Techniek

StarTram: tram naar de sterren

Met een nieuw, visionair plan willen enkele ruimtewetenschappers de ruimte definitef openleggen. De meest uitgebreide versie van Startram kan zelfs mensen voor de kosten van een rond-de-wereld ticket in low earth orbit brengen.

StarTram, een soort rail gun?

Het voorgestelde lanceersysteem Startram werkt niet met raketten of raketbrandstof, maar door elektromagnetische aandrijving. Elektromagneten versnellen een gemagnetiseerde drager op rails en lanceren de lading uiteindelijk in de stratosfeer. Er zijn al veel plannen ontwikkeld voor een magnetische accelerator, zowel in science fiction als op NASA-tekentafels, maar tot nu toe is geen het laboratoriumstadium voorbij gekomen.

StarTram
StarTram in actie. Bron: StarTram

Volgens de bedenkers van Startram heeft hun geesteskind wel kans van slagen. Startram maakt gebruik van nu al verkrijgbare technologie en is volgens de bedenkers commercieel haalbaar. Dus zou in principe gebouwd kunnen worden. Een van de ontwikkelaars is dr. James Powell, mede-uitvinder van supergeleidende maglev treinen. Mede-initiatiefnemer dr. George Maise, een ruimtevaartingenieur die hiervoor aan Brookhaven National Laboratories verbonden was, heeft voldoende ervaring om dit idee in praktijk te brengen.

Alleen vracht voor 20, of ook passagiers voor 60 miljard

De bedenkers hebben twee verschillende modellen voorgesteld: een versie die alleen vracht kan vervoeren (Generation 1). Dit model kost ongeveer 20 miljard dollar (plm. 16,3 miljard euro, zeg maar een klein bankreddinkje a la ABN Amro) en tien jaar om te bouwen. Deze versie kan tegen een hoge berg gebouwd.

De krachtiger passagiersversie, Generation 2, zou rond de 60 miljard dollar kosten (plm. 47 miljard euro, een achtste van wat er in Afghanistan doorheen is gedraaid om de Afghanen te “bevrijden” van zichzelf). Deze uitgebreidere versie kan in rond de 20 jaar voltooid worden. De Generation 2 is maar liefst 1609 km lang en reikt tot een hoogte van 20 km in de stratosfeer. De lancering werkt door miljoenen ampères stroom door zowel  supergeleidende kabels op de grond, als door een kabel boven de buis te sturen. Deze (in tegengestelde richtingen bewegende) stromen stoten elkaar vervolgens af, waardoor  de buis blijft zweven.

Door de enorme lengte kunnen passagiers na een geleidelijke versnelling een snelheid van 9 km/s bereiken zonder door dodelijke g-krachten tot moes te zijn gedrukt. Bij deze enorme snelheden is de luchtweerstand enorm. Vandaar dat de elektromagnetische versnelling plaats vindt in een luchtledige buis.

Enorme kostenbesparing

StarTram
Het werkingsprincipe van de zwevende buis. Twee enorm sterke elektrische stromen stoten elkaar af.

Beide uitvinders wijzen er op dat lanceren via een Startram-achtig systeem vele malen goedkoper is dan lanceren met een raket. Een kilogram lading in low earth orbit brengen kost nu rond de tienduizend dollar. Met de Startram zou dit slechts vijftig dollar kosten, waarvan slechts een procent energiekosten. Ruimtereizigers naar het internationale ruimtestation ISS kunnen hun ticketkosten drukken van 20 miljoen tot vijfduizend dollar.

Is StarTram een realistisch plan?

Onderzoekers van Sandia National Laboratories hebben het plan doorgerekend, op zoek naar fouten, maar hebben geen ernstige gebreken in de opzet kunnen vinden. De voornaamste technische uitdaging is opschalen van bestaande systemen. Voor zowel de tunnel als de ruimtevaartuigen is een supergeleidende niobium legering nodig, die wordt gekoeld tot 4 kelvin. Dit is zeer koud, deze temperatuur van 4 graden boven het absolute nulpunt komt alleen binnen bereik met het zeer schaarse helium.

Dit plan zou inderdaad de ruimte open kunnen leggen en plannen om asteroïden te ontginnen of andere planeten te koloniseren realistisch maken. Zwakke punten zijn m.i. de zeer sterke magnetische velden die op worden gewekt. Dit kan de vlucht van trekvogels, alsmede de vele andere wezens  die gevoelig zijn voor magnetisme, ontregelen. En ook de krankzinnig grote hoeveelheden helium die nodig zullen zijn.

Aan de andere kant, hiermee kunnen we wel dat helium gewoon uit de ruimte halen. Want planeten als Jupiter bestaan er voor een groot deel uit. Wat denken jullie?

Verder lezen

Bron: 

Website – StarTram

Draadloze energie nu echt binnen bereik

Worden elektriciens werkeloos, nu er een revolutionair systeem voor draadloze energie is uitgevonden? Onderzoekers van de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Tokio hebben een systeem ontwikkeld om veilig elektriciteit via de ether te leveren.

Draadloze energie tot 50 watt

Dit systeem, wat de onderzoekers “room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer” noemen, kan elektronica in een heel huis of ander gebouw van draadloze energie voorzien. Volgens een nieuw onderzoeksartikel, gepubliceerd in Nature Electronics, kunnen magnetische velden door middel van deze technologie 50 watt vermogen leveren. Een van de auteurs, hoogleraar informatica en techniek Alanson Sample, zegt dat de technologie niet alleen telefoons en laptops bevrijdt van de eeuwige snoeren.

Maar, en dat is heel belangrijk, ook geïmplanteerde medische apparaten van stroom kan voorzien. En, ook, op deze manier, nieuwe mogelijkheden biedt voor mobiele robotica in huizen en fabrieken. het grote probleem bij kleine draadloze apparaten is de energievoorziening. Iedere bezitter van een telefoon of ander draadloos apparaat weet daar alles van.

Draadloze energie, zowel op grote als op kleine schaal

Het team heeft het systeem ook uitgetest in ruimtes die kleiner zijn dan een complete kamer. Bijvoorbeeld een gereedschapskist voor computers en andere gadgets. Maar de grootste waarde heeft dit natuurlijk voor medische implantaten. Een pacemaker, bijvoorbeeld, of misschien een geïmplanteerde insulinepomp. Op dit moment krijgen hartimplantaten meestal hun stroom via een draad, waardoor er een gat nodig is voor de draad. Met alle risico’s voor infectie van dien.

Werkzaamheid in een kamer

De technologie werkt gedemonstreerd door het team van de universiteit van Tokio in de kamer van ongeveer 3 bij 3 meter.

Het maakt niet uit waar je je apparaten zijn, overal in deze kamer blijven ze werken. en waar de meubels en mensen zich in de kamer ook bevonden. Dat is anders dan bijvoorbeeld met de hier eerder beschreven technologie van Xiaomi, die werkt met behulp van richtbundels.

Het vermogen is ook veel groter. Apparaten die werkten over deze nieuwe technologie waren onder meer lampen, ventilatoren en mobiele telefoons.

draadloze energie
Elk apparaat in deze kamer werkt met draadloze energie, die op wordt gewerkt via de elektrische geleidende wanden. Bron Universiteit Michigan

Systeem zonder schadelijke microgolfstraling

Dit systeem is een grote verbetering ten opzichte van bestaande draadloze technologie. Daarbij wordt bijvoorbeeld mogelijk schadelijke microgolfstraling gebruikt of moeten apparaten op speciale oplaadpunten geplaatst. In plaats van deze technologie gebruikt dit systeem elektriciteit geleidende wanden in de kamer, die oscillerende magnetische velden opwekken. Dit magneetveld wekt stroom op in de ontvangende elektrische spoel in het apparaat in kwestie, waar het apparaat op werkt.

Draadloze energie van gereedschapskist tot grote productiehal

Het systeem kan gemakkelijk worden opgeschaald naar grotere toepassingen, zoals productiehallen en kantoren, stellen althans de onderzoekers. Je hoeft alleen een elektrisch geleidend oppervlak op de muur te spuiten of aluminiumfolie aan te brengen en je bent zogezegd in business. We kunnen dus stellen dat met deze technologie aluhoedjes het laatst lachen.

Maar hoe werkt het systeem?

Het geheim is een uitgekiende combinatie van spanning in een bepaalde frequentie, condensatoren en geleidende wanden. De onderzoekers slaagden er in twee driedimensionale magnetische velden op te wekken, door rekening te houden dat met de resonantie van de kamer. Bij deze kamer van 3 m groot is dat ongeveer 1.300.000 Hz. Het eerste veld cirkelt rond het centrum van de kamer, het tweede veld gaat van hoek tot hoek. Het gevolg is dat in ieder deel van de kamer ongeveer evenveel wisselende magnetische velden op worden gewekt, waardoor een apparaat op elke plek in de kamer werkt.

De efficiëntie van dit systeem is ongeveer 37,1%. Dat is natuurlijk slecht nieuws voor het milieu, maar in principe gebruiken kleine huishoudelijke apparaten veel minder energie dan grootgebruikers als de douche, de verwarming en vervoer.

Elektriciens hoeven zich dus niet erg zorgen te maken. Ook dit systeem vergt nog de nodige installatie. Aantrekkelijk aan dit systeem voor draadloze energie is wel dat het zowel in nieuwbouw als bestaande huizen toegepast kan worden.

:

Bronnen

  1. ‘Charging room’ system powers lights, phones, laptops without wires, University of Michigan News, 2021
  2. Takuya Sasatani, Alanson P. Sample, Yoshihiro Kawahara. Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator. Nature Electronics, 2021; DOI: 10.1038/s41928-021-00636-3

Kerncentrales op zee kunnen snel gerealiseerd worden

Kernenergie is een klimaat vriendelijk alternatief voor kolencentrales. Kerncentrales op zee kunnen ook snel in gebruik worden genomen.

Kernenergie, betrouwbaar en compact

Vergelijken met zonne-energie en windenergie heeft kernenergie enkele grote voordelen. Het voornaamste voordeel van kernenergie is dat dit altijd beschikbaar is. Zomer en winter, dag en nacht. Zonnig weer of ijzige winterstorm. Dat is met zonne-energie en windenergie maar afwachten. Een ander groot voordeel van kernenergie is dat het maar weinig ruimte in beslag neemt. Vergelijk een windmolenpark of een zonneweide maar met een kerncentrale die een gelijk vermogen levert. Een ander voordeel is de geringe hoeveelheid afval. Zowel een zonneweide als vooral windmolens leveren enorm veel afval op, dat heel moeilijk is te hergebruiken. Ter vergelijking: alle afval van de kerncentrale in Borssele kan worden opgeslagen in een enkele grote schuur.

Afvalprobleem is te overzien

Kernenergie heeft twee grote nadelen. Ten eerste is dat het afvalprobleem, ten tweede het gevaar op een kernramp. Het afvalprobleem wordt in feite behoorlijk overschat. De hoeveelheid hoog radioactief afval die vrijkomt is maar klein. Om een indruk te geven, de kerncentrale in Borssele produceert per jaar ongeveer drie kubieke meter kernafval. Hiervoor in ruil levert de centrale 3,3 miljard kWh per jaar. Ter vergelijking: een kolencentrale produceert per kilowattuur 358 g kooldioxide. Als Borssele vervangen zal worden door een kolencentrale zou dat dus meer dan 1 miljard kg extra CO2 opleveren.

Omgekeerd, als in 2019 alle vijf steenkoolcentrales in Nederland vervangen zouden worden door kerncentrales, zou dat 17  miljard kWh * 358 g = rond 6 miljard kg uitstoot van kooldioxide hebben bespaard. Omgerekend is dat ruim 3% van de totale Nederlandse uitstoot. Als we trouwens ook het complete Nederlandse wagenpark van stroom zouden voorzien, in plaats van, zoals nu, van benzine en diesel, en ook de industrie, zou dit de Nederlandse CO2-uitstoot meer dan halveren. Dit, zomer en winter, 24 uur per dag. Als we een kerncentrale in het Westland zouden plaatsen, kan deze de tuinders van gratis warmte voorzien.

Risico’s van kerncentrales op zee zijn beperkt

De twee grote kernrampen, Tsjernobyl en Fukushima, deden zich voor bij verouderde, onveilige centrales. De oude reactor in Fukushima had al jaren eerder dicht gemoeten. Tot overmaat van ramp bouwde het corrupte Japanse bedrijf Tepco de centrale in Fukushima ook nog op een onveilige plaats, waar veel aardbevingen en tsunami’s voorkomen. Moderne reactoren zijn veel veiliger.

De voornaamste reden dat kernenergie niet massaal wordt uitgerold is emotioneel. Kernrampen als Tsjernobyl en Fukushima waren heel veel in de publiciteit. Toch zijn hierbij in verhouding heel weinig doden gevallen. In Tsjernobyl zijn als gevolg van straling hooguit enkele tientallen doden gevallen. In Fukushima welgeteld één. Ter vergelijking, er vallen per biljoen: kilowattuur door de mijnbouw en vervuiling rond de 100.000 doden als gevolg van het gebruik van steenkool [2]. Omdat deze doden verspreid over het jaar vallen, en wij het normaal vinden dat mensen met longkanker in het ziekenhuis liggen, maakt bijna niemand hier een punt van.

Kerncentrales op zee voorkomen rechtszaken van omwonenden

Vanwege deze emotionele bezwaren is het heel moeilijk om nieuwe kerncentrales te bouwen. Omwonenden spannen eindeloze rechtszaken aan, waardoor het tientallen jaren duurt voordat er eindelijk een kerncentrale kan worden gebouwd. Zoveel tijd hebben we niet.

Rosatom ontwikkelde deze kerncentrale op zee in zeven jaar. Rosatom kan deze centrales in enkele jaren leveren. De oplossing? Bron/copyright: rosatom.ru
Rosatom ontwikkelde deze kerncentrale op zee in zeven jaar. Rosatom kan deze centrales in enkele jaren leveren. De oplossing? Bron/copyright: rosatom.ru[1]/fair use

Drijvende kerncentrales op zee kunnen heel snel aanmeren

Zoals gezegd, zijn windmolenparken een ramp voor het milieu. Bijvoorbeeld, door de vogels die ze doden. De wieken van versleten windmolens zijn heel moeilijk te recyclen. Tot overmaat van ramp is de winning van de zeldzame aardmetalen, die nodig zijn voor de permanente magneten in windmolens, zeer milieuvervuilend. Daar hebben wij niet veel last van, maar de Chinezen die in de omgeving van deze mijnbouw leven, des te meer. Maar we kunnen toch plezier hebben van de dure infrastructuur die voor deze windmolenparken is aangelegd. Namelijk, door schepen met kerncentrales aan boord aan te meren en aan te koppelen in deze windmolenparken.

Zonne-energie een prima idee, maar dan op de daken van woonhuizen

Zonnepanelen zijn prima. Niet in zonneweides, maar op de daken van huizen van particulieren, natuurlijk. Deze kunnen prima de airconditioning van energie voorzien in de zomer. De populariteit van airconditioning stijgt snel. Door de klimaatverandering komen hoge temperaturen in de zomer immers steeds vaker voor. Zonnepanelen kunnen deze piek in de behoefte aan elektriciteit in de zomer prima opvangen.

Bronnen

  1. The floating NPP has delivered its first 10 mln kWh of electric power to the Chukotka grid, Rosatom.ru, 2020
  2. Mortality rate worldwide in 2012, by energy source (in deaths per thousand terawatt hour), Statista, 2012

Chip implanteren met injectiespuit nu mogelijk

Aanhangers van complottheorieën geloven dat een vaccinatie, een chip implanteren betekent. Nu is dat ook daadwerkelijk technisch mogelijk. Met een domme chip. Nog wel.

Chip implanteren wordt steeds makkelijker

Met de nieuwste EUV-machines van ASML is het nu mogelijk om microtransistoren met een diameter van 3 nanometer te ontwerpen. Ter vergelijking: een atoom is circa 0,032 (helium) tot 0,265 (cesium) nanometer in diameter. De atomen in de schakeling zijn gemiddeld rond de 100 nm groot. Dit betekent, dat structuren nog maar enkele tientallen atomen breed zijn, en dat er een volwaardig (Turing-compleet) computertje op zeer kleine oppervlaktes kan worden gerealiseerd.

In microscopische computers uit werk van de universiteit van Michigan uit 2018, zijn de transistoren nog relatief groot, rond de 50 nm. In principe zouden deze computertjes dus nog tien maal zo klein in diameter kunnen worden. En hiermee erg gemakkelijk om te implanteren. Het zendbereik ligt rond de 15 cm. [1] Dat is wat weinig voor communicatie met de sinistere 5G-masten van de Illuminati (of een andere groep engerds), maar mogelijk zou je het zendbereik kunnen opvoeren door een antenne toe te voegen.

Injecteerbare chip

In deze nieuwe, nog kleinere en daardoor injecteerbare chips van 2021 lijkt de grootte inderdaad nog verder te zijn teruggebracht. Columbia University bereikte minder dan ongeveer 0,2 mm. [2] Hiermee zijn deze chips ongeveer zo groot als een menselijke eicel, of grote eencellige. Voorlopig is er nog geen reden tot ongerustheid. Althans: met deze chips niet. De chips zijn namelijk “dom”. Ze bevatten alleen ‘klassieke’ elektronica, geen computer. De temperatuurmetingen worden door een passief elektronisch circuit omgezet in ultrageluid[2].

Chip implanteren met een hypodermische injectienaald.
Chip implanteren met een hypodermische injectienaald. Bron: engineering.columbia.edu, persberichten

Geluid in plaats van radiogolven

Deze chips zijn zo klein, dat ze geen radiogolven meer kunnen produceren, althans niet op de gebruikelijke manier met een zendantenne. Vandaar dat de onderzoekers gebruik hebben gemaakt van pulsen ultrageluid voor communicatie en om het apparaatje van energie te voorzien. [2] De chip is ontwikkeld om nauwkeurige metingen te kunnen uitvoeren van de temperatuur in kankergezwellen. Tumoren springen namelijk nogal verkwistend met voedingsstoffen om en zijn erg actief. Daarom zijn ze doorgaans wat warmer dan gezond weefsel. Het toestelletje is, met een andere sensor en elektronica, ook geschikt voor andere metingen, bijvoorbeeld pH en druk. [3]

Bronnen

1. A 0.04mm316nW Wireless and Batteryless Sensor System with Integrated Cortex-M0+ Processor and Optical Communication for Cellular Temperature Measurement, symposium VSLI Circuits, 2018
2. Chen Shi et al., Application of a sub–0.1-mm3 implantable mote for in vivo real-time wireless temperature sensing, Science Advances  07 May 2021: Vol. 7, no. 19, eabf6312, DOI: 10.1126/sciadv.abf6312
3. Universiteit van Columbia, persbericht

Planned obsolescence: waarom er geen eeuwigdurende gloeilamp was

De aluhoedjes hebben gelijk. Niet voor niets was er geen eeuwigdurende gloeilamp te koop. Keer op keer maken fabrikanten doelbewuste ontwerpbeslissingen om zoveel mogelijk te kunnen verkopen. Ontwerpbeslissingen, die meer vervuiling en meer uitputting van grondstoffen betekenen. Maak kennis met planned obsolescence.

Wat is planned obsolescence?

Op een gegeven moment zijn producten overbodig geworden. Soms komt dat door normale slijtage die niet te voorkomen is. Soms door technische veroudering. Of omdat ze uit de mode raken. En soms, omdat het de bedoeling is dat ze veel sneller kapot gaan dan normaal. Of achteruit gaan in functies, omdat de fabrikant, bijvoorbeeld Apple, geniepig de prestaties omlaag schaalt in smartphones. Zodat consumenten een dure, nieuwe smartphone moeten kopen. Dit laatste concept is “planned obsolescence” (geplande overbodigheid) genoemd.

De “Centennial Light Bulb” brandt al meer dan een eeuw onafgebroken, maar geeft nu veel minder licht dan in het begin. Planned obsolescence maakt dat gloeilampen korter, maar feller branden. Bron: Wikimedia Commons/LPS.1

Waarom bestaat planned obsolescence?

Voor een belangrijk deel is dit aan fabrikanten te wijten. Maar ook aan ons, de consumenten. Keer op keer kiezen we voor modeartikelen in plaats van voor kwaliteit die een leven lang meegaat. En vooral aan ons economische model. Verandering registreren we als groei. Een economie waar in hoog tempo de natuur wordt omgezet in een afvalberg, kent veel hogere groeicijfers dan een Eldorica-achtige economie, waar bijvoorbeeld auto’s honderd jaar lang meegaan en huizen een kleine eeuwigheid.

Wat zijn de gevolgen?

Voor fabrikanten is er natuurlijk een enorm voordeel: meer verkopen. Maar ook de extra werkgelegenheid die planned obsolescence oplevert doet het goed in de werkloosheidscijfers. En voor de belastinginkomsten.

De prijs die de aarde, en dus wij, hiervoor betaalt is echter erg hoog. Veel meer afval en luchtvervuiling door het fabricageproces. Een lagere levenskwaliteit. Uitputting van moeilijk vervangbare grondstoffen.

Een einde aan planned obsolescence?

Geen wonder dat ook overheden met duurzame doelstellingen nu steeds meer proberen in te grijpen. Zo heeft de Franse Assemblée in de jaren tien een boete van 300.000 euro vastgesteld voor bedrijven die zich schuldig maken aan planned obsolescence. De Europese Unie bereidt nu wetgeving voor die het verplicht stelt, om apparaten repareerbaar te maken. Dus smartphones waarvan de batterij niet meer vervangen kan worden, zullen dan tot het verleden gaan behoren.

Ook is het de vraag of er geen slimmere manieren zijn om publieke goederen als werkgelegenheid en bestaanszekerheid te produceren, dan overconsumptie met een eindeloze berg afval.

En de eeuwigdurende gloeilamp? We hebben nu iets dat in alle opzichten beter is. LED-lampen zijn vier maal zo zuinig als gloeilampen en gaan rond de 100.000 branduren mee. Dat is ongeveer een mensenleven. Honderd maal zo lang als gloeilampen in de tijd van planned obsolescence.

2D wordt 3D met pen

Een pen als 3D-printer. Kijk hoe een 2D-tekening van een bloem op een steen, na de onderdompeling in een oplossing van kalium-persulfaat verandert in een driedimensionale bloem.

3D-pennen bestaan al langer. Ze vormen een soort hand-3D printer, gevoed met een rol 3D-filament dat gebruikt kan worden om vormen in de lucht mee te tekenen.

Deze techniek werkt anders en wel met twee soorten materiaal. De ene soort, de ‘lijm’ (hier: de zwarte inkt), hecht zich zowel aan de ondergrond als aan de tweede soort. De tweede soort, hier rood, bevat een waterafstotend middel en maakt zich daarom los, als de oplossing zich onder de inkt wurmt.

In de oorspronkelijke vorm was de inkt te slap en verloor het voorwerp zijn vorm. De uitvinders verhielpen dit, door ijzer toe te voegen aan de waterafstotende inkt. Deze reageert met de persulfaationen in de oplossing en vormt een hard laagje aan de buitenkant. Dankzij dit laagje behoudt de bloem zijn vorm.

Collega’s elders in de wereld van de Zuid-Koreaanse uitvinders Sumin Lee en Seo Woo Song noemen de ontdekking een doorbraak. Het wordt nu mogelijk om 3D-voorwerpen per briefpost te versturen. De ontvanger kan deze in een ontwikkel-oplossing leggen en het 3D-voorwerp laten drogen. Ook voor de fabricage van elektronica zien ze veel toepassingen. Als het tenminste lukt om elektronische schakelingen mee te printen.

En voor creatieve kunstenaars natuurlijk.

Dit is nog maar een eenvoudig voorbeeld. In de bron staan veel complexere ontwerpen. Zoals vlinders die met hun vleugels kunnen klappen onder invloed van een magnetisch veld.

Bron

Sumin Lee en Seo Woo Song, Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings, Science Advances, 2021

Natrium reageert erg heftig met water. Bron: Wikimedia Commons

Natrium uit zout vervangt lithium – lithiumschaarste voorbij?

Lithium, dat geheel gevormd werd tijdens de eerste paar seconden dat het heelal bestond, wordt steeds schaarser. Maar we zwemmen letterlijk in natrium, uit keukenzout. Is dit de oplossing voor het steeds grotere tekort?

Licht en schaars metaal

Lithium is het lichtste metaal dat in dit universum bestaat. Een blokje van het metaal blijft op water drijven, terwijl het borrelend en fel sissend reageert met het water. Ook met de zuurstof in de lucht reageert het snel. Daarom moet je dit metaal onder olie bewaren.

Tot einde van vorige eeuw was lithium vooral bekend (in de vorm van lithium carbonaat) als geneesmiddel bij patiënten met een bipolaire stoornis. Tot de lithium-ion batterij uitgevonden werd. Het gevolg: de vraag naar het vrij zeldzame alkalimetaal explodeerde. En daarmee de prijs.

Nu is er een probleem. Makkelijk winbare lithium begint schaars te worden. Dat geldt ook voor kobalt, een onmisbaar onderdeel van lithium-ion batterijen. Dus als we elke aardbewoner van een oplaadbare stekkerauto willen voorzien, moeten we een nieuwe bron van deze metalen zien te vinden. Of… een vervanger.

Natrium vervangt lithium

In een batterij of accu springen elektronen over naar een atoom, waaraan ze sterker binden. Als bijvoorbeeld een elektron overspringt van een lithiumatoom naar een chlooratoom, levert dit ongeveer twee volt op. 3,15 volt (chloor) min 0,98 volt (lithium) geeft 2,17 volt spanning. We kunnen die elektronen weer terug geven aan lithium, door er 2,17 of meer volt spanning op te zetten. Zo laad je de accu weer op. Chloor is niet zo praktisch. Het is immers een gas. Daarom werken de meeste lithium ion accu’s met vaste stoffen, zoals kobaltoxide.

– Werkingsprincipe lithium-ion batterij

Als we een stapje omlaag gaan in het periodiek systeem, staat direct onder lithium, het metaal natrium. Weliswaar is natrium veel zwaarder dan lithium, maar chemisch gezien lijken de twee metalen erg op elkaar. Het goede nieuws is: we zwemmen in dit metaal. Letterlijk. Want elke liter zeewater bevat twaalf gram puur natrium. Het zout in onze keuken zelfs 2/5 deel.

Natrium reageert erg heftig met water. Bron: Wikimedia Commons
Natrium reageert erg heftig met water. Bron: Wikimedia Commons

Grotere massa niet zo erg

Nadeel is, dat een kilo natrium meer dan drie keer zo weinig atomen bevat als een kilo lithium. Dus, in theorie, kan er veel minder energie uitgehaald kan worden. Gelukkig blijkt dit in de praktijk mee te vallen. De anionen, dat wil zeggen: de negatieve ionen waarmee lithium en natrium zijn verbonden, zijn dezelfde. En deze anionen zijn zwaarder dan het lithium, of natrium. In totaal maakt het natrium maar hooguit 20 procent uit van de totale massa van het ontwerp. De elektrolyt (dat is het medium waar de ionen door heen reizen van de ene pool naar de andere pool), het materiaal van de polen en de negatieve ionen (anionen), zijn qua gewicht samen belangrijker.

Ook is natrium nog actiever dan lithium, waardoor 0,93 volt al genoeg is om een elektron los te wrikken. Bij lithium is veel meer nodig: 0,98 volt[1]. Dit maakt veel goed. Dit verhoogt namelijk de energie van de reactie. Natrium batterijen zijn ook veiliger dan die van lithium, kunnen tegen veel lagere en hogere temperaturen en geven hun vermogen veel sneller af. Waarom dan nog lithium, en geen natrium, in onze smartphones en laptops?

Voornaamste technische bottleneck nu opgelost

Een probleem is dat natriumatomen (en dus natriumionen) veel groter, en dus logger, zijn dan lithiumatomen. En dus moeilijker door de accu kunnen reizen. Het materiaal van de elektrode moet dus een soort “snelwegen” voor natriumionen bevatten. Twee ontdekkingen, in 2014 door een groep Japanners en in 2020 door een Zwitsers team, maken dit nu mogelijk. Beide teams hielden zich bezig met natrium-hydroboraten als elektrolyt. De Japanners slaagden er in 2014 in, dit goedje zo te verbeteren dat het Na+-ionen soepel door laat. [2] Helaas werkte dit mengsel alleen bij een zeer hete 250 graden C (523 K). Wat minder handig op je schoot, natuurlijk. Tenzij je Chuck Norris heet.

Gelukkig slaagde het Zwitserse team er in om het bereik op te rekken tot 100-700 kelvin. Dat wil zeggen, deze accu werkt zowel op de ijskoude grootste maan van Jupiter, Ganymedes, als op Mercurius. Dag en nacht. De temperatuur in huis is hiermee zeker geen probleem [3]. Nog meer goed nieuws is dat zowel boor, waterstof als natrium op aarde niet schaars zijn. Dus hebben we eenmaal een goede manier , dan kunnen we deze accu’s voor bijna niets maken.

Op dit moment werken twee Zwitserse instituten samen om een prototype van deze accu te ontwikkelen. Gaat dit lukken? En vinden zij en hun collega-onderzoekers een goedkoop productieproces uit? Dan betekent dit een grote doorbraak voor de goedkope opslag van zonne- en windenergie.

Bronnen
1. Elektronegativiteiten (tabel) – Wikipedia
2. Terrence A., Udovic et al., Sodium superionic conduction in Na2B12H12, Chemical Communications, 2014, DOI: 10.1039/c3cc49805k
3. Matteo Brighi et al., Closo-Hydroborate Sodium Salts as an Emerging Class of Room-Temperature Solid Electrolytes, Cell Reports Physical Science, 2020, DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100217

SPARC, het nieuwe MIT-experiment is veel kleiner dan de enorme reactor ITER, maar moet door de sterkere magnetische velden toch goede resultaten kunnen bereiken. Bron/copyright: MIT

Toekomstige technologie, van 2022 tot het jaar 4000

Sommige toekomstige technologie is er nu al in rudimentaire vorm. Denk aan kwantum computers en wetware, de interface tussen brein en machine. Voorspellen dat deze technologie effectiever en goedkoper wordt, is dus vrij veilig. Of dat deze nieuwe toepassingen krijgt.

Moeilijker te voorspellen is echt disruptieve technologie. Dat is technologie, die de mens vermogens geeft die deze tot nu toe nog niet had. Vooral technologie, die het gevolg is van nieuwe wetenschappelijke doorbraken. Toch doen de makers van deze video, een moedige poging. Dit op basis van bestaande trends en de bekende natuurkundige wetten.

De voorspelling in de video dat de Alcubierre drive werkt, is omstreden. Het effect waarop deze drive berust, is nog niet in een experiment aangetoond. Al vormt het warpveld waarop de Alcubierre drive berust een geldige oplossing van de algemene relativiteitstheorie.

Dat wil zeggen, geldig, als er negatieve energie bestaat op onze schaal, niet alleen maar op de schaal van kleine deeltjes. En er een methode is om deze te scheppen. We kunnen dan ook zelf wormgaten aanleggen. Daarmee zou je in principe zelfs tijd kunnen reizen.

Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay
Wormgaten en warp drives zijn nog onbewezen toekomstige technologie, maar in theorie mogelijk. Bron: Genty/Pixabay

Vind je nanotechnologie klein? Welnu, het kan nog kleiner. Stel je voor, een complete fabriek opbergen in de ruimte van een atoom. Dat kan in theorie met femtotechniek. Technologie op de schaal van een atoomkern. Mogelijk kunnen we in de toekomst de sterke kernkracht net zo manipuleren als de elektromagnetische kracht nu. Dan zouden er compleet nieuwe technieken ontstaan. En nieuwe kansen. Nieuwe dingen om mee te maken en te onderzoeken. Denk aan een bezoekje aan het binnenste van de zon, of de aarde, bijvoorbeeld. Dat, en nog veel meer, zou dan mogelijk zijn.

Nieuwe natuurwetten, toekomstige technologie

Alles staat of valt met de vraag, of onze natuurkundige wetten, de enige wetten zijn die bestaan. Of dat er mogelijk nog nieuwe wetten bestaan. Inderdaad zijn er dingen die we nog niet kunnen verklaren met de wetten die we nu kennen. Zo hebben we geen flauw idee, wat donkere materie precies is. En waar die enorme ringen vandaan komen in de hemel. Zo groot, dat ze haast wel het restant van een botsing met een ander heelal lijken te zijn. Ontdekken we nieuwe natuurwetten, dan ontdekken we ook enorm veel nieuwe potentiële apparaten.

De bindingsstekels van covid-19 (rood in deze afbeelding) zijn buitengewoon goed in het binden aan receptoren van menselijke cellen. Evolutie of genetische manipulatie? Bron: overheid VS (state.gov)

Coronavirussen: hoge mutatiesnelheid en vaccins

Maak kennis met de coronavirussen. De uitgebreide familie waartoe het virus dat covid-19 veroorzaakt, SARS-CoV-2, behoort.

Daarvan kunnen we veel leren. Bijvoorbeeld, dat immuniteit tegen coronavirussen meestal niet lang duurt. Deze virussen muteren namelijk heel snel. Daarom is het de vraag, of massaal vaccineren lang gaat helpen om covid-19 onder de duim te houden. Want andere coronavirussen die verkoudheid veroorzaken, doorbreken na ongeveer één jaar de immuniteit[1].

En er is nog meer. Daarom hieronder een video, waarin de belangrijkste coronavirussen aan de orde komen.

Coronavirussen

Het coronavirus SARS-CoV-2 is slechts één soort van de grote familie coronavirussen. En coronavirussen komen veel voor. Zelfs dertig procent van alle verkoudheden komt door een coronavirus. En covid is niet eens het gemeenste coronavirus. Bijvoorbeeld: het verwante virus dat SARS veroorzaakt, SARS-CoV, kent een hogere sterfte.

Het ergste coronavirus tot nu toe was MERS-CoV. Maar liefst 35 procent van de besmette mensen gaat eraan dood. Dit was het virus, dat in Saoedi-Arabië en omgeving dood en verderf zaaide. Maar gelukkig bleek MERS vooral de drinkers van urine van kamelen, of hun verzorgers, te treffen. Bovendien, maar weinig mensen doen dat. Maar wel waren er enkele kleine uitbraken in China en Korea.

Laatste tips

Voor onze laatste tips, klik hier. En in het kort. SARS-CoV-2 wordt vrijwel geheel via de lucht verspreid. Mensen kan je het beste buiten ontmoeten. En draag een mondkapje als je mensen ontmoet. Dit, het liefst KN95. Of, van een betere kwaliteit natuurlijk. Mijd, waar mogelijk, ruimtes met veel mensen. Draag bovendien binnen in winkels, en andere ruimtes, altijd een mondkapje. Blijf er ook zo kort mogelijk.

Vitamines

De zwaarste patiënten in de kliniek bleken zeer lage waardes van deze vitamines in hun bloed te hebben. Dus, zorg dat je voldoende (niet teveel!) vit. D en K binnen krijgt. Bijvoorbeeld, door per dag de aanbevolen dosis multi vitamines te slikken.

Belangrijk. Slik de aanbevolen dosis vitamine D en K. Niet meer. Niet minder. Zie verpakking. Deze vet oplosbare vitamines kunnen zich ophopen. Deze te veel slikken leidt tot een overdosis. Je kan ze namelijk niet uitplassen, wat met water oplosbare vitamines (B, C) wel kan.
De op de verpakking aanbevolen dosis (multi) vitamine is veilig.

Als je medicijnen slikt, raadpleeg dan eerst de bijsluiter van deze medicijnen en overleg eerst met je arts of apotheker. Sommige medicijnen, zoals digoxine, werken anders als gevolg van het slikken van vitamines.

Coronavirussen hebben bindingsstekels. De bindingsstekels van covid-19 (rood in deze afbeelding) zijn buitengewoon goed in het binden aan receptoren van menselijke cellen. Bron: overheid Usa (state.gov)
Coronavirussen hebben stekels. De stekels van covid-19 (hier rood) zijn heel goed in het binden aan ACE2 receptoren van cellen van de mens. Bron: overheid Usa (state.gov)

Bron
1. The false promise of herd immunity for COVID-19, Nature, 2020

Automatisering, vooral een zegen of een vloek?

Sinds de begin der tijden is de mens op zoek naar manieren om het leven te versimpelen. Zoals de opkomst van de computer en de industriële revolutie. Mensen zien daarom vooral voordelen in automatisering. Maar is dat terecht?

In Amsterdam rijden ‘gluurautos’ rond van Parkeerbeheer. Deze scanauto’s checken of iemand wel betaald heeft voor een parkeerplaats. Dit gebeurt door middel van nummerbord herkenning in de software. En in theorie is dit erg mooi. Zo is er bijna geen mens meer nodig voor het schrijven van boetes. Maar helaas trof deze vorm van automatisering ook veel gedupeerden. De software houdt namelijk geen rekening met een aantal factoren. Zoals de tijd van aankomst. En de trage verwerking van betalingen.[1]

Het Damplein, Amsterdam. Parkeerbeheer slingerde door automatisering onschuldige automobilisten op de bon. Wordt de 'gluurauto' het nieuwe symbool van Amsterdam?
Het Damplein, Amsterdam. Parkeerbeheer slingerde door automatisering onschuldige automobilisten op de bon. Wordt de ‘gluurauto’ het nieuwe symbool van Amsterdam? Bron: https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Lionster

Een ander voorbeeld hiervan in Amerika. Want daar wilde een gemeente een brug laten bouwen over een snelweg. En huurde een aannemer in. Deze aannemer kon met software berekenen, wat de beste bouwvorm voor de laagste kosten was. Maar er was een klein probleempje. Want al snel bleek dat de brug te laag was voor bussen. Daardoor konden mensen met een lager inkomen niet naar het strand. Dit ontwerp is natuurlijk afgekeurd.

Leidt automatisering tot de Terminator?

Is automatisering een vloek of zegen? Deze vraag is dus nog steeds lastig. Er zijn nog vele andere voorbeelden van automatisering gone wrong. Bijvoorbeeld Facebook met alle privacy problemen. En het gebruik van mobiele telefoons. Misschien zelfs de opkomst van de Terminator robot[2]. In elk geval brengt het vele vraagstukken met zich mee waar mensen niet blind voor moeten zijn.

Zou het een uitkomst zijn om een ethische commissie op te stellen voor automatisering? Wat denkt u? Want we zijn heel nieuwsgierig naar uw optiek.

Bronnen
1. Parkeerboetes door scanauto’s aanvechten loont, NOS.nl, 2020
2. Robot being trained to shoot guns is ‘not a Terminator’, insists Russian deputy Prime Minister, Independent, 2017