vervoer

Hiriko: de opvouwbare elektrische auto

In Spanje komen steeds meer zonnepanelen, maar wat moet je met al die elektriciteit? Wel, elektrische auto’s op laten rijden natuurlijk. Met een uniek concept zijn  Spaanse ondernemers er in geslaagd om ook een tweede vervelende probleem op te lossen: een parkeerplaats vinden. Het beste nieuws: begin 2013 komt dit goedkope autootje op de markt.

Spanje, bakermat van een nieuw industrieel tijdperk

hiriko
De eerste Hiriko.

Aardolie wordt steeds duurder, want steeds schaarser en moeilijker te winnen. Geen wonder dat steeds meer  ondernemers zich al voorbereiden op een aardolieloze toekomst. Zoals in Spanje, waar het zonlicht in enorme hoeveelheden naar beneden komt.  De oppervlakte aan zonnepanelen breidt zich in de vele woestijnachtige gebieden in het land als een olievlek uit. Dit geldt ook voor allerlei initiatieven die elektrische energie in plaats van aardoliegebaseerde technologie als basis hebben, zoals het elektrische autootje Hiriko.

Opvouwbaar stadsautootje

Hiriko is het Baskische woord voor stedelijk. De Hiriko is een in het Baskische Gasteiz ontwikkeld autootje op basis van een concept car van de Amerikaanse technische universiteit MIT. De 100% elektrische Hiriko heeft een bereik van ongeveer 100 km en biedt aan twee personen ruimte. Extra sterk punt van de Hiriko is dat het opgeklapt kan worden. Hierdoor neemt het wagentje in geparkeerde toestand minder dan de helft van een normale parkeerplaats in beslag. Een uitkomst in dichtbevolkte steden, vooral de vele historische binnensteden waar de straatjes nauw en de parkeerplaatsen schaars zijn. 

Markt

Het autootje zal rond de € 12 500 gaan kosten. Het autootje komt begin 2013 in een oplage van 20 stuks op de markt in Baskenland.  Wordt het een succes, dan zal de productie flink opgeschaald worden.

Innovatiemodel

De laatste uitvoering van de Hiriko. Aan de prachtige futuristische ontwerpen lag het duidelijk niet.

Ook uniek is de manier waarop het autootje wordt ontwikkeld. Dit gebeurt door een consortium van bedrijven die in samenwerking de techniek perfectioneren. Hierdoor wordt een industrieel innovatienetwerk gecreëerd, waar ook nieuwe uitvindingen en producten uit kunnen rollen.

Door het uitbesteden aan China raken steeds meer industrieën uitgemergeld en verliezen het vermogen tot productinnovatie. Met dit soort netwerken kan dit tij worden gekeerd en blijft er in Europa en de VS een gezonde, levensvatbare industrie.

Project helaas mislukt

Helaas stopte de financiering door de overheid. Ook de particuliere partijen wilden niet meer geld in dit project steken. In 2015 werd de stekker er definitief uit getrokken. Zes betrokken zakenlieden werden voor de rechter gesleept wegens fraude.

Nu, in 2021, zijn er enkele steden in China waar dit concept succesvol in wordt gezet. Anders dan in Baskenland is er in China een duidelijke “product owner” en een stabiele (want een-partijstaat) overheid die het draagvlak levert voor experimenten. Van de Hiriko resten slechts enkele mooie Youtube filmpjes.

Bron
Hiriko (Wikipedia; website functioneert niet meer)

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

Safa Tempo: milieuvriendelijke oplossing openbaar vervoerprobleem

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?

Bronnen
Elektrisch transport in Nepal
Fact sheet

Alleen het ontbreken van een goede betaalbare accu voorkomt dat elektrische auto's doorbreken. Daar gaat volgens IBM nu verandering in komen.

Elektrische auto met meer bereik dan een benzineauto

Eén van de grootste nadelen van een elektrisch voertuig is het gevaar dat de accu uitgeput raakt terwijl je aan het rijden bent. IBM beweert nu een fundamenteel probleem opgelost te hebben, waardoor een batterij met een bereik van maar liefst 800 km binnen bereik komt. Dit is meer dan het bereik van een benzineauto.

Korte levensduur remde doorbraak lithium-lucht batterij
Standaard elektrische voertuigen gebruiken een lithium-ion batterij, die veel ruimte in beslag nemen in ruil voor maar weinig kilometers. Alleen de allerbeste modellen overtreffen de 160 km rijafstand.

Alleen het ontbreken van een goede betaalbare accu voorkomt dat elektrische auto's doorbreken. Daar gaat volgens IBM nu verandering in komen.
Alleen het ontbreken van een goede betaalbare accu voorkomt dat elektrische auto's doorbreken. Daar gaat volgens IBM nu verandering in komen.

Een nieuw model, bekend als de lithium luchtcel is aantrekkelijker omdat de theoretische energiedichtheid maar liefst 1000 maal groter is dan die van het lithium-ion type, evenveel als een benzineauto. Lithium-luchtcellen hebben een positieve elektrode bestaande uit koolstof in plaats van zware metaaloxides, dus is veel lichter. Deze reageert met zuurstof uit de lucht, wat de energie levert. Het probleem is dat chemische instabiliteit hun levensduur beperkt, waardoor ze onpraktisch zijn om in auto’s te gebruiken. Aldus natuurkundige Winfried Wilcke van IBM’s Almaden lab in San Jose, Californië.

Supercomputer vindt elektrolyt die niet door zuurstof wordt aangetast
Wilcke bestudeerde daarom de elektrochemie van deze batterijen door middel van massaspectrometrie. Hij ontdekte de oorzaak voor de chemische instabiliteit. De zuurstof reageert niet alleen met de koolstofelektrode,  zoals bekend, maar ook met de elektrolytische transportvloeistof, die de ionen van de ene elektrode naar de andere transporteert. Dat is niet de bedoeling. Immers, als de zuurstof ook met de elektrolyt zelf reageert, raakt deze uiteindelijk uitgeput (de oorzaak voor de korte levensduur). Op dit vraagstuk lieten hij en zijn collega Alessandro Curioni van IBM’s onderzoekslab in het Zwitserse Zürich, de befaamde IBM supercomputer Blue Gene los om de reacties tot in het kleinste detail na te rekenen, zodat alternatieve elektrolyten gevonden konden worden. Hierbij werd uitgegaan van een kwantummodel van de betrokken atomen en moleculen.

Prototype in 2013; batterij op de markt in 2020
De zoektocht leverde resultaat op. Wilcke meldt nu een zeer veelbelovende component gevonden te hebben. Om begrijpelijke redenen houdt hij geheim om welk materiaal het gaat, maar volgens hem zijn er al verschillende onderzoeksprototypes gedemonstreerd. IBM stuurt Battery 500 aan, een Amerikaans samenwerkingsverband van vier Amerikaanse staatsonderzoeksinstellingen en commerciële instellingen. IBM hoopt een prototype op schaal gereed te hebben in 2013, terwijl de eerste commerciële batterijen rond 2020 op de markt zullen verschijnen.

Gemakkelijk zal dat niet worden. Zo moet er een methode worden bedacht om de batterij te beschermen tegen vochtige lucht. Lithium vliegt namelijk spontaan in brand als het in water terechtkomt.

Bron:
Air Battery to let electric cars outlast gas guzzlers, New Scientist (2012)

Ammoniak, NH3, ruikt weliswaar niet erg lekker, maar heeft een aantl interessante eigenschappen om als autobrandstof te kunnen worden gebruikt.

Rijden op ammoniak als alternatief voor benzine

Ammoniak is vooral bekend als het kwalijk riekende goedje dat in water is opgelost in ammonia. Uit onderzoek blijkt nu dat het vrij eenvoudig is te gebruiken als autobrandstof. Bij verbranding komt in theorie alleen stikstofgas en water vrij, dus niet de door klimaatactivisten zo gevreesde CO2. Hoe kansrijk is ammoniak als autobrandstof?

Ammoniak als brandstof
Ammoniak, NH3, ruikt weliswaar niet erg lekker, maar heeft een aantal interessante eigenschappen om als autobrandstof te kunnen worden gebruikt.

Wat is ammoniak?
Ammoniak, NH3, bestaat uit een stikstofatoom (N) waaraan drie waterstofatomen (H) zijn verbonden. Ammoniak bestaat uit twee veel voorkomende atoomsoorten: onze atmosfeer bestaat voor viervijfde uit stikstofgas en waterstof zit onder andere in water. Het molecuul heeft een positieve lading aan de kant waar de drie H-atomen zitten en een negatieve lading waar het N-atoom zit. De positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan. Net als water, H2O, heeft ammoniak daarom een voor zo’n klein en licht molecuul hoog kookpunt: 33 graden onder nul. Daarom is het gas makkelijk onder hoge druk als vloeistof op te slaan.

Als ammoniak verbrandt, gaat dat volgens de chemische reactie 4 NH3 + 3 O2 ->2N2 + 6 H2O. Hierbij komt per kilo ammonia 22 megajoule vrij, dat is ongeveer de helft van de meer dan 44 MJ die bij benzineverbranding vrijkomt. Ammonia is dichter dan benzine, dus de energie per liter verschilt minder: 20 MJ versus 31 MJ. Dit is te vergelijken met ethanol (alcohol). Met een iets grotere tank zou je dus ook met ammonia grote afstanden kunnen afleggen.

Nadeel is wel de penetrante geur en overlast voor de omgeving. Juist om die reden worden er aan varkenshouderijen zware eisen aan de maximale ammoniakuitstoot gesteld. Bij zeer hoge concentraties is het gas dodelijk. De veiligheidslimieten voor ammoniak zijn met 50 ppm vergelijkbaar met die voor benzine. Ammoniak is echter niet kankerverwekkend: ons lichaam maakt de stof zelf aan, als afbraakproduct van eiwitten.

Ammoniak ideale vervanger voor benzine?
Volgens John Fleming van SilverEagles Energy in de Texaanse universiteitsstad Lubbock is om deze redenen: schone verbranding, redelijk hoge energiedichtheid en makkelijk als vloeistof op te slaan, ammoniak de logische keus.  De infrastructuur voor benzinetransport hoeft voor ammoniak niet omgebouwd te worden. Fleming en Tim Maxwell van de Texaanse technische universiteit in dezelfde plaats ontwikkelen een systeem dat gebruikt kan worden om ammoniak in vulstations te produceren. Dit gebeurt in twee stappen: in de eerste stap wordt water met elektriciteit gesplitst in waterstof en zuurstof, in de tweede stap wordt er ammoniak van de waterstof gemaakt door stikstof uit de lucht bij te voegen. Dit proces, het Haber-Bosch procédé, is de manier waarop ammoniak voor kunstmest wordt gemaakt en is verantwoordelijk voor 0,75% tot 1% van het totale energieverbruik in de wereld. Hun reactor is veel kleiner en kan ammonia vrij goedkoop maken.

Hun systeem heeft wel wat weg van een motor. In de eerste stap worden waterstof en stikstof snel in een zuiger samengeperst, waardoor de temperatuur oploopt tot vierhonderd graden. Dit hete mengsel wordt in de volgende kamer gelaten met roest als katalysator waardoor de stikstof en waterstof sneller met elkaar reageren tot ammonia. In een derde kamer decomprimeert het mengsel tot kamertemperstuur  en drijft zo de zuiger aan waarmee het gas in de eerste stap wordt samengeperst. Dit bespaart de nodige energie. Uiteindelijk wordt het hele gasmengsel gekoeld tot -75 graden, waardoor de ammonia condenseert en kan worden geoogst.  De onderzoekers claimen dat deze stap voor omgerekend iets meer dan $ 0,20 (15 eurocent) per liter kan plaatsvinden.

Het hele systeem past in een zeecontainer en kan zo naar tankstations worden gereden. Hun installatie kan tussen de 4000 en 40 000 liter vloeibare ammonia per dag produceren. Dat is voldoende voor 100 tot 1000 tankbeurten per dag.

De visie van SilverEagle voor de stikstof-waterstofeconomie. Hun plan: de VS helemaal onafhankelijk maken van buitenlandse energieleveranciers. Klik voor een vergroting.
De visie van SilverEagle voor de stikstof-waterstofeconomie. Hun plan: de VS helemaal onafhankelijk maken van buitenlandse energieleveranciers. Klik voor een vergroting.

Hoe kom je aan de waterstof?
Hete hangijzer is uiteraard de waterstof. Weliswaar komt een beetje energie vrij bij de reactie van waterstof en stikstof tot ammoniak, maar die waterstof moet met heel veel energie gemaakt worden.  Fleming en Maxwell beweren ook dit ‘probleempje’  opgelost te hebben. Standaard elektrolyseapparatuur bestaat uit meer dan honderd twee-voltelementen achter elkaar, m.a.w. in serie. Flemings toestel verlaagt het voltage met een transformator van de Amerikaanse netspanning van 240 volt naar 1,75 volt. Hierdoor volstaan slechts acht cellen, wat uiteraard veel goedkoper is om te fabriceren en te onderhouden. Volgens Fleming kan hij voor $2,80 (plm. 2 euro) per kilo waterstof produceren. Dit is de helft van de normale kosten van elektrolyse.

Bijmengen van ammoniak in benzine kan nu al
De auto’s van nu kunnen al op een mengsel waarin 10% ammonia bij is gemengd rijden volgens Fleming. Flexibele-brandstof voertuigen, die rijden op een mengsel van benzine en ethanol, kunnen zelfs op 85% ammonia rijden. Zulke auto’s hebben geavanceerde elektronica aan boord die aan de hand van metingen aan de brandstof, het gedrag van de motor (ontstekingstijden, hoeveelheid brandstofinspuiting) e.d. aanpassen. Herprogrammeren van deze software is in principe voldoende. Ook moet het voertuig een speciale tank krijgen om de ammonia onder druk in op te kunnen slaan.   Op dit moment werkt het team aan een 100% op ammonia rijdende motor. Deze wekt elektriciteit op uit de beweging van de zuigers, waarmee weer elektromotoren die de wielen aandrijven, worden aangedreven.

Compacte kunstmestfabriek en energieopslag voor ontwikkelingslanden
Of het apparaat een succes gaat worden is onbekend. Wij zien in ieder geval alvast één toepassing: als compacte kunstmestfabriek voor ontwikkelingslanden. In Nepal heb je bergdalen die alleen met een dagenlange voettocht te bereiken zijn. Dit zijn ook gebieden waar veel honger is. Een dergelijke fabriek, aangedreven op zonne-energie of waterkracht, zou wel eens heel wat mensenlevens kunnen redden. Ook is de ammonia uiteraard een bruikbaar opslagmiddel van energie. Daarmee kan je een generator aandrijven in de avonduren.
Misschien een wat nederige toepassing vergeleken met de verstrekkende plannen van de oprichters[2], maar het zou heel interessant kunnen zijn.

Bronnen
Portable ammonia factories could fuel car – New Scientist (2011)
Production of Carbon Free Liquid Fuel and Fertilizer (bedrijfswebsite)

Doorbraak elektrische auto: hoge-capaciteit energieopslag opgeladen in enkele minuten

Onderzoekers hebben een apparaat ontwikkeld dat geen batterij of ultracondensator is, maar wel de voordelen van beide heeft. Dat wil zeggen: evenveel energieopslag als een batterij en even snel op te laden als een ultracondensator. Het nieuwe apparaat werkt door grote hoeveelheden lithiumionen snel tussen elektroden heen en weer te pompen. De snelle oplaadtijd neemt een belangrijke barrière weg voor de komst van goedkope elektrische auto’s. Ook kunnen hiermee de beruchte piekvermogens van windmolens en andere alternatieve energievormen worden opgevangen.

Nieuw energieopslagsysteem laadt auto's in minuten op
Nieuw energieopslagsysteem laadt auto's in minuten op

Revolutionaire uitvinding
De onderzoekers noemen hun uitvinding “lithium-ion uitwisselcellen met grafeen oppervlakte”, of kortweg surface-mediated cells (SMC’s). Hoewel de apparaten nog lang niet uitontwikkeld zijn – zo zijn de materialen nog niet optimaal – presteren ze nu al beter dan lithium ion-accu’s en supercondensatoren. De nieuwe energieopslag kan 100 000 W per kg cel leveren, wat honderd maal hoger is dan wat een lithium-ion batterij kan leveren en zelfs tien keer hoger dan supercondensators, tot nu toe de recordhouder. Om een indruk te geven: 100 000 watt is evenveel vermogen als 500 gemiddelde mensen kunnen leveren. Ook slaan de nieuwe cellen 0,16 kWh per kg op, vergelijkbaar met lithiumbatterijen en dertig maal zoveel als ultracondensatoren.

Volgens Bor Z. Jang, medeoprichter van Nanotek, kunnen met de huidige SMC en lithium ion-batterijen elektrisch voertuigen even ver rijden. Net als lithiumbatterijen kunnen de SMC’s nog verder worden verbeterd (waardoor ze meer energie op kunnen slaan dan nu). Hierbij houden ze echter hun beslissende voordeel: ze kunnen in minder dan een minuut worden opgeladen, waar een lithiumbatterij in elektrische voertuigen uren opladen vergt.

Tot nu toe: snel leeg versus traag opladen
Tot nu toe moesten autobouwers kiezen tussen twee kwaden. Ultracondensatoren slaan hun energie op als elektrische lading. Ze kunnen heel snel opgeladen worden, maar hun capaciteit is maar laag. Batterijen, aan de andere kant, kunnen veel energie per kilogram opslaan maar kunnen alleen in lange tijd opgeladen worden. Het gevolg is dat voor elektrische rijders even onderweg tanken er niet inzit. Doorgaans hangen de auto’s de hele nacht aan het stopcontact. Ook kunnen batterijen tien keer zo weinig piekvermogen leveren als condensatoren. Overigens is dit nog vergelijkbaar met motoren op fossiele brandstof. Met hun fundamenteel nieuwe concept maken Jang en zijn collega’s al deze problemen een non-issue.

Het geheim van de SMC
Ook bij dit apparaat is (zoals bij wel meer technische doorbraken) grafeen verantwoordelijk. Beide elektroden bestaan uit atoomdikke laagjes grafeen. Daardoor kennen ze een werkelijk gigantische oppervlakte. Bij het maken van de cel plaatsen de onderzoekers vast lithiummetaal aan de anode (positieve elektrode; pluspool). Gedurende  de eerste ontlading wordt het lithium geioniseerd, waardoor er veel meer lithiumionen vrijkomen dan in een gewone lithiumbatterij. Dit verklaart het veel hogere vermogen en de snelle laadtijd. Als de batterij wordt gebruikt, migreren de ionen door een vloeibare elektrolyt naar de kathode (minpool), waar de ionen de poriën binnendringen en zich op het enorme grafeenoppervlak in de kathode hechten. Gedurende het weer opladen beweegt de zee van lithiumionen weer snel van kathode naar anode. Zie afbeelding rechts. Elk lithiumion hoeft maar heel kort te reizen, in de orde van duizendsten van millimeters, waardoor de SMC extreem snel wordt opgeladen.

Omdat de ionen worden uitgewisseld tussen de poreuze oppervlakten van de elektroden en niet diep in de elektrode moeten reizen, zoals in batterijen, is het tijdvretende proces waarbij de lithiumionen in de elektroden moeten worden afgezet, niet meer nodig. Dit proces maakt dat het opladen van batterijen zo lang duurt.

Nog meer goed nieuws is dat het apparaat nu al goed presteert terwijl het nog steeds niet is geoptimaliseerd. Verwacht dus een veel hogere capaciteit in de komende jaren. Ook kan deze energieopslag heel vaak achter elkaar worden opgeladen. Na duizend keer opladen, dat staat ongeveer gelijk aan twintig jaar autogebruik als mensen een keer per week tanken, is de capaciteit nog 95%. Zelfs na tweeduizend keer opladen was de capaciteit niet ernstig verminderd.

Alles klaar voor de elektrische revolutie
Jang verwacht geen grote hordes die nog genomen moeten worden om deze vorm van energieopslag op grote schaal uit te rollen. Weliswaar is grafeen nog steeds peperduur, maar de productie wordt nu steeds grootschaliger gemaakt. De productiekosten van grafeen zullen de komende drie jaren enorme dalen, aldus Jang. Wel zal er vermoedelijk een enorm lithiumtekort ontstaan. Gelukkig zit er in zeewater heel veel lithium, dat met voldoende energie hier uit te halen is. Zoals zo veel dingen komt ook dit dus neer op een energieprobleem. En dat is oplosbaar. Kortom: dumpen, die olieaandelen.

Bronnen
Bor Z. Jang, et al. “Graphene Surface-Enabled Lithium-Ion Exchanging Cells: Next-Generation High-Power Energy Storage Devices.” Nano Letters (2011)
New energy storage device could recharge electric vehicles in minutes, physorg (2011)

De autowegen in de VS worden steeds leger. De boosdoeners: internet en vergrijzing.

Het nieuwe autoloze tijdperk

De auto is op zijn retour. Zelfs in de bakermat van de autocultuur, de Verenigde Staten, worden er steeds minder rijkilometers gemaakt en de autoverkoop is nu nog maar de helft van wat deze halverwege de tachtiger jaren was. Peak car is al een paar jaar een feit in de westerse wereld. Wat zijn de oorzaken?

De autowegen in de VS worden steeds leger. De boosdoeners: internet en vergrijzing.
De autowegen in de VS worden steeds leger. De boosdoeners: internet en vergrijzing.

Is het uit tussen de westerse maatschappij en de auto? Een onbereikbare droom voor klimaatactivisten is zich op dit moment aan het voltrekken. Hoewel ouderen en gezinnen met jonge kinderen aan hun auto vasthouden, leiden de vergrijzende bevoking en een nieuwe, minder auto-minded mentaliteit onder de jongeren tot een structurele daling van het aantal auto’s. Het aantal verkochte auto’s is structureel aan et dalen in de VS en ook hier. De auto’s die het meeste verkocht worden zijn klein, licht en zuinig. Ook is het autobezit per hoofd van de bevolking aan het dalen, zo ook het aantal reizigerskilometers via de auto.

Voor een deel komt dit omdat de bevolking ouder wordt. Ouderen hebben minder behoefte aan reizen met de auto. Ook zijn de buitenwijken nu uit. Wie het kan betalen woont het liefste in een appartementje in de binnenstad. Aan een auto heb je niet zoveel in een grote stad.  Een groot deel van de dag staan ze vast in verkeersopstoppingen of voor een verkeerslicht. De grote uitgaven voor een auto kunnen, vinden steeds meer mensen, beter aan wat anders besteed worden. Het gebruik van overige vormen van vervoer, variërend van de fiets tot de trein en tram, stijgt nog steeds. Maar voor hoe lang? Immers: sociale media nemen steeds meer de noodzaak weg om elkaar direct te zien voor een gesprek.

Overigens groeit het autogebruik in de ontwikkelingslanden nog steeds snel. De vraag is ook hier: hoe lang nog. Ook bewoners van Sao Paulo en Delhi zitten met volkomend vastzittend verkeer. Er is een optimaal aantal auto’s op de weg. Stijgt de voertuigdichtheid boven deze waarde, dan staan auto’s meer stil dan dat ze rijden. Ook in de ontwikkelingslanden is dus de verwachting dat het aantal auto’s hier uiteindelijk zal stabiliseren. Deze auto’s zullen niet meer op olie rijden – die is tegen die tijd zeer schaars en duur – maar op zuinige en goedkope elektromotoren. De snelle vorderingen in ultracondensatoren en batterijtechniek brengen dit dan binnen bereik.

Meer informatie
The Road… less traveled (Brookings Institute, 2008)

Het prototype van de Daedalus.

Vliegtuig zonder vleugels

Hoe hadden vliegtuigen er uit gezien als er er nooit vogels waren geweest die mensen als de gebroeders Wright hadden geïnspireerd? Het Oostenrijkse bedrijf Austrian Innovative Aeronautical Technology (IAT21) heeft een nieuw type vliegtuig onthuld dat vliegt zonder vleugels of rotors op de luchtshow van Parijs.

Het prototype van de Daedalus.
Het prototype van de Daedalus.

Het nieuwe vliegtuig is D-dalus genaamd (vermoedelijk genoemd naar de legendarische Daedalus, die zijn zoon Icarus verloor toen deze met de door Daedalus gemaakte wassen vleugels te dicht bij de zon in de buurt kwam) Het vliegtuig vloog niet daadwerkelijk op de show. Volgens de presentatoren  is het vliegtuig zowel in staat op dezelfe plaats te blijven zweven als vooruit te vliegen met de snelheid van een straalvliegtuig, dit alles met erg weinig geluid.

De natuurkunde erachter is niet erg opzienbarend en al eerder gebruikt. Snel roterende schijven, omringd door propellorbladen waarvan de stand tijdens de vlucht kan worden veranderd. De schijven draaien door middel van vier standaard vliegtuigmotoren. Geavanceerde computerbesturing stelt het toestel in staat om zeer precies te vliegen, zoals vlak naast een muur blijven zweven, door gebouwen heenvliegen en zelfs bij zware wind boven een schip blijven zweven. Hiermee heeft het vlieggedrag van het tuig veel weg van het gedrag van UFO’s. Op dit moment is alleen een onbemand prototype gebouwd.

Een vliegtuig zonder vleugels kan alleen in de lucht blijven door zich af te zetten tegen de lucht. Het brandstofverbruik van dit vliegtuig zal dus vermoedelijk vergelijkbaar zijn met dat van een helikopter van vergelijkbare grootte, met 15 liter per 100 km ongeveer vijf keer zoveel per passagier als een groot passagiersvliegtuig.

Bron: Physorg.com

Google's onbemande auto kan na intensief lobbyen door Google straks eindelijk in de praktijk getest worden.

Mijlpaal: auto’s zonder bestuurder toegelaten in Nevada

Nevada is de eerste staat ter wereld waar het straks toegestaan is voor auto’s zonder bestuurder om over de openbare weg te rijden. Wel met de nodige strenge eisen uiteraard.

Google's onbemande auto kan na intensief lobbyen door Google straks eindelijk in de praktijk getest worden.
Google's onbemande auto kan na intensief lobbyen door Google straks eindelijk in de praktijk getest worden.

De dunbevolkte Amerikaanse woestijndeelstaat Nevada staat van oudsher bekend om de liberale wetten wat betreft gokken en prostitutie. De reden dat het gokparadijs Las Vegas zich heeft kunnen ontwikkelen. Nevada heeft nu een nieuwe primeur. De senaat heeft in juli 2011 een wetsvoorstel aangenomen dat het Department of Transport (DOT; Departement van Verkeer) toestaat, regels en richtlijnen te ontwikkelen voor het gebruik van auto’s zonder bestuurder[1]. Een voorbeeld van een dergelijke auto is Google’s conceptvoertuig. Dit is een grote stap bij de praktische toepassing van auto’s zonder bestuurder. Er is nu immers een plaats waar ontwikkelaars hun voertuigen op de openbare weg kunnen testen. Ook zullen nu waarschijnlijk andere deelstaten van de VS en andere landen volgen.

De wet voorziet er in dat het Departement van Verkeer van Nevada “regels zal ontwikkelen die het autonome voertuigen toestaan om gebruik te maken van de snelwegen in de Staat Nevada.”  De wet draagt de DOT van Nevada op, veiligheids- en prestatiestandaarden vast te leggen en vraagt het om gebieden aan te wijzen waar bestuurderloze auto’s kunnen worden getest. (N.b.: dit kan nog erg veel tijd kosten: Japan, bijvoorbeeld, heeft al jaren geleden standaarden voor huishoudelijke robots beloofd en deze nog steeds niet vrijgegeven. Daartegenover: de overheid van de Amerikaanse deelstaat Nevada is aanmerkelijk kleiner en liberaler dan de nogal dwangneurotische en perfectionistische Japanse overheid).

De volledige tekst van het wetsvoorstel is onder [2] te vinden.

Bronnen:
1. Assembly Bill 511, Stanford University
2. Wettekst, State of Nevada

Het Interstellar Solar Sail, een van de kansrijkere concepten om naar de sterren te kunnen reizen.

Pentagon zoekt genie om naar de sterren te helpen reizen

DARPA, het onderzoeksbureau van het Pentagon, wil dat iemand een manier bedenkt om naar de sterren te reizen. De winnaar krijgt een half miljoen dollar met het idee. Deze maand hebben honderdvijftig mededingers zich aangemeld. Het plan is om interstellair reizen in ongeveer een eeuw mogelijk te maken.

Het Interstellar Solar Sail, een van de kansrijkere concepten om naar de sterren te kunnen reizen.
Het Interstellar Solar Sail, een van de kansrijkere concepten om naar de sterren te kunnen reizen.

Het nieuwe zogeheten 100-year Starship Study concept komt van het Defense Advanced Research Projects Agency. het bureau besteedt in totaal een miljoen dollar aan het project. Nadat de deelnemers deze herfst presentaties op een conferentie in Orlando, Florida, hebben gegeven, beslist DARPA in december wie recht heeft op de prijs.  De half miljoen is “seed money”, bedoeld om onderzoek te kunnen doen naar het winnende concept. Hiermee kan het dan vanuit de privésector van de grond komen, aldus David Neyland, directeur van DARPA’s afdeling tactische technologie op een persconferentie.

Hij zei er bij dat het hier niet gaat om een reis naar een buurplaneet, zoals Mars, of het sturen van robotsondes. Het ministerie van Defensie is daarin niet geïnteresseerd.

Dit is geen eenvoudig probleem. De interstellaire afstanden zijn enorm. Het licht reist in ongeveer vijf uur van de aarde naar Neptunus, de buitenste planeet. Het licht doet er maar liefst vier jaar over om de dichtstbijzijnde ster, het Alfa-Centauri sterrenstelsel dat uit drie sterren bestaat, te bereiken. Dat is bijna zevenduizend keer zo ver: 25 biljoen kilometer. Deze afstanden zijn zo groot dat een reis waarschijnlijk honderden jaren duurt. Met onze snelste raket van nu zou het meer dan vierduizend jaar duren.

Voor deze reis moeten dus oplossingen bedacht worden voor een verblijf van honderden jaren in de ruimte, wat ethische dilemma’s, geneeskundige vraagstukken, voedselvoorziening en zelfvoorziening op de agenda zet.

Eén van de geïnteresseerden is wetenschapper en miljonair Craig Venter, die mee deed met de poging het eerste menselijke genoom in kaart te brengen. Hij doet nu onderzoek op het gebied van kunstmatig leven en alternatieve brandstoffen.

“We willen de verbeelding van mensen prikkelen.”, aldus Neyland.

Uiteraard zijn er ook in de door economische tegenspoed geteisterde Verenigde Staten de nodige criticasters op dit plan. Steve Ellis, vicepresident van de anti-belastingorganisatie Taxpayers for Common Sense, zegt, “Als je naar het universum van mogelijkheden (sic) kijkt waar we geld aan kunnen besteden, moet dit vrij laag op het prioriteitenlijstje komen te staan.” Maar dan nog. Een miljoen dollar. Daar doe je nog niet eens een paar uur Irakoorlog van en laten we eerlijk zijn. Dit is een stuk leuker en fantasievoller dan het zoveelste zinloze bloedvergieten.

Bron:
100 Year Starship Study

Clusters calciumatomen met zes waterstofatomen hangen als druiventrossen aan een traliewerk van koolstofatomen, het carbyn.

Doorbraak waterstofopslag in benzinetank

Het gebruik van waterstof als autobrandstof of voor vliegtuigen wordt nu eindelijk echt interessant door een spectaculaire ontdekking.

Calciumdruiven aan koolstofranken
Een netwerk van met calcium ‘gedecoreerd’ carbyn is in potentie in staat zoveel waterstof op te slaan dat het ruim voldoet aan Amerikaanse normen om als “groene” alternatieve energiebron voor voertuigen te dienen, ontdekten onderzoekers van Rice University, een universiteit in de Texaanse stad Houston.

Clusters calciumatomen met zes waterstofatomen hangen als druiventrossen aan een traliewerk van koolstofatomen, het carbyn.
Clusters calciumatomen met zes waterstofatomen hangen als druiventrossen aan een traliewerk van koolstofatomen, het carbyn.

Nanomaterialen gebruiken als middel om energie op te slaan is de laatste jaren in hoog tempo populairder geworden. Geen wonder. De mogelijkheden blijken ongekend. Onder andere nanobuisjes en nanolinten worden onderzocht. Maar ze denken niet klein genoeg, toont nieuw onderzoek van theoretisch natuurkundige Yakobson aan. Boris Yakobson, hoogleraar materiaalkunde, werktuigbouwkunde en scheikunde aan Rice, is de auteur van een artikel in Nano Letters. Vergeleken met carbyn zijn nanobuisjes veel te log. Carbyn is in feite een koolstofketen die als het ware van grafeen af is getrokken, als een wollen draad uit een  trui. Dunner dan een draad van één atoom dik kan niet, aldus Yakobson.Vandaar dat het nieuwe materiaal opmerkelijke eigenschappen heeft.

Opslag bij kamertemperatuur
Carbyn is een exotisch materiaal, zo heeft elk koolstofatoom in carbyn meerdere vrije elektronen wat het extreem reactief maakt. Recente experimenten laten echter zien dat het kan worden vervaardigd en gestabiliseerd bij kamertemperatuur, de temperatuur waarbij opslag het interessantst is. Uiterst belangrijk, want andere nanomaterialen als koolstofnanobuisjes, buckyballs en grafeen zijn alleen effectief voor de opslag van waterstof bij zeer lage temperaturen – wat toepassing in bijvoorbeeld auto’s veel lastiger maakt.

Het calcium dient als ‘lokaas’ voor de waterstofmoleculen en maakt opslag bij kamertemperatuur mogelijk voor carbyn. Carbyn heeft veel weg van een tralienetwerk en kan in theorie ongeveer vijftig procent van zijn gewicht in waterstof opslaan, ver boven de 6,5 % die het Amerikaanse ministerie van Energie tot doel heeft gezet voor 2015. Deze ‘zwakke’ binding werkt echter alleen bij zeer lage temperaturen, aldus Yakobson. Althans: zonder calcium. Calcium geeft de absorptie van waterstof zoveel bindingsenergie (0,2 eV, dit is ongeveer de bindingsenergie waarmee watermoleculen aan elkaar zitten) dat deze ook bij kamertemperatuur nog plaatsvindt. Calciumatomen gaan niet op een kluitje op elkaar zitten, dus kunnen ze als druiven op een wijnrank aan de carbynketen hangen. Elk calciumatoom kan tot zes waterstofatomen binden. Dit zou het netwerk rond de acht procent van zijn gewicht in waterstof op kunnen laten staan. Iets boven de 6,5% die als drempelwaarde wordt gezien. Dit kan door de luchtige structuur van carbyn, waardoor er meer ruimte is voor waterstofatomen in de lege ruimte tussen de ketens.

Hoe kan dit materiaal worden vervaardigd?
Yakobson en zijn collega’s hebben verschillende methoden bedacht. In één configuratie, die veel weg heeft van metaal-organische frames, wordt een diamantachtig rooster vervaardigd. Zo kunnen ongeveer vijf waterstofatomen per calciumatoom worden geabsorbeerd. Het aantal koolstofatomen in elke tak zou de totale capaciteit bepalen. In een andere methode stelden ze voor met calcium ‘versierde’ koolstofketens van grafeen te trekken, wat zou kunnen dienen als raamwerk.

Volgens Yakobson is nog niet zeker welke vorm gaat werken en welke vorm deze in gaat nemen. Hij denkt dat het met enig geluk mogelijk is dat in drie tot vijf jaar dit concept productierijp is. Dus wie weet zullen we over vijf tot tien jaar rondrijden met een tank gevuld met calcium nanodruiventrossen, badend in waterstof…

Bron:
Carbon ‘grapevine’ may store hydrogen, Physorg (2011)
Calcium-Decorated Carbyne Networks as Hydrogen Storage Media, Nano Lett., 2011
Carbon ‘grapevine’ may store hydrogen -Rice University lab shows potential of calcium/carbyne lattice to power vehicles, Rice University (2011)