stroom

Natuurlijk voorkomend koper. Wordt koper vervangen door koolstofnanobuisjes in stroomdraad?

Vervanger van koper gevonden

5 reacties / Ideeën en techniek, Wereld / Door / 24 januari 2021

Koperdiefstallen zijn een steeds hardnekkiger plaag. Daar zou wel eens verandering in kunnen komen. Met deze revolutionaire ontdekking zijn onderzoekers er in geslaagd, een vervanger van koper te vinden: koolstof.

Natuurlijk voorkomend koper. Wordt koper vervangen door koolstofnanobuisjes in stroomdraad?
Natuurlijk voorkomend koper. Wordt koper vervangen door koolstofnanobuisjes in stroomdraad? Bron

Kopervervanger dringend nodig

Koper is een erg goede elektrische geleider. Van alle metalen geleidt alleen het nog schaarsere zilver, stroom nog beter. Geen wonder dat koper heel veel gebruikt wordt voor elektronica en stroomkabels. Vooral de sterke vraag uit China maakt nu dat een kilo koper al gauw meer dan zes euro kost en geen koperhoudend voorwerp meer veilig is voor het dievengilde.

Onderzoekers zijn er nu voor het eerst in geslaagd een vervanger voor koper te vinden.[1] Een materiaal dat stroom beter geleidt dan dit steeds schaarser wordende metaal dus. Het materiaal in kwestie is koolstof, dat in de vorm van steenkool, kooldioxide en carbonaten zeer veel op aarde voorkomt. Het wordt een stroomgeleider in de vorm van een oude bekende: koolstofnanobuisjes, die veel weg hebben van een opgerold stukje grafeen. Koolstofnanobuisjes houden ook al een andere record: het materiaal met de hoogste treksterkte ter wereld.

Jarenlang moeizaam onderzoek levert vervanger

Na jarenlang moeizaam werk zijn onderzoekers zo ver dat de stroomdichtheid van koolstofnanobuisjes even groot is als die van koper. Dat wil zeggen: per volume-eenheid. Per kilo scoort het materiaal zelfs zes keer beter omdat het veel lichter is. Individuele buisjes geleiden zelfs tien keer zo goed stroom als koper, maar technisch was het tot nu toe niet mogelijk uit koolstofnanobuisjes een dikke stroomkabel te maken. De experimenten zijn uitgevoerd met dubbelwandige buisjes, die makkelijker te maken en te bewerken zijn. De onderzoekers willen nu een stroomkabel ontwikkelen die veel beter stroom geleidt dan koper. Daarvoor moeten ze enkelwandige koolstofnanobuisjes tot een stroomkabel ziet samen te vlechten. Een lastige uitdaging.

Voordelen

Naast een einde aan het kopertekort, besparen de nieuwe, lichte kopervervangers ook veel gewicht. Goed nieuws dus voor vliegtuig- en ruimteschip bouwers. Koolstof is zeer resistent tegen corrosie, dus de koolstof stroomkabels kunnen ook in chemisch zeer vijandige omgevingen gebruikt worden. Als de onderzoekers de belofte van een veel beter geleidend alternatief voor koper waar kunnen maken, wat ze gaan proberen,  betekent dit dat de zeven procent energie die nu als transportverliezen verloren gaat in het hoogspanningnet, wordt gehalveerd of nog beter. Dit geldt des te sterker nog voor de stroomkabels in huis. De kans is dus aanwezig dat deze kabels overal in huis zullen opduiken en dat het koper weer wordt omgesmolten tot mooie standbeelden of munten. Wat moet je er anders mee?

Langzame opmars koper vervangers

De opmars van koolstofnanobuisjes als geleider bleek in de praktijk minder soepel te lopen dan eerst gedacht. Het is nog steeds erg duur om koolstofnanobuisjes in grote hoeveelheden te produceren, al dalen de prijzen. Begin 2021 liggen deze rond de 200 euro per kilogram. Dit is nog steeds vele malen meer dan koper. Wel is de dichtheid van koper veel hoger is dan die van koolstofnanobuisjes. En nog niet alle problemen zijn opgelost. Onderzoekers worstelen nog steeds met het aan elkaar aan laten sluiten van de buisjes. Zolang dat niet lukt, blijft er veel interne weerstand in de kabels zitten. Waarschijnlijk worden de eerste toepassingen die in ruimtevaart en vliegtuigen. Hier is gewichtbesparing erg belangrijk.

In 2019 was de “technical readiness level” bijna 3. Dat betekent, dat is aangetoond dat het principe werkt, maar er nog geen in het lab gevalideerd prototype is. [3] Ga dus voorlopig geen kopermijnen shortsellen. Maar op iets langere termijn zal koper waarschijnlijk de weg van het bakeliet gaan. Zeker, nu een grote fabrikant, Yazaki, al koolstofnanovezels in aluminium kabels verwerkt om deze even goed stroom te laten geleiden als koper [4].

Bron:
1. Yao Zhao, Jinquan Wei, Robert Vajtai, Pulickel M. Ajayan en Enrique V. Barrera, Iodine doped carbon nanotube cables exceeding specific electrical conductivity of metals, Nature Scientific Reports (2011)
2. Can Carbon Nanotubes Replace Copper?, Assembly magazine, 2016
3. George Slenski, Replacement of copper wiring with carbon nanotubes in aerospace applications, 2019
4. Danielle Szatkovski, How do you replace all that copper wiring, Automotive News, 2019

Zonne-energie voor consumenten in NL al meer dan 40% goedkoper

20 reacties / Analyses, Geopolitiek, Misvattingen, Nederland, Visionair leven / Door / 5 november 2013

De prijzen voor PV-zonnepanelen zijn de afgelopen 2 jaar enorm gedaald. Veel mensen weten dan ook (nog) niet dat stroom uit zonnepanelen in Nederland inmiddels ruim 40% goedkoper is voor consumenten, dan als ze stroom kopen bij de energieleverancier.  Zelf stroom uit zonnepanelen opwekken kost vandaag de dag slechts 14 cent per kWh. Zet dit af tegen de gemiddelde prijs van 25 cent per kWh die de energieleveranciers vragen en dan wordt al snel duidelijk dat zonne-energie een van de beste inversteringen is die een huishouden op dit moment kan doen.

Ziet het gemiddelde dak in Nederland er over 5 jaar zo uit?

Voor de liefhebbers een korte berekening om te laten zien hoe we aan deze bedragen komen. Waar zonnepanelen een jaar geleden nog rond de €3,20 per WattPiek lagen is dit inmiddels naar beneden gegaan naar rond de €2,20. Dit zijn bedragen inclusief omvormers, installatie van de panelen en het aanpassen van de meterkast. Over de 25 jaar levensduur van zonnepanelen bereken we daarnaast jaarlijks 1% onderhoudskosten van het systeem en komen zo op een totaalbedrag van €2,75 per WattPiek aan investeringskosten. In deze berekening zijn we conservatief en berekenen we dat elke WP aan zonnepanelen jaarlijks 0,77 kWh aan stroom oplevert. Over 25 jaar resulteert dit in 19,13 kWh. De stroom uit je eigen zonnepanelen komt hierbij op een bedrag van 14 cent per kWh. Als je dit vergelijkt met de 25 cent per kWh die je bij de energieleverancier betaald wordt het al snel duidelijk hoeveel goedkoper zelf zonnestroom opwekken in Nederland vandaag de dag is.

Het is dan ook een raadsel waarom we in Nederland bezig zijn met het bouwen van vervuilende kolencentrales naast ons werelderfgoed de Waddenzee. Ook Maxime Verhagen, die druk op zoek lijkt naar een commissariaatje voor na zijn politieke carrière, kan wellicht beter op iets anders gaan inzetten dan kerncentrales.

De zon is een energiebron die tot aan het einde der dagen van de aarde volop hernieuwbare energie kan leveren.
De zon is een energiebron die tot aan het einde der dagen van de aarde volop hernieuwbare energie kan leveren.

Een beter milieu begint bij jezelf en het levert in dit geval economisch ook behoorlijk wat op. Ook als land is het veel slimmer om grootschalig zonne-energie (en andere hernieuwbare energiebronnen) te gaan winnen omdat dit Nederland onafhankelijker maakt van fossiele  en nucleaire energiebronnen, het scheelt vervuiling, het geld voor energie wordt in de het eigen land rondgepompt en bloed zo niet uit je economie weg,  en tot slot zorgt het voor werkgelegenheid in de regio in plaats van in Rusland en Saudi Arabië.

Voor mensen die meer willen weten over het hoe en wat van PV zonnepanelen is het dossier zonne-energie interessant. Hier komen vele aspecten van zonne-energie aan bod zoals: leveranciers, installatie, ligging panelen etc. Voor mensen die zelf geen geschikt dak hebben zijn coöperatieven zoals de Zonvogel een prima manier om toch mee te kunnen doen met het opwekken van eigen zonnestroom maar dan wellicht via een geschikt dak van een ander.

Mochten mensen mijn rekenmodel nader willen bestuderen stuur dan een mailjte naar info@permacultuurnederland.org met dit verzoek. Ik kan het model dan in Excell vorm opsturen. Of ga zelf aan het rekenen met dit online rekenmodel.

Zie ook:
Hernieuwbare energie inplaats van oorlog

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

Sterkste elektrische stroom ooit aangetroffen

3 reacties / Wetenschap / Door / 7 december 2021

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 ampère. 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