elektriciteit

Video: vliegende elektrische fiets

Altijd al bij de buren naar binnen willen gluren of stoplichten willen vermijden? Drie Tsjechische bedrijven hebben dé oplossing Helaas gebruikt het prototype zoveel energie dat onze huidige zwakke batterijen het toestelletje maar enkele minuten de lucht in kunnen houden.

De uitvinders zijn echter optimistisch. De batterijcapaciteit verdubbelt immers elke tien jaar…

Het elektrisch universum

In de standaard kosmologie wordt de zwaartekracht gezien als de belangrijkste kracht in het universum. In deze documentaire wordt aandacht gevraagd voor een andere kracht die vele malen sterker is: elektriciteit. “Bliksemflitsen van de Goden” gaat over het elektrisch universum. Het is een vernieuwende kosmologie die om uw aandacht vraagt. De documentaire is op meerdere plaatsen vrij te bekijken, maar alleen deze versie is voorzien van een Nederlandse ondertiteling.

For more information on related topics, go to www.thunderbolts.info, your gateway to the Electric Universe….

“Today, nothing is more important to the future and credibility of science than liberation from the gravity-driven universe of prior theory. A mistaken supposition has not only prevented intelligent and sincere investigators from seeing what would otherwise be obvious, it has bred indifference to possibilities that could have inspired the sciences for decades.”

 

Wat denken de natuurkundigen en anderen met wat meer verstand van dit soort zaken hier van deze documentaire? Hebben de mensen in deze documentaire een revolutionaire visie die de hele kosmologie op haar kop zet of is het vooral een mooi verhaal met vooral pseudo wetenschappelijke inhoud? Professioneel commentaar zeer gewenst.

Aanverwante informatie:
-) www.thunderbolts.info

Eerdere artikelen:
-) Carl Sagan – Cosmos
-) Verken het zonnestelsel vanuit je huiskamer

De grafeenbatterij klinkt te mooi om waar te zijn. Botsende koper-II ionen onttrekken omgevingswamrte en zetten deze om in elektriciteit.

‘Grafeenbatterij haalt energie uit warmte’

Onmogelijk, zegt de gezaghebbende Tweede Hoofdwet. Toch is dit precies wat lijkt te gebeuren in een nieuwe Chinese op grafeen gebaseerde batterij. Een doorbraak of houden Zihan Xu en zijn medewerkers zichzelf (of de lezers) voor de gek?

Groep-Zihan Xu beweert Tweede Hoofdwet te hebben gekraakt
Op kamertemperatuur is de snelheid van moleculen enorm. In een oplossing, bijvoorbeeld, bereiken de snelheden van ionen al gauw honderden meters per seconde. Een zeer interessante energiebron dus. Althans: als je geen rekening houdt met de onverbiddelijke Tweede Hoofdwet van de thermodynamica, die stelt dat er geen vrije energie is te onttrekken aan omgevingswarmte zonder temperatuursverschil. Zihan Xu van de Hong Kong Polytechnic University stelt met een viertal collega’s nu in een artikel op ArXiv.org dat zij er niet alleen in in geslaagd zijn energie te onttrekken aan een oplossing met ionen, maar ook dat in een bruikbaar prototype hebben ondergebracht.

De grafeenbatterij klinkt te mooi om waar te zijn. Botsende koper-II ionen onttrekken omgevingswamrte en zetten deze om in elektriciteit.
De grafeenbatterij klinkt te mooi om waar te zijn. Botsende koper-II ionen onttrekken omgevingswarmte en zetten deze om in elektriciteit.

Botsende ionen wekken energie op
Hun elektrische circuit bestaat uit een LEDje, verbonden met een strook grafeen door middel van een stukje elektriciteitskabel. Ze plaatten het grafeen in een oplossing van koper (II) chloride en keken toe. Het gevolg: de LED begon op te lichten. In feite hadden ze zes circuits nodig om de vereiste 2 volt spanning op te wekken om daarop weer de LED te laten branden.

De verklaring, volgens Zihan en zijn collega’s, is dat de koper-II (Cu2+) ionen in de oplossing met gemiddeld 300 meter per seconde, de snelheid van een verkeersvliegtuig, door de vloeistof razen. Als een ion met deze snelheid tegen het grafeenoppervlak botst, wordt er een elektron losgeslagen uit het grafeen. Het elektron heeft twee opties: het grafeen verlaten en combineren met het koperion of door het grafeen en het elektrische circuit heen reizen.

Naar blijkt, reizen elektronen veel gemakkelijker door grafeen dan door de oplossing, waardoor het elektron de weg van de minste weerstand volgt en het circuit volgt. Dit laat de LED oplichten. In de woorden van Zihan en co: “De vrijgemaakte elektronen reizen liever door het grafeenoppervlak dan terug te leren naar de elektrolyt. Dit is hoe ons ontwerp spanning genereert.”

‘Energie uit omgevingswarmte’
Met andere woorden: de energie die door deze opstelling wordt opgewekt, is afkomstig van omgevingswarmte. Inderdaad rapporteert de groep dat ze er in zijn geslaagd het vermogen op te voeren door verhitting en door ultrageluid. Ze beweren zelfs er in te zijn geslaagd, hun grafeenbatterij gedurende twintig dagen te laten draaien op niets dan afvalwarmte. Dit zou uiteraard buitengewoon sensationeel nieuws zijn.

Echter: sinds de eerste formulering van de Tweede Hoofdwet door de Franse fysicus Sadi Carnot in 1824 is er nog geen één uitzondering op deze wet gevonden. Vandaar dat het verstandig is zeer stevige vraagtekens te zetten bij deze interpretatie van dit meetresultaat en ook alternatieve verklaringen te onderzoeken. Bijvoorbeeld, dat een of andere chemische reactie de energie levert, zoals in een normale batterij.

Zihan en zijn groep beweren echter dat ze deze mogelijkheid hebben uitgesloten met een aantal controle-experimenten. Deze staan echter beschreven in supplementair materiaal dat niet gepubliceerd is op ArXiv. Gezien de uiterst controversiële uitkomsten van dit experiment kunnen de heren hun huiswerk maar beter erg goed doen, want ze krijgen gegarandeerd de hele natuurkundige gemeenschap over zich heen. Aan de andere kant: anderen zijn er al eerder in geslaagd stroom in grafeen op te wekken door er water overheen te laten stromen, dus waarom zouden bewegende ionen niet hetzelfde effect kunnen bereiken?

Perpetuüm mobile?
Overleeft dit experiment de replicatie door andere onderzoekers, dan zijn de mogelijkheden immens. We kunnen dan iets doen dat tot nu toe onmogelijk was: vrije energie onttrekken aan afvalwarmte. Een koelkast die tegelijkertijd stroom levert. Geen moeilijk gedoe meer met windmolens of zonnecellen: ieder huishouden een generator en NUON en dergelijke kunnen de tent sluiten. Onze energieproblemen zouden hiermee in één klap zijn opgelost. Zihan en zijn groep formuleren het als volgt:  “Het vertegenwoordig een grote doorbraak voor het onderzoek naar energiezelfvoorzienende technologie.”

Laten we hopen dat ze gelijk hebben. Maar, zoals gezegd, de Tweede Hoofdwet bleek net als de lichtsnelheid tot nu toe onverbiddelijk. Aan de andere kant: het zal de eerste keer niet zijn dat al eeuwen vaststaande zogeheten “waarheden” met een uitgekiende schop door een eigenwijze wetenschapper aan het wankelen zijn gebracht. Denk aan Galileo Galilei die met een eenvoudig experiment aantoonde dat de duizenden jaren oude en tot dan toe onomstreden theorie van Aristoteles, dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte, onzin is. Wellicht dat door een zeer vernuftige proefopstelling toch de Tweede Hoofdwet te omzeilen is en dat onze eigenwijze vrienden uit Hong Kong hierin als eersten zijn geslaagd.

Bron
Zihan Xu, Guoan Tai, Yungang Zhou, Fei Gao, Kim Hung Wong, Self-Charged Graphene Battery Harvests Electricity from Thermal Energy of the Environment, ArXiv (2012)

Ruimtebacteriën bieden nieuwe energiebron

Bacillus stratosphericus – een eencellige die in hoge concentraties in de stratosfeer voorkomt, is een essentieel onderdeel van een nieuwe ‘super’ biofilm, ontworpen door een team wetenschappers van Newcastle University.

Verdubbeling vermogen reactor
Het team onderzocht 75 verschillende bacteriesoorten uit de monding van de Wear-rivier op hun vermogen elektriciteit op te wekken in een Microbial Fuel Cell (MFC). Door de best presterende bacteriesoorten te selecteren, waren ze in staat een kunstmatige biofilm te kweken die het elektrische vermogen van de reactor vergrootte van 105 watt per kubieke meter reactor naar 200 watt. Erg veel is dit niet – voor een gemiddeld huishouden is al gauw het vijfvoudige nodig – maar het is toch voldoende om in afgelegen delen van de wereld energie voor bijvoorbeeld verlichting te leveren. Ook is het uiteraard een zeer interesssante energiebron onder zonarme omstandigheden, bijvoorbeeld in de winter of in de nacht.

Stratosfeerbacterie blijkt best renderend
Onder de effectiefste bacteriën bevond zich B. Stratosphericus, gewoonlijk aangetroffen in de atmosfeer maar nu naar beneden gespoeld als een gevolg van atmosferische processen en in de rivierbedding gespoeld. Volgens de onderzoekers zijn er warschijnlijk nog veel effectievere elektriciteitsvormers onder de miljarden bacteriën.

De bioreactor waarmee werd geëxperimenteerd. Bron: Newcastle University
De bioreactor waarmee werd geëxperimenteerd. Bron: Newcastle University

Hoe werken microbiële brandstofcellen?
Microbiële brandstofcellen (MFC’s) werken ongeveer zoals een batterij, maar hebben op elektroden van grafiet een biofilm van bacteriën. Deze breken organische stoffen in het water af en geven hierbij aan de elektroden elektronen  af (bio-katalytische oxidatie). De opgewekte spanning wordt weer afgetapt. Gewoonlijk zijn onderzoekers tevreden met de bacterielaag die spontaan op de polen groeit en doen ze proeven met bijvoorbeeld de configuratie, maar zoals nu blijkt, zijn bepaalde soorten veel productiever dan anderen.

Waarom wekken atmosferische bacteriën zoveel spanning op?
Naast B. Stratosphericus bleek ook een andere stratosfeerbacterie, Bacillus altitudinis, kampioen spanning opwekken. Een derde onderdeel van de mix was een tot dusver nog onontdekte bacteriesoort van de Bacteroidetes. Een interessante vraag is, waarom uitgerekend deze twee soorten erg goed blijken te zijn in het opwekken van spanning.

Overlevingsstrategie in droge omstandigheden?
Ik vermoed dat wellicht een verklaring is dat in hun leefomgeving – de hogere delen van de atmosfeer – het aantrekken van watermoleculen en stofdeeltjes van levensbelang is. De stratosfeer is een atmosferische laag tussen de tien en vijftig kilometer boven de aardoppervlakte. De stratosfeer is extreem droog met rond de 3-4 ppm water. Watermoleculen zijn polair en worden  aangetrokken door elektrische ladingen. Wellicht gebruiken de bacteriën de elektronen dus als middel om een extreem hoge spanning op te wekken en zo een waterdruppeltje om zich heen aan te trekken. Dit zou ook de wolkvorming verklaren.

Of dit vermoeden klopt? Volgens onderzoek is er een relatie tussen bepaalde bacteriën en wolkvorming, vooral van ijskernen. Dit zou hierop aansluiten. Een experiment zal uit moeten wijzen  hoe het precies zit.

Bronnen
Enhanced electricity production by use of reconstituted artificial consortia of estuarine bacteria grown as biofilms. Jinwei Zhang, Enren Zhang, Keith Scott and Grant Burgess. ACS Journal of Environmental Science & Technology 2012.
Bugs from space offer new source of power, Newcastle University (2012)

Het Meissner-effect. De supergeleider stoot een permanente magneet (boven) af zodat deze blijft zweven.

‘Supergeleiding op bijna kamertemperatuur bereikt’

Supergeleiding op kamertemperatuur zou de elektriciteitsrekening drastisch terugbrengen. Het zou zo ook mogelijk worden bepaalde dingen te bereiken die nu onvoorstelbaar zijn. Het is al een tijdje stil op het gebied van supergeleiding, maar onderzoekers Kresin en Wolf beweren nu supergeleiding op diepvriezertemperatuur bereikt te hebben. In een heel klein gebiedje, maar toch.

Het Meissner-effect. De supergeleider stoot een permanente magneet (boven) af zodat deze blijft zweven.
Het Meissner-effect. De supergeleider stoot een permanente magneet (boven) af zodat deze blijft zweven.

Hoe test je op supergeleiding?
Er zijn drie manieren om ondubbelzinnig supergeleiding aan te tonen. Ten eerste: het materiaal moet een weerstand van nul hebben. Ten tweede: het materiaal moet het zogeheten Meissner effect tonen: een extern magnetisch veld moet worden geweerd door het materiaal. Dit heeft als gevolg dat een permanent magneetje boven een supergeleidend materiaal blijft zweven. Ten derde moeten beide effecten op dezelfde kritische temperatuur voorkomen.

In de meeste supergeleidende materialen vallen deze twee punten ook samen. Bij precies dezelfde temperatuur treedt het Meissner effect op en daalt de weerstand tot nul.

Bizar gedrag van koperverbindingen
In het eerste decennium van deze eeuw hebben natuurkundigen enkele cupraten, keramische koperverbindingen, ontdekt, waarbij de overgang naar een weerstand van nul bij lagere temperaturen plaatsvindt dan waar het Meissner effect zichtbaar wordt.

Op lage temperaturen ‘werkt’ het cupraat als een normale supergeleider. Als de temperaturen stijgen stijgt eerst de weerstand tot boven nul, voor het Meissner effect verdwijnt. Vervolgens verdwijnt ook het Meissner effect en wordt het materiaal een ‘normale’ geleider. Dit verschil in temperatuur kan enorm zijn. Underdoped yttrium barium copper oxide (YBCO) krijgt weerstand op 85 kelvin (graden Celsius boven het absolute nulpunt; 0 graden C is 273,15 K), terwijl het Meissner effect pas verdwijnt bij 200 kelvin, dat is een drie keer zo hoge temperatuur.

Supergeleidende eilandjes bestaan nog bij extreem hoge temperatuur
Hoe kan dit bizarre effect optreden? Vladimir Kresin van het Lawrence Berkeley National Laboratory en Stuart Wolf van de Universiteit van Virginia hebben een theorie. Ze denken dat de cupraten uit twee soorten microkristallen bestaan met verschillende overgangstemperaturen. De component met de hogere overgangstemperatuur vormt eilandjes in de component met de lagere overgangstemperatuur. Onder de 85 kelvin zijn beide materialen supergeleidend. Boven de 85 K blokkeert de niet meer supergeleidende ‘zee’ de supergeleidende eilandjes. Die supergeleidende eilandjes duwen echter nog steeds het magneetveld weg, waardoor nog steeds het Meissner effect optreedt.

Supergeleiding in je diepvries
Interessant is dat deze eilandjes (als Kresins theorie klopt) nog bij zo hoge temperaturen supergeleidend blijven: 200 kelvin tot misschien zelfs 250 kelvin. Dat laatste is de temperatuur in een huis- tuin- en keukenvrieskist of een extreem strenge winternacht in Nederland. Er zijn dus geen dure cryogene hoogstandjes nodig om die temperatuur te bereiken. Kortom: die eilandjes zouden wel eens de doorbraak op kunnen leveren waar we al tijden op hopen. Maar waar bestaan de eilandjes uit? Immers, het materiaal -lijkt- op het eerste gezicht homogeen. Kresin en Wolf zeggen dit niet te weten maar wel een vermoeden te hebben; zwaardere en lichtere atoomkernen: isotopen, die heel subtiel de materiaaleigenschappen veranderen. Uit onderzoek is al bekend dat supergeleiders hier inderdaad extreem gevoelig voor zijn: volgens het duo zorgde het vervangen van zuurstof-16 door de zwaardere zuurstofisotoop O-18 voor een ‘dramatische verhoging’ van de tweede overgangstemperatuur. De ‘eilandjes’ werden door de zwaardere zuurstof dus bij een hogere temperatuur supergeleidend. De hamvraag is natuurlijk of hun theorie werkelijk klopt en of het mogelijk is het materiaal in de eilandjes te isoleren.

Onder hun collega’s heerst nog de nodige scepsis. Niet geheel onterecht. Kresin beweerde jaren geleden dat hij bij 200 kelvin aluminium nanoclusters had aangetroffen die supergeleiding vertoonden. Niemand kon zijn uitkomsten reproduceren. Beide heren willen verder onderzoek doen. Tot die tijd is hun vondst wat onderzoekers spottend USO’s noemen: unidentified superconducting objects.

Bronnen:
V. Kresin en S. Wolf, Inhomogeneous Superconducting State and Intrinsic Tc : Near Room Temperature Superconductivity in the Cuprates, arxiv.org (2011)

Het actieve melkwegstelsel 3C303 is extreem actief. En lijkt een sterke elektrische stroom op te wekken.

Sterkste elektrische stroom ooit aangetroffen

Twee miljard lichtjaar ver weg hebben astronomen de sterkste elektrische stroom ooit waargenomen: 1018 ampère, evenveel als in duizend miljard bliksemschichten. Ter vergelijking; de sterkste permanente stroom in het zonnestelsel, die tussen Jupiter en de maan Io, is ongeveer een miljoen ampere. Hoe zou het met de aarde aflopen als deze wordt getroffen door een dergelijke permanente kosmische bliksemschicht?

Bliksemschicht zo groot als een melkwegstelsel

Het actieve melkwegstelsel 3C303 is extreem actief. En lijkt een sterke elektrische stroom op te wekken.
Het actieve melkwegstelsel 3C303 is extreem actief. En lijkt een sterke elektrische stroom op te wekken.

Philipp Kronberg van de universiteit van Toronto in Canada mat met zijn collega’s de polarisatie van radiogolven rond het melkwegstelsel 3C303, waaruit een enorme materiestroom ontsnapt. Ze zagen een plotselinge verandering in de polarisatierichting van de golven, die samenhing met de stroom. “Dit is een ondubbelzinnig teken van een elektrische stroom”, aldus Kronberg. Het team denkt dat magnetische velden van een reusachtig zwart gat in het centrum van het melkwegstelsel de stroom opwekken. De elektrische stroom is krachtig genoeg om de materiestroom op te laten lichten (waardoor we die op twee miljard lichtjaar afstand kunnen zien) en het tot 150.000 lichtjaar ver weg door het interstellaire gas voort te stuwen.

Wat zou er gebeuren als deze ontlading de aarde zou treffen?
Volgens de onderzoekers heeft de stroom een vermogen van 1034 watt – dat is evenveel als honderd miljoen zonnen, per seconde evenveel energie als de hele wereld in 21 000 miljard jaar gebruikt  of, anders uitgedrukt, de hoeveelheid energie die je krijgt als je elke anderhalf jaar een planeet zo groot als de aarde totaal in energie omzet. Niet dat je waarschijnlijk dicht in de buurt kan komen zonder behoorlijke bescherming tegen straling, want bij dergelijke enorme energieën komt enorm veel röntgenstraling vrij. Als deze stroom door de aarde zou gaan, zou deze in een oogwenk verdampen. Het proces dat deze kosmische bliksemschicht zo groot als een melkwegstelsel opwekt moet spectaculair energierijk zijn. Kronberg  en zijn collega’s denken daarom aan een zwart gat, dat een enorme hoeveelheid positief geladen deeltjes uitstoot.

Bron:
P.P. Kronberg et al., Measurement of the elektric current in a kPc-scale jet, Arxiv.org