windhoos

Een tornado heeft een duizelingwekkend vernietigend vermogen. Geen wonder dat uitvinders likkebaardend naar deze natuurverschijnselen kijken. Wat zijn de mogelijkheden om een verwoestende windhoos af te tappen?

Temperatuurinversie
Het verschijnsel dat tornado’s hun vernietigende kracht geeft heet inversie. De temperatuur daalt bij grotere hoogte. Dit maakt dat de lucht op deze hoogte dichter wordt. Omdat de luchtdruk bij het toenemen van de hoogte ook daalt, blijft de dichtheid van de lucht op grote hoogte toch per saldo lager dan de dichtheid van lucht. Het verhaal verandert als waterdamp een rol gaat spelen. Waterdamp bestaat uit moleculen water, H₂O, met een moleculair gewicht van 18, iets meer dan de helft van dat van de moleculen zuurstof en stikstof (32 resp. 28) waaruit de rest van de atmosfeer bestaat. Dit maakt lucht met waterdamp lichter dan droge lucht. De reden dat vochtige lucht opstijgt. Is de temperatuurinversie heel sterk, dan stijgt de lucht heel snel. Hoog in de lucht zet de lucght uit, koelt hierdoor af en condenseert de waterdamp tot regen. Hierbij komt veel warmte vrij die de lucht nog verder opwarmt – en dus laat uitzetten, waardoor deze nog verder gaat stijgen. Naar schatting[1] is er twee keer zoveel potentiële energie opgeslagen in waterdamp als in alle conventionele oliereserves samen. Anders dan in deze oliereserves, vult de zon de waterdamp in ongeveer tien dagen weer aan.

In het Mercedes Benz Museum wordt een kunstmatige windhoos gebruikt om vuile lucht te verwijderen.

Hoe maak je een tornado?
Windhozen komen voor in allerlei formaten.  Kleine stofhozen of stofduivels duiken af en toe op als de lucht boven een oppervlak sterk wordt verhit door de zon. Langer dan enkele minuten blijven ze niet in stand. Grote  windhozen, tornado’s, zijn (gelukkig) veel zeldzamer. In Nederland komen ze ongeveer een keer per decennium voor, maar Tornado Alley in de VS wordt elk jaar geteisterd door honderden tornado’s. Hoewel veel nog niet duidelijk is wat betreft de exacte factoren voor het ontstaan van een tornado, is in grote lijnen bekend hoe tornado’s opgewekt kunnen worden.
Neem een luchtzak met een temperatuur van twintig graden boven die van de omringende lucht en breng deze in een draaiende beweging. Bijvoorbeeld met een turbine. De draaiende beweging leidt er toe dat er een onderdruk ontstaat in het centrum, die het zuigende effect veroorzaakt.

Tornado in plaats van koeltoren
Een groot probleem bij fossiele brandstofcentrales is het dumpen van de afvalwarmte, vooral in de zomer. De Canadese uitvinder René Michaud, eigenaar van Atmospheric Vortex Engine, denkt dat een kunstmatige windhoos in combinatie met de koeltoren van een kolencentrale tot 40% extra vermogen kan opleveren voor de centrale. De afvalwarmte wordt gebruikt om lucht een graad of twintig op te warmen, waarmee de windhoos op wordt gewekt. De zuigende kracht wordt afgetapt met windturbines.

De afvalwarmte wordt gedumpt hoog in de atmosfeer, buiten bereik van de broeikasgassen in de eerste kilometers atmosfeer, wat een (kleine) bijdrage zou leveren aan het verminderen van de opwarming.
De extra warmte, en vochtige lucht, kan ook geleverd worden door warm oceaanwater. Vooral voor woestijnlanden is een prettige bijkomstigheid dat de condenserende waterdamp gaat uitregenen en in een groot gebied tot 2 mm extra neerslag per dag oplevert. Dat is ongeveer de hoeveelheid neerslag die in Nederland per jaar valt en kan een woestijngebied veranderen in een savanne. In feite doet Michaud met een windhoos, wat bijvoorbeeld in Australië wordt gedaan met een zonnetoren. De windhoos neemt de functie van de schoorsteen van de zonnetoren over. Michaud ziet een grote toekomst voor zijn uitvinding. Nu zonne-energie een grote vlucht neemt, nemen de kansen voor deze uitvinding sterk af, maar het principe zal wel zijn waarde houden om afvalwarmte af te voeren.

Bronnen
1. Basic Introduction, AVE