Chip wekt energie op uit warmte

Share Button

Een team natuurkundigen van de universiteit van Arkansas is er naar eigen zeggen in geslaagd om energie uit afvalwarmte op te wekken. Hun ontwerp maakt gebruik van de Brownse beweging: de willekeurige bewegingen op microscopische schaal door lokale oneffenheden. Hebben ze de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica gekraakt?

Wat is de Brownse beweging? 
Wat op macroschaal een oase van rust lijkt, is dat allesbehalve. De moleculen in lucht hebben alle verschillende snelheden en richtingen. Wat wij waarnemen is het gemiddelde van ontelbare miljarden moleculen die ons onophoudelijk treffen. Dit gemiddelde nemen we waar als luchtdruk. Op kleinere schaal, kleiner dan een micrometer, is er geen stabiel evenwicht meer. Geregeld treffen meer (of juist minder) moleculen het deeltje in de ene richting, dan in de tegenovergestelde richting. Als gevolg hiervan maakt het stofje een wanordelijke beweging. Deze Brownse beweging is met een microscoop waar te nemen aan bijvoorbeeld rookdeeltjes.

Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020

Een experimentele chip met de technologie. Bron/copyright: University of Arkansas, 2020

Hoe kan je hier energie uit opwekken? 
Alles wat beweegt, kan je gebruiken om elektriciteit mee op te wekken. Stel,. je zou aan het rookdeeltje een minuscule dynamo of andere generator bevestigen, dan kan je er in theorie stroom mee opwekken. Op het eerste gezicht lijkt dit een perpetuüm mobile van de tweede categorie: een machine die warmte onttrekt aan de omgeving waarmee iets nuttigs is te doen. Een dergelijk apparaat is erg handig: je kan dan je stroomabonnement opzeggen en je smartphone hoeft nooit meer aan de lader. Kortom; het klinkt te mooi om waar te zijn en dat is het ook. Want de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica verbiedt dat er bij een energieomzetting vrije energie bij komt. Of is er toch hoop?

Ja, zo blijkt uit een experiment met grafeen aan de universiteit van Arkansas. In de proefopstelling wordt het eigenlijke werk verricht door twee blaadjes grafeen tegenover elkaar. Deze één atoomlaag dikke koolstofblaadjes ‘wapperen’ voortdurend onder invloed van de Brownse beweging. Omdat ze tegenover elkaar zijn geplaatst, werken ze als een condensator. Als ze elkaar naderen, neemt de lading op beide plaatjes toe, als ze van elkaar verwijderd raken, stroomt deze weg. In de opstelling zijn twee diodes opgenomen: elektronische componenten die alleen eenrichtingsverkeer toelaten. De “gevangen” elektronen kunnen alleen via de energie-oogster (bijvoorbeeld een accu) terugvloeien. Het netto resultaat: warmte wordt omgezet in elektriciteit.

En de Tweede Hoofdwet dan?
De specifieke versie van de Tweede Hoofdwet: er ontstaan niet uit zichzelf temperatuursverschillen, lijkt met deze proefopstelling niet gebroken volgens onderzoeksleider Thibado. Op grotere schaal lijkt op het eerste gezicht echter wel degelijk sprake van een schending. Immers, als de proefopstelling afkoelt omdat er energie aan onttrokken wordt, ontstaat er wel degelijk uit het niets een temperatuursverschil met de rest van het universum. Ook is het geleverde vermogen laag, in de orde van picowatts. Zeg voorlopig dus uw elektriciteitsleverancier niet op. Maar als proof of principe is deze ontdekking uiterst belangrijk.
Het artikel is gepubliceerd in Physics Review E, een vooraanstaand natuurkundeblad.

Bronnen
Physicists Build Circuit That Generates Clean, Limitless Power From Graphene, University of Arkansas, 2020
Fluctuation-induced current from freestanding graphene, P. M. Thibado, P. Kumar, Surendra Singh, M. Ruiz-Garcia, A. Lasanta, and L. L. Bonilla, Phys. Rev. E 102, 042101
(ArXiv preprint versie)

Share Button

Germen Roding

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger