet meer nodig
Als dit systeem massaal geproduceerd kan worden (en volgens de onderzoekers is dat in principe vrij eenvoudig, al hebben ze nog niet door hoe het precies werkt), kan dit wel eens de doorbraak betekenen van zonne- en windenergie. Het complete wagenpark kan met een minimale aanpassing overschakelen op ethanol in plaats van benzine. Ook particulieren zouden met  hun eigen zonnepanelen alcohol kunnen produceren voor eigen gebruik. Piekvermogens door windmolens en zonnepanelen kunnen direct worden omgezet in de chemische energie van ethanol.

Is dit alleen maar goed nieuws? Er is een klein minpuntje. Zolang de alcohol maar niet gedronken wordt. Er zitten namelijk de nodige giftige stoffen in. Die zullen er eerst uit moeten worden gedestilleerd voor het goedje gedronken kan worden. Gelukkig zijn daar al wél goede alternatieven voor…

Bron
Dr.Yang Song et al., High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle/N-Doped Graphene Electrode, ChemSubPop Europe, 2016

Zonne-ovens maken het mogelijk te koken op gratis zonne-energie.

Gazanen lossen met zon elektriciteits-, brandstof- en drinkwaterproblemen op

1 reactie / Analyses, Geopolitiek, Ideeën, Maatschappij, Techniek, Visionaire projecten / Door / 12 juni 2016

De 1,85 miljoen inwoners van de Gazastrook, een strookje land van acht bij veertig kilometer, zijn niet te benijden. Ze zij in feite opgesloten in een soort openluchtgevangenis, met de aanhangers van de streng-islamitische Hamas-beweging als gevangenbewaarders.

Toch zijn er Palestijnen die het niet opgeven. Fayez al-Hindi bijvoorbeeld. Hij realiseerde zich dat de Gazanen weliswaar niet veel hebben, maar wél overvloedig veel zonlicht. Hij ontwikkelde een low-tech waterzuiveringsssyteem, waardoor het ondrinkbare grondwater in Gaza nu geschikt is geworden voor menselijke consumptie.

In Gaza, One Man Wields Solar Power To Purify Water

Steeds meer Gazanen zoeken hun toevlucht tot de zon. Dit mede door de brandstoftekorten in de verarmde kuststrook. Halid al-Bashar ontwierp deze zonne-oven uit wegwerpmaterialen, die nu al enkele tientallen Gazaanse gezinnen van gratis warme maaltijden voorzien.

Ook steeds meer huishoudens en bedrijven schakelen nu steeds meer over op zonne-energie. De zon is betrouwbaarder dan het dure Gazaanse elektriciteitsnetwerk, dat geregeld hapert als er dieselgeneratoren stil komen te liggen.
Ook Gazaanse taxichauffeurs hebben nu de zon ontdekt.

Taxi driver engineers first electric vehicle in Gaza to combat fuel shortage

Geregeld lokken raketbeschietingen harde Israëlische vergeldingsmaatregelen uit. De jonge vrouwen worden uitgehuwelijkt aan oude, rijke sjeiks, want Hamas moedigt polygamie aan. Alleen de smokkelaars en leiders van Hamas verdienen genoeg geld om veel vrouwen te kunnen ’trouwen’. Zij hebben er alle belang bij om de vijandschap met Israël en zo de status quo in stand te houden. De bevolkingsgroei is met 4,24 kinderen per vrouw een van de hoogste ter wereld. Steeds meer mensen dus waarvoor geen banen zijn. Geen wonder dat veel jonge mannen ten einde raad maar naar de drugs grijpen.

Israel and the Palestinians: What the media won't report

Kortom: Gaza is een triest verhaal. Triest, wat betreft de wreedheid en de laagheid waartoe mensen in staat zijn. Maar ook met enkele lichtpuntjes. Over hoe enkelingen zelfs in de meest afschuwelijke omstandigheden, onder één van de meest repressieve regimes in de wereld, nog licht kunnen verspreiden in de duisternis.

Zonne-ovens maken het mogelijk te koken op gratis zonne-energie.
Zonne-ovens maken het mogelijk te koken op gratis zonne-energie.
Er zal een klein wonder moeten gebeuren wil de productie van zeldzame aardmetalen de exploderende vraag bijhouden.

Rapport: hernieuwbare energie leidt tot schaarste metalen

5 reacties / Analyses, Techniek, Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 12 april 2012

Olie is vervuilend en wordt schaars en duur. Overschakelen op alternatieve energiebronnen stuit volgens een MIT-onderzoek echter op een andere bottle neck: de zeldzame aardmetalen die nodig zijn voor bijvoorbeeld permanente magneten.

Zeldzame metalen voor wind
Windenergie is na waterkracht (die al bijna volledig benut wordt), althans op dit moment nog, de alternatieve energiebron met de hoogste EROEI. Dat wil zeggen, dat als je een joule energie in windenergie stopt, je er twintig joule voor terugkrijgt. Geen wonder dat je dus vooral in gematigde streken met veel wind, steeds meer windmolenparken vindt. Helaas is een onmisbaar onderdeel van windturbines, een permanente magneet met het zeldzame aardmetaal neodymium. Het element dysprosium is een essentieel element voor veel typen elektromotoren, zoals in sommige elektrische auto’s. Beide elementen zijn afkomstig uit zeer milieuonvriendelijke mijnbouwoperaties in China en lijken komende jaren schaars te worden. Analisten hopen overigens dat een grote mijn in Canada die nu wordt aangelegd soelaas kan bieden.

Er zal een klein wonder moeten gebeuren wil de productie van zeldzame aardmetalen de exploderende vraag bijhouden.
Er zal een klein wonder moeten gebeuren wil de productie van zeldzame aardmetalen de exploderende vraag bijhouden

Zware tekorten
In de studie werd gekeken naar tien “zeldzame aarden”, die op zich overigens niet heel erg zeldzaam zijn. De zeventien “zeldzame aarden” behoren tot dezelfde chemische groep, de zogeheten lanthaniden – die raadselachtige lange reeks vreemde elementnamen onderaan de periodieke systeemtabel -en worden gebruikt in bepaalde high-tech apparatuur, onder meer voor duurzame energievormen. Van deze tien zullen de twee genoemde, dysprosium en neodymium – ernstige tekorten vertonen. Dysprosium gaat de grootste problemen opleveren: de vraag gaat naat schatting met factor 26 toenemen in de komende kwart eeuw. De vraag naar neodymium zal met zevenhonderd procent stijgen. De reden: de buitengewone magnetische eigenschappen van beide materialen, waardoor er sterke lichtgewicht permanente magneten en batterijen mee kunnen worden geproduceerd. Een grote 3,5 MW windturbine bevat ongeveer 600 kg zeldzame aarden. Een benzineauto gebruikt ongeveer een halve kilogram aan zeldzame aarden, voornamelijk in de kleine elektrische motoren die bewegende onderdelen aandrijven, maar een elektrische auto met zijn accu’s en zware elektronotor factor tien meer.

Chinees monopolie
China produceert 98 procent van alle zeldzame aarden. Voor geen enkele andere commerciële grondstof is de aanvoer zo geconcentreerd. Historisch gezien groeide de productie nooit meer dan met twaalf procent per jaar, maar willen we snel op grote schaal over op elektrisch vervoer, dan is een veelvoud van deze groei nodig, zie grafiek. China beschikt over ongeveer de helft van de wereldreserves, ook de VS beschikt over aanzienlijke voorraden. Door de strenge milieu-eisen in de VS stopte de mijnbouw hier. In China is, zoals bekend, voor het regime het milieu niet echt een belangrijke overweging  – waarvoor de Chinese bevolking een afschuwelijke tol betaalt – wat China in staat stelde met goedkope, milieuonvriendelijke mijnbouwmethoden de Amerikaanse concurrentie van de markt te drukken. Door de schaarste en verbeterde mijnbouwtechnieken zal hier nu toch verandering in komen. Wat de zaak compliceert is dat zeldzame aarden doorgaans bijproducten zijn van andere metaalwinning. De productie is dan ook laag – van dysprosium bijvoorbeeld honderd ton per jaar.

Meer recycling
Wie het nieuws een beetje volgt, weet dat koper in bijvoorbeeld standbeelden nu al in hoog tempo wordt gerecycled door criminelen. De onderzoekers denken dat dit ook met de zeldzame aarden moet gebeuren. Op dit moment is recycling van zeldzame aardmetalen eerder uitzondering dan de regel. Deze luxe kunnen we ons niet meer permitteren, aldus de schrijvers van het rapport. Ook zullen we op zoek moeten gaan naar nieuwe bronnen voor het metaal. Op zich zit er voldoende erts in de grond voor decennia. De kunst is alleen de mijnbouwoperaties zo op te schalen dat we op tijd over dit metaal kunnen beschikken. Dat kost veel tijd, rond een jaar of tien, en veel energie. Dan kunnen we bijvoorbeeld minder energie aan ambtenaren, bonussen voor Goldman Sachs managers en bedenkers van slimme lease-constructies besteden. De beste oplossing is uiteraard een compacte vervanger te vinden voor de zeldzame aarden. Wellicht kan door een slimme rangschikking van atomen uit alledaagse materialen een vervanger voor dysprosiummagneten worden ontwikkeld.

Lees ook
Vervangers zeldzame aarden gevonden
Afschaffen fossiel kan al over twintig jaar

Bron:
Clean energy could lead to scarce materials, MIT News (2012)
Elisa Alonso et al., Evaluating Rare Earth Element Availability: A Case with Revolutionary Demand from Clean Technologies, Environ. Sci. Technol., 2012, DOI: 10.1021/es203518d

Bij elke energieomzetting komt afvalwarmte vrij. Vandaar dat koelwater of koeltorens, zoals bij deze centrale in het Engelse Didcot, essentieel zijn. Hoeveel afvalwarmte kan de aarde aan? Bron: Wikimedia Commons/Owen Cliffe

‘Alternatieve energie op grote schaal niet duurzaam’

9 reacties / Analyses, Wetenschap / Door / 19 maart 2012

Fossiele brandstoffen zorgen voor vervuiling, ook worden ze steeds schaarser. Massaal over op alternatief dan maar? Ook daar zijn er grenzen aan de groei. Ook duurzame energiebronnen als zon, wind en kernfusie hebben namelijk op grote schaal een enorme impact op het klimaat. De reden: afvalwarmte, onder meer.

Steeds toenemend energieverbruik
Om steeds rijker te worden (en dat willen de meeste mensen) moet ons energieverbruik flink toenemen. Er is nog de nodige rek in de mogelijkheden om te bezuinigen op energieverbruik, maar voor sommige toepassingen – vervoer, grondstoffenwinning – zal altijd sprake zijn van een minimaal energieverbruik. Dit probleem “oplossen” met fossiele energiebronnen is, zoals bekend, geen goed idee. Denk aan peak oil, olierampen, bodemverzakkingen en luchtvervuiling. Echter: als de schaal van duurzame energiebronnen maar groot genoeg wordt, zullen ook deze het klimaat gaan veranderen. Deze veranderingen hoeven  overigens niet per definitie verkeerd uit te pakken. Wel moeten we er rekening mee houden, zodat alleen gewenste veranderingen optreden.

Bij elke energieomzetting komt afvalwarmte vrij. Vandaar dat koelwater of koeltorens, zoals bij deze centrale in het Engelse Didcot, essentieel zijn. Hoeveel afvalwarmte kan de aarde aan? Bron: Wikimedia Commons/Owen Cliffe
Bij elke energieomzetting komt afvalwarmte vrij. Vandaar dat koelwater of koeltorens, zoals bij deze centrale in het Engelse Didcot, essentieel zijn. Hoeveel afvalwarmte kan de aarde aan? Bron: Wikimedia Commons/Owen Cliffe

Afvalwarmte
Elke aan een planeet gekluisterde beschaving heeft het fundamentele probleem van de afvalwarmte. De reden is thermodynamica. De Tweede Hoofdwet van de thermodynamica stelt namelijk dat elke omzetting van energie betekent dat de hoeveelheid afvalwarmte gelijkblijft of toeneemt. Gebruik je bijvoorbeeld veel stroom, dan zal deze stroom uiteindelijk eindigen als warmte.

Hoe meer energie je verbruikt, hoe meer warmte er vrijkomt. Verbruik je honderd maal zoveel energie, dan zal je honderd maal zoveel afvalwarmte kwijt moeten. Nu verbruikt een West-Europees huishouden gemiddeld een elektrisch vermogen van vierhonderd watt, plus 2000 watt voor verwarming en nog enkele honderden watts voor transport. De industrie en dienstverlening verbruikt ongeveer evenveel, zodat we rond de vijfduizend watt per huishouden uitkomen. Dat zijn twee straalkachels op vol vermogen. Voor de hele wereld is dit 16 terawatt (TW). Dit valt op dit moment nog in het niet met de hoeveelheid zonnestraling die de aarde treft: 120 000 TW.

‘Afvalwarmte kan aarde met 3 graden opwarmen’
Nu merken we al een zogeheten hitteeiland-effect. Steden zijn tot twee graden warmer dan de omgeving (overigens voornamelijk door andere oorzaken, zoals minder koelende bomen en meer absorptie van licht). Nu, stel je voor dat ons energieverbruik met factor duizend toeneemt, tot 16 000 TW. De afvalwarmte zou dan een enorm probleem worden. Onze steden zouden onleefbaar worden. De aarde zou door de afvalwarmte direct merkbaar opwarmen. Er ontstaat zo een nieuw evenwicht – een hetere aarde zendt meer infraroodstraling uit waardoor de energie alsnog wordt gedumpt. Zelfs bij een energieverbruik van 5000 TW zou de aarde al met drie graden opwarmen, wijzen berekeningen van klimatoloog Chaisson uit. Een hogere temperatuur kan ook het vrijkomen van broeikasgassen als methaan en kooldioxide versterken.

Klimaatmodellen houden nog geen rekening met afvalwarmte
Een energieverbruik van 5000 TW – driehonderd keer het verbruik nu – klinkt wellicht absurd. Toch, als ons energieverbruik exponentieel blijft groeien, zoals het afgelopen eeuw deed (met 2% per jaar), bereiken we dit punt rond 2300. Chaissons berekeningen worden onderschreven door Mark Flanner van het National Center for Atmospheric Research in het Amerikaanse Boulder, Colorado. Volgens zijn berekeningen zullen grote gebieden met veel industrie in 2100 met 0,4 tot 0,9 graden opwarmen. [1]. Standaard klimaatmodellen houden geen rekening met het afvalwarmteeffect.

De aarde koelen met zonnepanelen?
Gelukkig is er een voor de hand liggende oplossing. We kunnen zonnestraling oogsten en die energie gebruiken. Dat vergroot de hoeveelheid energie op aarde niet, waardoor de aarde niet opwarmt. Als het albedo, de lichtweerkaatsing, van zonnepanelen tenminste niet lager is dan dat van de ondergrond waar ze op liggen. In de praktijk zijn zonnepanelen vrijwel zwart en is hun albedo veel lager dan dat van bijvoorbeeld helder woestijnzand. Ook verandert ook deze energie uiteindelijk weer in afvalwarmte, namelijk op de plaats waar de energie wordt verbruikt. Wel wordt zo de opwarming tot staan gebracht.

We kunnen niet energie van buiten op aarde brengen, zonder het afvalwarmteprobleem te vergroten. Ook zonnepanelen in een baan om de aarde brengen helpt niet: immers ook deze energie eindigt als afvalwarmte op aarde. Wat natuurlijk wel kan, is energieverslindende fabricageprocessen naar de ruimte verplaatsen en de eindproducten naar de aarde verschepen.

Bronnen
1. Mark Flanner, Integrating anthropogenic heat flux with global climate models, Geophysical Research Letters (2009)

Micro-organismen breken organische stof af, waarbij elektronen en protonen vrijkomen. Hieruit wordt uiteindelijk stroom opgewekt.

Stroom uit planten

1 reactie / Ideeën, Wetenschap / Door / 16 februari 2012

Planten produceren meetbare spanningen en kunnen als stroombron dienen, zo wijst een Wageningse ontdekking uit. Worden moerassen en weilanden straks onze nieuwe elektriciteitscentrales?

De groene elektriciteitscentrale
Stel je voor: je laptop opladen in het grasveld. Technisch is het mogelijk, toont de proefopstelling van David Strik aan. Een grasveldje op het dak van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) in Wageningen blijkt namelijk voortdurend stroom te leveren via de elektrodes die in het gras zijn gestoken. In tegenstelling tot zonne-energie levert deze techniek ook ’s nachts stroom, al is de efficiëntie natuurlijk veel lager. De elektrische spanning ontstaat door het oogsten van elektronen die in de buurt van de plantenwortels vrijkomen. Aanvullend voordeel is dat er in rijstvelden minder methaan, een krachtig broeikasgas, lijkt vrij te komen als de planten hierin worden voorzien van elektroden.

Micro-organismen breken organische stof af, waarbij elektronen en protonen vrijkomen. Hieruit wordt uiteindelijk stroom opgewekt.
Micro-organismen breken organische stof af, waarbij elektronen en protonen vrijkomen. Hieruit wordt uiteindelijk stroom opgewekt.

Stroom uit een boom
In 2006 ontdekte de in de Amerikaanse staat Illinois wonende uitvinder Gordon Wadle dat er een zwakke stroom liep tussen een aluminium  spijker in een boom en een koperelektrode in de bodem. Hij patenteerde het idee en begon ondanks scepsis een methode te ontwikkelen om de elektriciteit te oogsten. De stroom bleek te blijven bestaan, ook als beide elektrodes van hetzelfde metaal waren vervaardigd (een belangrijk argument van sceptici), wees vervolgonderzoek uit. De oorzaak, zo bleek, waren waterstofionen. De grond bleek iets zuurder dan de boom, waardoor elektronen van de boom naar de grond bewogen. Erg veel levert dit effect echter niet op en de uitvinders zoeken nu ook hun toevlucht tot zonnepanelen, oogsten van trillingen en temperatuursverschillen.

Wortelstroom
Het Wageningse systeem werkt anders. Hamelers, de ontdekker, deed al langer onderzoek naar microbiële brandstofcellen. Hij realiseerde dat plantenwortels voortdurend brandstof leveren. Ongeveer de helft van alle suikers die een plant produceert, lekken uiteindelijk weg uit de wortels. Kortom: zolang een plant leeft, levert deze de ideale brandstof voor een brandstofcel. Een boom is niet erg interessant (de wortels reiken te diep). Een kruidachtig gewas, vooral in een zuurstofloze omgeving, is veel interessanter. Anaerobe bacteriën zetten de suikers dan om in kooldioxide en vrije protonen en elektronen. De elektronen reageren gewoonlijk met sulfaten en nitraten in de bodem, maar kunnen heel goed opgevangen worden met elektroden.   In feite bestaat de opstelling uit ondiepe elektroden, die de protonen aantrekken en ze met zuurstof omzetten in water en diepe elektroden, die de elektronen aantrekken. Hierdoor ontstaat een stroom, die af te tappen is.

Vervijftigvoudiging van de stroom
Hamelers en milieukundige David Strik sloegen aan het experimenteren met moerasplanten. De eerste resultaten waren teleurstellend: enkele milliwatts, in het laboratorium verbeterd naar 0,2 watt per vierkante meter, maar na twee jaar noeste arbeid slaagden ze erin dit meer dan te verdubbelen tot 0,5 W/m2. Dag en nacht. Zestien vierkante meter gras levert net genoeg stroom om een mobieltje op te laden.  Niet onaardig, maar vergeleken met zonnepanelen of wind is dit maar weinig. Deze leveren minimaal 4-7,7 W per vierkante meter. Kortom: dit lijkt op het eerste gezicht een dood spoor.

Strik geeft de moed echter nog niet op. Hij wijst erop dat sinds het begin van het project hij en zijn collega’s de capaciteit al met factor vijftig hebben laten groeien. Volgens hem is door elke stap in het systeem nog verder te verfijnen, nog eens factor tien winst te boeken, waarmee de energiedichtheid van zon en wind benaderd worden.  Met deze overtuiging in het achterhoofd is hij het bedrijfje Plant-e begonnen.

Alternatief voor biobrandstof
In de praktijk buiten het laboratorium, zal het systeem hooguit 1,6 W per vierkante meter opleveren, zo schatten de bedenkers in. Erg veel is dat dus niet, maar er zijn twee grote voordelen. De kosten zijn veel lager dan die voor zonnepanelen en windmolens en de techniek is veel eenvoudiger. Daarnaast levert deze stroombron continue stroom, dag en nacht. Alleen bij matige tot strenge vorst, als de grond bevroren is, valt de stroom uit.  Samen met hun Vlaamse collega Verstraete van de universiteit van Gent en botanici, microbiologen en ontwerpers van over heel Europa zijn ze onderdeel van Plant Power, een EU-project met een budget van €4 miljoen, dat de efficiëntie van deze biologische brandstofcellen wil vergroten. De groep denkt dat 3,2 W/m2 reëel is. Hiervoor moet werkelijk iedere component verbeterd worden: de juiste plantensoort, de juiste microbenpopulatie, bijvoorbeeld een organische stof-afbrekende soort en een soort die de spanning levert en een slim, effectief ontwerp van de elektrode.

Groene zonnepanelen of elektriciteit oogsten van bouwland
Strik denkt na over groene daken die per vierkante meter 14 kWh per jaar leveren. Vijftig vierkante meter levert zo twintig procent van het elektriciteitsgebruik van een Nederlands gezin. Plus de aanvullende voordelen van een groen dak: luchtreiniging, isolatie, de stad gastvrijer maken voor dieren. Deze techniek kan ook in uiterwaarden of andere moerassige grond worden uitgerold. Het grote voordeel: de elektriciteit loopt ook na het vallen van de nacht door.
Ook landbouwgewassen kunnen worden geëlektrificeerd. In Wageningse experimenten waarbij het effect op de groei van landbouwgewassen werd uitgetest, bleek geen groeiremming, soms zelfs beter dan verwacht.

Energie uit natte rijstvelden
De natte-rijstteelt, van levensbelang voor miljarden mensen, is letterlijk rijstplanten kweken in een zuurstofloos moeras. Geen wonder dat er in Japan, dat naast onveilige kerncentrales weinig andere energiebronnen heeft, veel interesse bestaat om de twaalf procent van de oppervlakte die uit natte rijstvelden bestaat, om te toveren in groene krachtcentrales.
Bioloog Kazuya Watanabe van de universiteit van Tokio bereikte bij een eerste proef rond de 0,01 W/m2 (Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry vol 74, p 1271). Ook hij geeft de hoop niet op en probeert de productie op te vijzelen.  Dit is een stuk lastiger. Immers, rijst moet geplant worden, gewied en dergelijke, wat slecht combineert met elektroden. Wanatabe experimenteert met dunne vilten matten met grafietpoeder. Platinapoeder verdrievoudigde de stroomopbrengst, maar is gezien de kosten per gram niet echt een optie.

Minder methaan uit rijstvelden
Natte rijstvelden vormen ook een grote bron van het broeikasgas methaan. De reden: de elektronen die vrijkomen bij het afbreken van organische stof worden door andere bacteriën gebruikt om methaan te vormen. Uit experimenten blijkt dat door elektronen te onttrekken, de methaanproductie uit rijstvelden, goed voor 20% van de productie in de wereld, sterk vermindert. Een extra milieuvoordeel dus.

Plant-e: living plants generate electricity

Kortom: wie weet kunnen we straks door onze elektriciteitscentrales wandelen en fietsen.

Bron
Power plants: grow your own elektricity, New Scientist (2012)
Plant-e website

Safa tempo's zijn een goedkope en milieuvriendelijk transportmiddel. Ideaal voor Nederland

Safa Tempo: milieuvriendelijke oplossing openbaar vervoerprobleem

9 reacties / Ideeën / Door / 30 januari 2012

De Nepalese hoofdstad Kathmandu ligt in een kom en wordt geteisterd door luchtvervuiling. Ten einde raad verbande de stad de beruchte driewielige Vikram tempo’s. Dit betekende de doorbraak van de elektrische Safa Tempo. De oplossing voor Nederland?

Safa tempo's zijn een goedkope en milieuvriendelijk transportmiddel. Ideaal voor Nederland
Safa tempo's zijn een goedkope en milieuvriendelijk transportmiddel. Ideaal voor Nederland

Tempo’s vullen gat tussen taxi en bus
In Nederland kennen we openbaar vervoer voor een klein aantal personen, de taxi, en voor grote groepen, zoals bussen en treinen. De kleinere regiobus is nooit echt aangeslagen. In Zuid-Azië kent men naast drie soorten taxi’s: de autotaxi, de fietsriksja, de motorriksja of tuktuk, ook een wat groter voertuig waar ongeveer acht tot tien mensen in kunnen zitten: de tempo. Deze leggen gewoonlijk een vaste route af, maar kunnen in noodgevallen ook gehuurd worden voor een paar honderd roepies. Tempo’s zijn erg populair. Ze zijn goedkoper dan taxi’s en sneller dan bussen. Dit ondanks hun lawaaiige en stinkende bromfietsmotor.

Elektrische tempo’s
In de dichtbevolkte komvormige Kathmanduvallei, tienduizend jaar geleden nog een meer, kunnen de uitlaatgassen van de vele auto’s en bussen niet weg. Deze hopen zich op, waardoor er een grauwe sluier over de miljoenenstad hangt. Vooral in het droge seizoen is de luchtvervuiling een enorm probleem. Om die reden heeft de Nepalese overheid in 1999 de Vikram tempo in de ban gedaan en breidde zich het aantal Safa Tempo’s uit van acht tot zeshonderd. De tempo’s rijden over zeventien vaste routes en brengen dagelijks 120 000 passagiers naar hun bestemming. Ik heb er in gereden en vergeleken met de overvolle bussen of verstikkende rook uithoestende Vikram tempo’s zijn de voertuigjes – letterlijk – een verademing.

Opladen tijdens daluren
De voornaamste bron van elektriciteit voor Nepal is waterkracht. De ligging in de Himalaya betekent dat het verval enorm is, dus dat er een enorm potentieel is voor waterkracht. De accu’s voor de tempo’s worden gedurende de nacht opgeladen. Een tempo rijdt 70 km met één volle accu. Helaas loopt de capaciteit van loodaccu’s na enkele jaren steeds meer terug, waardoor na enkele jaren het bereik afneemt tot 55 km. In principe zijn een tot twee accuwissels per dag voldoende voor de meeste routes.

Winstgevend?
In Nepal kost het laten rijden van een Safa Tempo iets meer dan 20 000 roepies (200 euro) per maand.  Hiervan gaat 45 euro op aan salaris, 65 euro aan elektriciteit en 100 euro aan de afschrijving op de batterijen. Ook  moet uiteraard het batterijwisselstation bemand worden.
Een Safa tempo kan maximaal twaalf personen vervoeren. Erg duur zijn Safa tempo’s naar Nederlandse begrippen niet: voor rond de 535 000 roepies (zesduizend euro) rijdt er een rond. Voor wat een Nederlandse stadsbus kost, een slordige miljoen, kan je dus meer dan 150 safa tempo’s laten rijden. Gezien het aantal passagiers in een gemiddelde bus buiten het spitsuur zou een of meerdere Safa Tempo’s een uitstekende vervanging zijn.

Tempo als vervanging openbaar vervoer op stadsroutes
In Nederland hebben we goedkope nachtstroom en honderdduizenden mensen met een uitkering,die graag aan het werk willen. Dit kan bijvoorbeeld door ze een aanvulling van enkele honderden euro op hun uitkering te betalen. Het besturen van een Safa Tempo is geen zwaar werk; met een eenheidstarief van bijvoorbeeld een halve of hele euro zou ook in kleine plaatsen een stadsbusje economisch haalbaar worden. Als we deze voertuigen importeren uit Nepal, ondersteunen we daar de lokale economie en lossen we tegelijkertijd onze vervoersproblemen op. Kortom: welke gemeente of visionaire ondernemer durft?

Electric Tricycles. Kathmandu SAFA TEMPO. Kanti Path, Kathmandu.

Bronnen
Elektrisch transport in Nepal
Fact sheet

Door het regelmmatige patroon (rechts) wordt vrijwel 100% efficiëntie bereikt bij de energieoverdracht.

Zonne-energie: 100 procent efficiënte energieoverdracht bereikt

2 reacties / Ideeën en techniek, Wereld / Door / 4 september 2011

In een geslaagde poging het fotosynthetische systeem na te bootsen dat planten en sommige bacteriën gebruiken, hebben Japanse wetenschappers een belangrijke mijlpaal bereikt: honderd procent efficiënte energieoverdracht. Wel is dit nog maar één schakel in het totale lichtoogstsysteem, zij het wel een erg belangrijke. Als alle stappen goed werken, kunnen we met deze kunstmatige fotosynthese veel efficiënter dan planten dat kunnen, brandstof voor auto’s maken uit bijvoorbeeld water en kooldioxide.

Natuurlijk lichtoogstsysteem bereikt vrijwel 100%
De onderzoekers, geleid door Shinsuke Takagi van de Tokyo Metropolitan University en PRESTO van het Japan Science and Technology Agency, hebben hun werk september 2011 gepubliceerd in het scheikundige vakblad Journal of the American Chemical Society. In lichtoogstsystemen komen veel stappen voor waarin energie van de ene component naar de andere wordt overgedragen, aldus Takagi. Stel dat er vijf stappen zijn en elke stap heeft een efficiëntie van 90%, dan wordt er in totaal maar (0,90)5, dus ongeveer 59% van de totale energie overgedragen. Jammer, uiteraard.

In een natuurlijk lichtoogstsysteem, bijvoorbeeld de bladgroenkorrels in groene planten, raakt een lichtdeeltje de korrel. Deze hele korrel is kwantumverstrengeld, waardoor met vrijwel 100% efficiëntie de energie van dit foton wordt overgedragen aan het biochemische systeem dat de plant gebruikt om deze energie om te zetten in suikers. Dit lichtoogstsysteem bestaat uit chlorofylmoleculen die regelmatig gerangschikt zijn en zo de energie overdragen naar het reactiecentrum. In een kunstmatig lichtoogstsysteem, of kunstblad, proberen onderzoekers hetzelfde te bereiken met functionele kleurstofmoleculen.

Door het regelmmatige patroon (rechts) wordt vrijwel 100% efficiëntie bereikt bij de energieoverdracht.
Door het regelmatige patroon (rechts) wordt vrijwel 100% efficiëntie bereikt bij de energieoverdracht.

Zelfassemblerende porfyrine op kleilaagje
Dit bleek lastig. Porfyrine, de kleurstof die de onderzoekers gebruikten, heeft de vervelende eigenschap op onregelmatige wijze samen te klonteren of zich te splitsen op een kleioppervlak. Als de moleculen te dicht op elkaar zitten, treden er ook andere, ongewenste interacties op (elektronuitwisselingen, fotochemische reacties) waardoor energie weglekt. Zitten de moleculen te ver van elkaar, dan vallen de ‘aangeslagen’ porfyrinemoleculen terug in hun grondstaat voordat ze de energie aan een buurmolecuul hebben kunnen overdragen.

 

Hiervoor gebruikten de onderzoekers een slimme nieuwe techniek. Ze stelden het kleiopppervlak zo samen dat hierop op regelmatige plaatsen elektrisch negatief geladen plekken voorkomen, die vervolgens de positief geladen delen in de porfyrinemoleculen aantrokken. Dit soort zelfassemblage is niet nieuw, maar gebeurt gewoonlijk door de moleculen onderling. Het resultaat: de moleculen gaan keurig op precies de juiste afstanden van elkaar zitten. Hiermee maakten ze een oude droom waar: honderd procent efficiënte energieoverdracht. Dit maakt porfyrinekleurstof en kleioppervlakken een interessant uitgangsmateriaal voor kunstmatige bladeren.

Kunstmatige bladeren: de oplossing voor het olietekort?
De meest cruciale stap blijft uiteraard het opvangen van zoveel mogelijk golflengtes licht. In Takagi’s syteem komen maar twee verschillende kleurstoffen voor, waardoor maar een beperkt deel van het zonlicht kan worden opgevangen. Bij planten is dat ook zo, daarom zijn ze groen in plaats van zwart. In feite gebruiken planten maar de helft van alle straling. Takagi’s team wil nu meer verschillende pigmenten gebruiken, zodat alle zonlicht geoogst wordt. Als dit systeem wordt uitgebreid met een deel waarin fotochemische reacties plaatsvinden, bijvoorbeeld het splitsen van water in waterstof en zuurstof, kan je volgens de onderzoekers echt spreken van een “anorganisch blad”.

Zet hier bijvoorbeeld woestijnen mee vol en je hebt een overvloedige bron van brandstoffen. Het voordeel van chemische brandstoffen boven elektriciteit is dat ze veel makkelijker zijn op te slaan en ook een hogere energiedichtheid hebben dan de batterijen tot nu toe. En nu steeds meer Japanners na de Fukushima-ramp hun buik vol hebben van kernenergie, zou dit wel eens snel in de praktijk omgezet kunnen worden.

Bronnen
Artificial light-harvesting method achieves 100% energy transfer efficiency, PhysOrg (2011)
Yohei Ishida et al., Efficient Excited Energy Transfer Reaction in Clay/Porphyrin Complex toward an Artificial Light-Harvesting System, JACS (2011)

Thermofotovoltaïsche cel: zonnecel zonder zon

2 reacties / Wetenschap / Door / 7 november 2021

Een thermofotovoltaïsche cel werkt puur op warmte, waardoor elektriciteit wordt opgewekt zonder dat er zonlicht bij betrokken is. Hoewel het principe dat wordt gebruikt – het oppervlaktemateriaal zo aanpassen dat alleen bepaalde golflengtes straling worden uitgezonden – niet nieuw is, is dit systeem veel efficiënter dan vorige incarnaties. De opvolger voor de brandstofcel?

In het kort
Het geheim van het systeem: een materiaal met ontelbare gaatjes op nanoschaal (tientallen tot honderden atomen breed dus) op het oppervlak. Als het materiaal warmte absorbeert van welke bron dan ook – de zon, fossiele brandstof, radioisotoop of een andere energiebron – straalt het oppervlak vooral energie uit in de golflengtes die de kuiltjes toelaten.
Onderzoekers van het MIT zijn er op die manier in geslaagd om een krachtcel die werkt op butaan te bouwen. Deze krachtcel gaat drie keer langer mee dan een even zware lithium-ion batterij; het apparaatje kan direct worden “opgeladen” (door er een nieuw brandstoftankje in te doen). Een ander apparaat, waarbij de energie wordt geleverd door een radioactieve stof,  kan dertig jaar achter elkaar energie blijven leveren – een ideale krachtbron dus voor ruimtevaartuigen die onderweg zijn naar de donkere, koude buitenste regionen van het zonnestelsel.
thermofotovoltaïsche cel
Zo werkt een thermofotovoltaïsche cel. Warmte wordt omgezet in infraroodstraling, die wordt omgezet in elektriciteit. Bron: aangepast van origineel

Verliezen bij warmteomzetting kost heel veel energie
Ongeveer 92% van al ons energieverbruik houdt op de een of andere manier omzetting van warmte in elektriciteit of voortbeweging in. Kolen- en gascentrales, zelfs kerncentrales werken zo. Ook onze auto’s werken met een verbrandingsmotor waarbij het hete verbrandingsgas uitzet en de motor aandrijft.
Erg efficiënt gaat dat niet. Alleen de warmte die vrijkomt door temperatuursverschillen is af te tappen als vrije energie. Je bent dan namelijk gebonden aan de beperkingen van de thermodynamica, waardoor zelfs bij een volmaakte generator maar een beperkt deel van de energie in elektriciteit is om te zetten. Kortom: zouden we een andere manier hebben om warmte te oogsten, dan zou dit wel eens heel veel vrije energie kunnen opleveren. Vooral als het op klein schaal kan, want vooral kleine omzetters gaan erg spilzuchtig te werk.

Zonnepaneel op warmte
Thermofotovoltaïsche cellen, zonnecellen die werken bij op infrarood (warmtestraling) in plaats van licht, bestaan al een halve eeuw. Een brandend stuk hout, bijvoorbeeld, verhit een materiaal, de zogeheten thermische emitter. Dit roodgloeiende materiaal straalt warmte en licht op de zonnecel, die elektriciteit levert. Uiteraard bevat het roodgloeiende licht veel meer rood licht en warmtestraling dan zonlicht en er is dan ook een speciaal type zonnepaneel voor nodig (dat de zwakkere fotonen van infraroodstraling kan vangen) om dit om te zetten in elektriciteit. Desondanks wordt nog steeds veel warmtestraling niet omgezet waardoor de efficiëntie laag blijft.

zwarte straler spectrum
Dit vloeiende spectrum is van een zwarte straler. Door dit spectrum te veranderen in een paar pieken, worden zonnecellen veel efficiënter, want die hoeven alleen de pieken te kunnen vangen. Bron: User:Darth Kule op Wikimedia Commons, public domain

Het geheim: laat het voorwerp alleen bepaalde golflengtes uitzenden
Een volledig zwart voorwerp gedraagt zich qua straling precies volgens het boekje, dat wil zeggen: volgens de stralingswet van Wien en Planck. Hoe heter het voorwerp, hoe meer en hoe energierijker fotonen het uitzendt. De straling komt in een vloeiend spectrum vrij. Natuurlijke stralingsbronnen, van de zon tot de mens, gedragen zich doorgaans als deze zogeheten zwarte stralers.

Het zou uiteraard handig zijn een stralingsbron te hebben die alleen golflengtes uitzendt die de zonnecel kan verwerken. Dat zou de zonnecel veel efficiënter maken.Dus bijvoorbeeld: een stuk gloeiend metaal dat alleen groen opgloeit. Een zonnecel die extreem gevoelig is voor groen licht zou dan een enorm hoog rendement kunnen behalen, zonder dat je je hoofd hoeft te breken over manieren om andere golflengtes te vangen, zoals zonnecelmakers nu moeten doen.

Het fundamentele probleem bij zonnecellen
In een zonnecel krijgt een elektron een oplawaai door een foton, maakt een sprong en vloeit dan weer terug terwijl het zijn energie afgeeft. Is het foton te zwak, dan kan het elektron niet over de barrière springen. Is het foton te sterk, dan springt het elektron wel, maar de extra energie van het foton gaat verloren. Beide effecten maken efficiënte zonnepanelen maken zo ingewikkeld.

Maar hoe vind je een dergelijk materiaal? Het antwoord: maak een foto-aktief kristal door het oppervlak zo te bewerken (bijvoorbeeld met zeer kleine putjes of richels)  dat licht op een heel andere manier door het voorwerp beweegt.

En dat is wat het team deed. Ze namen een stuk wolfraam – dat is een metaal met een extreem hoog smeltpunt (3410 graden), daarom gebruiken ze het voor gloeidraadjes in een gloeilamp – en bedekten het oppervlak met miljarden kleine putjes. Als het stuk bewerkte wolfraam heet wordt, geeft het helder licht dat sterk afwijkt van het emissiespectrum van een zwart lichaam. De reden: de putjes dwingen fotonen als het ware een bepaalde golflengte te krijgen. Andere golflengtes passen niet in de putjes.

Are Thermophotovoltaics (TPV) The Future Of Solar Power?

Elektriciteitscentrale zo groot als een knoop

De knoopvormige micro-energiecentrale gebruikt koolwaterstoffen als propaan en butaan (kampeerders welbekend als camping gas). Het ding staat ondertussen bekend als een micro-TPV power generator. De verbrandende koolwaterstoffen verhitten het wolfraam dat begint te gloeien in golflengtes, waar het zonnepaneel op berekend is. Per gewichtseenheid kan er drie keer zoveel elektriciteit uit worden geperst als uit een lithium-ion batterij. Ook gaat het opladen uiteraard erg makkelijk en snel: simpelweg een tankje verwisselen. Ideaal voor het leger. Zo kan de democratie in bijvoorbeeld het olierijke Libië weer worden ‘bevorderd’, want een zonnepaneeltje uitrollen schiet niet echt op als je met je radiozender snel wilt doorgeven waar bommenwerpers hun eitjes moeten leggen.

Ook voor burgers is het natuurlijk erg makkelijk je laptop of mobieltje maar een keer per week op te hoeven laden.
Of – het echte werk – bekleed je allesbrander met dit spul. Zo krijg je pas echt een hoge-rendementsketel. De grap is dat er geen speciale brandstof nodig is, alles wat maar kan branden en de brander niet verstopt kan er in.Volgens de bedenkers zijn er heel veel toepassingen van deze techniek mogelijk. Denk aan hybride auto’s. Wat zijn jullie ideeën?

Bron:
Sun free photovoltaics, Massachusetts Institute of Technology (2011)

Een klein percentage van een waterscheiding veranderen in prairie laat de bopdemerosie enorm afnemen, zo ontdekten agronomen van Iowa State University.

Prairiegras productiever dan maïs

1 reactie / Ideeën en techniek, Wereld, Wetenschap / Door / 12 juli 2011

Ooit, voor de Europese kolonisten de indianen verjoegen of vermoordden, was het Amerikaanse Midden Westen bedekt met onafzienbare grasvlakten waarop enorme kuddes bizons graasden. Het zou wel eens heel goed kunnen dat de prairie terug gaan keren. Voor biobrandstof, deze keer.

Niet peak oil, maar peak fantasy brengt Amerikanen in problemen
Peak fantasy voert hoogtij in Amerikaanse politieke kringen. Zowel George Bush Jr. als zijn opvolger Barack Hussein Obama zijn niet bijster gezegend met creativiteit, uitgezonderd dan in het verzinnen van manieren om veel schulden te maken, waarmee ze menig Griek naar de kroon staken. Een mooi voorbeeld is het Amerikaanse biobrandstofbeleid, waarbij maïsboeren met overheidssubsidie hun oogst voor een groot deel laten verwerken tot biobrandstof. Het voorspelbare gevolg: omhoog schietende maïsprijzen, die in veel derdewereldlanden tot honger leiden. Ook blijkt hier bijna evenveel fossiele brandstof (in de vorm van kunstmest (wat veel energie kost), brandstof voor tractoren en het vervaardigen van pesticiden) in te gaan als er aan biobrandstof kan worden gewonnen. Voor Bush jr. was dat niet erg. Het verzekerde hem immers van de eeuwige trouw van de maïsboeren in de corn belt.

Maïs brengt erosie
Een klein percentage van een waterscheiding veranderen in prairie laat de bopdemerosie enorm afnemen, zo ontdekten agronomen van Iowa State University. In feite is het zaaien van maïs in het voormalige prairieland in het Amerikaanse Midden-Westen ecologisch gezien niet erg slim. Het gewas laat de grond onbedekt waardoor regendruppels het grondoppervlak kapot slaan. De wortels van maïs zijn niet groot genoeg in aantal om de grond vast te houden. Geen wonder. Maïs is door duizenden jaren veredeling door Maya-boeren ontwikkeld uit de grasachtige wilde maïs, teosinte. Teosinte vormt (zoals alle grasachtigen bij begrazing) pollen of zoden die de grond goed beschermen, maar maïs bestaat uit enorme planten die nauwelijks uitlopers vormen. Het regenwater stroomt met gemak door een maïsveld. De gevolgen laten zich dan ook raden: enorme erosiegeulen. Minder zichtbaar, maar even verwoestend is laminaire erosie (effen bodemverlies) en winderosie: de beruchte Dust Bowl die grote aantallen boeren tot de bedelstaf bracht. Toen ik in Montana een stukje overgebleven prairie zag, lag dit ongeveer twee meter hoger dan het boerenland.Geen wonder dat landbouwkundigen boeren nu aanraden strategisch stukjes prairie op hun land te laten staan [1].

Voor een voedselgewas kunnen we niet anders, maar maïs gaan verbouwen voor biobrandstof terwijl er betere alternatieven zijn, is dom. Misdadig dom.

Olifantsgras wordt tot vier meter hoog. En brengt veel meer biomassa op dan maïs.
Olifantsgras wordt tot vier meter hoog. En brengt veel meer biomassa op dan maïs.

Derde maïsland kan in prairie worden omgezet
Uit berekeningen van Amerikaanse agronomen blijkt dat het onvruchtbaarste derde deel van het maïsareaal het beste uit productie kan worden genomen en dan bedekt met grote grassen die veel weg hebben van de inheemse grassoorten uit de prairie. Denk aan bijvoorbeeld Miscanthus sinensis (olifantsgras), ook in Nederland een bekend biobrandstofgewas. Miscanthus is een enorm grote grassoort die tot vier meter lang kan worden.
Uit computersimulaties blijkt dat als tot dertig procent van de maïs wordt vervangen door Miscanthus, er veel minder stikstof uitspoelt in het grondwater, de productie van ethanol (alcohol) bijna verdubbelt en ook de maïsproductie met vier procent toeneemt. Miscanthus is in tegenstelling tot maïs een overblijvend gewas dat meerdere keren per jaar gemaaid wordt. Miscanthus blijft dus het hele jaar op het veld staan, ook in de winter. Uiteraard is dat zeer goed nieuws voor de bodem. Ook spoelen er in de winter geen waardevolle mineralen uit de grond.

Er is nog één bottleneck voor het feestgedruis los kan barsten. Maïs omzetten in alcohol is niet zo moeilijk, vraag bijvoorbeeld Afrikaanse dorpsvrouwen maar. Celluloserijk gras omzetten in alcohol is veel lastiger. Er zijn maar weinig bacteriën die cellulose kunnen afbreken, de reden dat je boekenkast het langer volhoudt dan een brood. Hier zijn echter een paar technieken voor – bijvoorbeeld TDP (pyrolyse), verhitten zonder zuurstof, waardoor er een soort biodiesel ontstaat. Wetenschappers verwachten dat er binnen tien jaar een werkend proces bestaat. Maar zal dat op tijd zijn?

Bronnen
1. Patches of prairie stem erosion, Iowa Farmer Today (2011)
2. Switch from Corn to Grass Would Raise Ethanol Output, Cut Emissions, ScienceDaily (2011)
3. Sarah C Davis, Evan H DeLucia et al., Impact of second-generation biofuel agriculture on greenhouse-gas emissions in the corn-growing regions of the US. Frontiers in Ecology and the Environment, 2011

Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.

Veertig procent rendement-zonnepaneel komt op de markt

2 reacties / Ideeën en techniek, Wereld, Zonnestelsel / Door / 11 juli 2011

Spectrolab, de zonne-energiepoot van vliegtuiggigant Boeing, gaat C3MJ+, een record-brekende zonnecel die ze enkele jaren geleden hebben ontwikkeld, nu in massaproductie nemen. Dit zou het zonne-energiepotentieel verdubbelen. Want bijna veertig procent van alle zonnestraling wordt door dit zonnepaneel in elektrische energie omgezet…

Recordvermogen nu 20%

Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.
Spectrolab's ultra-efficiënte zonnepanelen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten. Spectrolab gaat deze kennis nu ook op aarde topassen.

Zonnepanelen anno nu bereiken rond de twintig procent, maximaal. Het bedrijf SunPower heeft hiermee in juni 2011 het Guinness Book of World Record gehaald (met een paneel dat nominaal 22.4% rendement bereikt)[1]. Dat record zou echter wel eens in gruzelementen kunnen gaan als Boeing-dochter Spectrolab haar belofte waarmaakt en zonnepanelen die nu alleen nog voor satellieten leverbaar zijn, in massaproductie gaat nemen. Inderdaad is in april 2011 de massaproductie van deze zonnepanelen begonnen. Deze zonnepanelen zijn extreem duur, maar het grote voordeel is dat ze in combinatie met een concentrator kunnen worden gebruikt. Als met spiegels het zonlicht op deze panelen wordt gekaatst, kan een klein, maar efficiënt zonnepaneel zeer veel zonne-energie produceren. Deze constructie is vooral interessant voor zonarme landen als Nederland. Als de opbrengst van zonnepanelen in Nederland zou worden verdubbeld, is Nederland in staat om in alle energiebehoeften te voorzien door middel van zonnepanelen op daken, openbare infrastructuur en dergelijke.
Zie ook ons artikel: Maakt alle daken vol zonnepanelen zetten Nederland zelfvoorzienend?

Hyperefficiënt, maar extreem hoge prijs
Spectrolab is van oudsher producent van zonnepanelen voor satellieten. Gewicht per watt en lange levensduur is daar belangrijker dan kostprijs (een kilogram lanceren kost al gauw duizenden euro’s). De reden dat deze zonnepanelen zeer efficiënt, maar ook erg duur zijn. Om ook een kans te maken tegen de moordende concurrentie van de producenten van goedkope zonnepanelen, die op dit moment al rond een dollar per watt piekvermogen zitten, is sterk in de kosten gesneden[3]. Ook scheelt het dat de cellen in combinatie met spiegels worden gebruikt. De spiegels, die per vierkante meter natuurlijk veel goedkoper zijn dan zonnecellen, concentreren het zonlicht op de kleine cel, die op die manier een maximaal rendement behaalt.

Bronnen
1. Re-Broken Any Records Lately? We Have. Meet SunPower’s E20 Series Solar Panels, sunpower.com (2011).
2. Boeing to Mass-Produce Industry’s Most Efficient Terrestrial Solar Cell, boeing.com (2010)
3. Small cells, big power: Spectrolab’s CPV efficiency milestone only an interim stop on road to 40%, pvtech.org (2010)