Zonne-energie in Abu Dhabi

Het kan misschien raar lijken, maar Abu Dhabi, één van de belangrijkste oliestaten van het midden-oosten, heeft het voorbije weekend een enorm zonne-energiepark geopend.
Raar is dat natuurlijk maar op het eerste zicht, want naast de olie is er daar natuurlijk ook overvloedig veel woestijnzon.

Shams 1, zoals het park genoemd wordt, levert een vermogen van 100 MW (= 100 megawatt = 100 miljoenwatt).
Ter vergelijking: een gemiddelde kerncentrale levert ongeveer 10 keer meer vermogen, maar Shams 1 is nog maar de eerste unit een veel groter project.

Zoals op de foto hierboven misschien te zien valt gaat het hier niet, zoals bij veel van onze woningen, om fotovoltaiïsche (PV) omzetting van zonne-energie in elektrische energie, maar om een eenvoudige omzetting via parabolische spiegels:

Met de verhitte olie in de buizen wordt water in stoom omgezet en met die stoom worden turbines aangedreven die elektriciteit produceren. Het water dat in de turbines condenseert wordt via een gesloten circuit opnieuw gebruikt.
Deze wijze van energie-omzetting sluit dus dicht aan bij de klassieke elektriciteitscentrales.
Wellicht is die keuze gemaakt omwille van de hogere kostprijs van PV-omzetting, alhoewel de prijs van fotovoltaïsch materiaal de laatste jaren fel gezakt is.
Misschien dat er voor Shams 2 of Shams 3 toch naar PV-omzetting wordt overgeschakeld. Want om het rendement van de turbines op te drijven moet er ook (aanwezig) aardgas verbrand worden om de waterdamp op een hogere temperatuur te krijgen.
En het woestijnzand eist ook bijkomend onderhoud van de parabolische spiegels.
Dus ook met woestijn-zonne-energie is het nog lang niet al goud wat blinkt…

De wind uit de wieken en de gevolgen daarvan

Je zou soms kunnen denken dat er geen grenzen zijn aan windenergie. Als ‘t waait is de wind overal. En windenergie is onuitputtelijk, want wind zal er wel altijd zijn.
Het opzetten van zeer uitgebreide windmolenparken, zoals op de foto hierboven is, mits een goed gekozen plaats, een schot in de roos.
Zou je denken.
Maar volgens een recente studie van de Harvard-natuurkundige David Keith en Amanda Adams van de University of North Carolina,  is dat toch wat te optimistisch gedacht!

Achter elke windmolen ontstaat er een zogenaamde windschaduw die de wind uit de wieken neemt van een volgende turbine die in dat schaduwgebied zou geplaatst worden.
Bijgevolg bestaat er voor een groot windmolenpark een optimale indeling qua aantal turbines op een bepaalde oppervlakte en qua afstand tussen de turbines.
En daardoor is volgens die studie het geleverd vermogen van grote windmolenparken (grootte-orde 100 vierkante kilometer!) een stuk lager dan eerst gedacht: 0,5 tot 1 watt per vierkante meter in plaats van 2 tot 7 watt per vierkante meter die men verwachtte toen men geen rekening hield met de effecten van de windschaduw.

Als windenergie 10 tot 20 procent van de energiebehoeften op aarde zou moeten dekken, moeten er met windturbines terawatts (1 terawatt = 1 biljoen watt = 1.000.000.000.000 watt!) geproduceerd worden.
Met een rendement van 1 watt per vierkante meter, betekent dit nood aan immense oppervlakten windmolenparken. En bedenk dan dat windmolenparken niet zomaar overal te realiseren vallen.
Daarenboven zouden dergelijke enorme oppervlakten aan windmolens volgens Keith een grotere negatieve impact kunnen hebben op het klimaat dan de CO₂ uitstoot door gebruik van fossiele brandstoffen.

Windenergie op wereldschaal loopt dus, anders dan op het eerste gezicht gedacht, duidelijk tegen grenzen aan.
Hieronder hoor en zie je het David Keith zelf uitleggen.

Utopisch? Wie weet!

We zijn ons er niet altijd van bewust, maar de ruimte rondom ons zit eigenlijk vol energie: U.V.- en warmtestraling van de zon, warmtestraling van lichamen en voorwerpen, radio- en TV-straling afkomstig van zenders, elektromagnetische straling afkomstig van gsm-masten, van onze gsm’s zelf, van onze laptop, onze tablet, onze smartphone, onze TV enz.
Kortom we lopen met onze kop in een zee van elektromagnetische energie.

Slechts een deel daarvan proberen we de laatste decennia op te vangen en om te zetten in voor ons bruikbare andere energievormen. Zonne-energie bijvoorbeeld proberen we (met een voorlopig matig rendement) om te zetten in elektrische energie die we in onze huizen o.a. verder in warmte-energie en lichtenergie omzetten.
Maar met die andere massa elektromagnetische energie die ons omringt doen we (voorlopig) niets in die zin.
Een gemiste kans?

Er zijn onderzoekers die daar iets willen aan doen.
Aan de Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering is een groep onder leiding van prof. Manos Tentzeris er al in geslaagd om elektromagnetische energie te oogsten uit de omgeving. Ze plukken energie in een breed golflengtegebied gaande van TV-golven en FM-radiogolven tot radar.
Ze gebruiken daarvoor een goedkoop antenne-systeem dat af te printen is op papier of op een flexibele kunststoflaag. Uiteraard is die antenne gekoppeld aan een stukje geavanceerde elektronica:

Onderzoeker Rushi Vyas (vooraan) toont de elektronische schakeling.Prof. Manos Tentzeris
achteraan toont een kleine flexibele antenne (Bron beeld: Gary Meek)

Zoals je in het spectrum bovenaan dit berichtje kan zien zijn de opgevangen golven geen hoogenergetische stralingen. Bijgevolg is de geoogste energie niet erg hoog: in de grootte-orde van honderdsten van een milliwatt…
Maar door verbetering van het systeem hopen ze binnenkort tot 1 mW te kunnen capteren.
Dit zou volstaan om bepaalde biosensoren (toepassingen in de geneeskunde) te voeden en bijvoorbeeld RFID-tags uit te lezen.

Recent liet ook Dennis Siegel, een Duitse student Digital Media aan de Universiteit van Bremen, weten dat hij een zogenaamde Electromagnetic Harvester ontwikkeld heeft. Daarmee kan hij een AA batterij kan opladen door ze eenvoudig weg in de buurt van een bron van elektromagnetische straling het brengen.
In het filmpje hieronder zie je zijn “harvester” aan het werk:

Energie gewoon uit de lucht plukken: utopisch? Wie weet hebben we binnenkort allemaal zo'n "harvester" op zak!

Koeltorens sterven staande

Energiecentrales op basis van fossiele en nucleaire brandstoffen hebben volgens sommigen hun beste tijd gehad.
Alternatieven zoals wind- en zonne-energie moeten nu de fakkel overnemen.
Als ze het vuur maar brandend kunnen houden…

Weg dus met die symbolen van de oude vervuilende energiegarde.
Maar bomen sterven staande.
Koeltorens ook.

R.I.P…

Windenergie!?

In onze buurt, op zo’n 450 m afstand, komen er “binnenkort” 4 windturbines.
Lang de autosnelweg E313.
Ik heb daar persoonlijk niet zoveel problemen mee, omdat ik denk dat de nadelen (geluidshinder, reflectie, slagschaduw,…) op die afstand minimaal zullen zijn.
En dan is er nog het feit dat we toch met z’n allen zullen verplicht zijn om naar zogenaamde hernieuwbare energiebronnen over te schakelen.
Maar of windenergie daarvoor de beste oplossing is?

In die discussie wil ik ook wel eens advocaat van de duivel spelen en een fervente tegenstander aan het woord laten.
Geen Vlaming weliswaar, maar een noorderbuur: chemist, auteur en wetenschapsjournalist bij Elsevier: Simon Roozendaal.
Het kan geen kwaad om ook eens de argumenten van het anti-kamp te beluisteren.
Kijk en luister maar mee en laat me maar weten wat je er van denkt.

Rijden op water: dichterbij?

Waterstofgas als energiebron is op het eerste gezicht een interessant alternatief voor de fossiele brandstoffen waarmee we ons vandaag nog altijd behelpen.
Maar die fossiele brandstoffen zijn eindig en bij (overmatig) gebruik produceren ze (overmatig) veel CO₂, met alle nare gevolgen vandien.

Waterstof heeft dat nadelig effect niet.
Want bij verbranding van waterstofgas met zuurstof uit de lucht, ontstaat gewoon water.
En energie.

En in brandstofcellen kan die omzetting met een behoorlijk hoog rendement verlopen.
Veel belovend dus en… niet vervuilend.

Maar: waar komt dat waterstofgas vandaan?
Niet moeilijk: uit de omgekeerde reactie: de splitsing van water in waterstofgas en zuurstofgas.
En water is er op aarde in overvloed.



Evenwel: je ziet dat er ook energie nodig is om die splitsing mogelijk te maken.
En daar wringt het schoentje.
De energie die voor de splitsing nodig is, is behoorlijk hoog.
We kunnen wel zonne-energie gebruiken als bron, maar splitsing van water in waterstof en zuurstof verloopt niet zo efficiënt.
Maar misschien moeten we zeggen: verliep niet zo efficiënt.
Want en groep Australische en Amerikaanse wetenschappers hebben een katalysator ontdekt die de efficiëntie zeer sterk kan verhogen.
In een artikel in Nature dat op 15 mei gepubliceerd werd, laten ze weten dat de katalysator in kwestie een magnesiumverbinding is, die veelvuldig voorkomt als een zwarte aanslag op gesteenten in woestijngebieden en in vulkanische gesteenten in de diepzee.
Voor de liefhebbers: de magnesiumverbinding in kwestie heeft de volgende samenstelling: (Na_0.3Ca_0.1K_0.1)(Mn⁴⁺,Mn³⁺)₂O₄ · 1.5 H₂O en staat bekend als birnessiet.

Zonder twijfel een veelbelovend verhaal.
De combinatie van zonne-energie, een efficiënte katalysator en brandstofcellen, kan er dus misschien voor zorgen dat we binnen kort met onze auto op…water rijden!

Rijden op oude motorolie?

Alhoewel minder dan vroeger, moeten we toch een aantal keer per jaar de olie van onze auto- en andere motoren verversen opdat alles soepel zou blijven draaien.
De “afgedraaide” olie wordt wel gedeeltelijk gerecupereerd als smeerolie en voor verwarming, maar een groot deel komt ook bij de immer groeiende afvalberg terecht.
Zo staan er enorme hoeveelheden olie nutteloos aan de kant.

Maar misschien hebben Britse scheikundigen een erg nuttige oplossing gevonden voor dit afvalprobleem.
Op de jaarlijkse meeting van de American Chemical Society lieten ze eergisteren (28 maart) weten, dat ze een methode ontwikkeld hebben om oude olie door pyrolyse om te zetten tot herbruikbare brandstof.

Pyrolyse is een methode waarbij stoffen in andere stoffen omgezet worden door verhitting in afwezigheid van zuurstof (zodat er geen verbranding gebeurt).
Als pyrolyse ongecontroleerd uitgevoerd wordt, komt daar weinig nuttigs uit te voorschijn.
Maar de Britse scheikundigen zijn er in geslaagd om met microgolven (dus straling zoals in onze microgolfoven) én door toevoegen van een stof die de microgolven zeer goed absorbeert, afvalolie met een hoog rendement (90% zeggen ze!) af te breken in gasvormige en vloeibare producten, die op hun beurt in autogas en diesel kunnen omgezet worden.

Binnenkort(?) rijden we dus misschien op onze oude grasmachine-olie!
Maar niet te hard gelachen: de afvalolieberg zal dan misschien wel slinken, maar minder CO₂ zal er wel niet geproduceerd worden.
Ach, het is ook nooit helemaal goed…

Met waterstof de nacht door

Als je de daken in je omgeving bekijkt krijg je de indruk dat er heel wat mensen van overtuigd zijn dat zonne-energie het efficiënte en milieuvriendelijke middel is om in elektriciteitsbehoeften te voorzien.


Ik ga hier geen discussie openen over rendement, terugverdientijd enz.
Maar ik wil toch op een zwak plekje wijzen in de energie-omzetting van zonnelicht naar een andere energievorm: ‘s nachts is er geen zon en dus is er met dat systeem ook geen energieomzetting.
Die dode periode moet willens nillens overbrugd worden…
Dat betekent dat er overdag reserve-energie moet opgeslagen worden.

Batterijen zal je zeggen.
Ja, maar ondanks alle verbeteringen van de laatste decennia, zijn  de efficiëntie en de kostprijs van die dingen zijn nog altijd niet erg interessant.

Een andere mogelijkheid is opslag onder de vorm van waterstofgas.
Potentieel is er aan waterstofgas geen gebrek: elke molecule water (H₂O) bevat 2 atomen waterstof. En water is er genoeg.
Ik hoop dat de meesten onder jullie zich nog uit hun middelbaar onderwijs herinneren dat je water in waterstofgas en zuurstofgas kan omzetten door middel van elektrische stroom (elektrolyse om preciezer te zijn).

 
Het ligt dus voor de hand: gebruik een deel van de elektrische energie, overdag opgewekt door de zonnepanelen, om er via elektrolyse waterstof te maken.
En gebruik die waterstof om er ‘s nachts via een brandstofcel weer elektriciteit mee te maken.
Een brandstofcel doet eigenlijk het tegenovergestelde van de elektrolyse: ze maakt van waterstofgas en zuurstofgas weer water en de energie die daarbij vrijkomt wordt omgezet in elektrische energie.

Mooi, maar is de efficiëntie van de elektrolyse van water om waterstofgas te vormen dan zoveel beter dan die van batterijen? 
Veel hangt af van de katalysatoren die men bij de elektrolyse van water gebruikt.
Katalysatoren zijn stoffen die een chemische reactie vlotter (met minder startenergie) kunnen doen verlopen.
De Amerikaanse chemicus Daniel Nocera houdt zich intens bezig met onderzoek naar geschikte katalysatoren voor de elektrolytische splitsing van water.


Deze week heeft hij in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) weer een goedkope nieuwe katalysator voorgesteld: nikkelboraat (Ni₃(BO₃)₂).
Nocera is er van overtuigd dat dergelijke efficiënte en goedkoop te maken katalysatoren kunnen leiden tot systemen waarin hele woonblokken zelfbedruipend qua energiebehoefte kunnen worden.
Zonnepanelen op het dak van zo’n appartementenblok om met het overschot aan energie overdag en met behulp van de goedkope katalysatoren waterstofgas produceren.
Het waterstof kan in tanks opgeslagen worden om dan ‘s nachts via brandstofcellen voor de nodige energie te zorgen.
Het valt af te wachten of dit systeem van zonne-energie – waterstofgas – brandstofcel, de energiecyclus van de toekomst wordt.
Maar het ziet er volgens mij toch veelbelovend uit.
Meer toch dan gesubsidieerde fotovoltaïsche celletjes op onze Vlaamse en andere daken…

Ken je Ready-Kilowatt nog?

Ik herinner me hem nog uit mijn jonge jaren: Ready-Kilowatt.

Dat was het rare stripfiguurtje dat indertijd vaders en vooral moeders moest overtuigen van de grote voordelen om allerlei huishoudelijk werk door elektrische toestellen te laten doen: koken, poetsen (stofzuigen), roeren (mixen),…
Wat nu evident is, was dat toen nog helemaal niet.
Mijn moeder kookte op de stoof en later op het gasvuur.
Een elektrisch kookfornuis heeft ze nooit gehad.

Maar ondanks het feit dat vrijwel alles in huis nu elektrisch gaat, beseffen we toch maar slecht wat 1 kilowattuur (1 kWh) aan elektrische energie nu precies betekent.
Ik herinner me dat ik indertijd mijn leerlingen van die rare vraagstukken liet oplossen (met kostprijzen in frank (BEF) en bedragen uit de jaren ‘70 van de vorige eeuw!):

Een gezin verbruikt gemiddeld per dag: gedurende 4 uur een radio van 120 W, gedurende 5 uur 5 lampen van 75 W, gedurende 8 uur een ijskast van 250 W.
Hoe groot is het bedrag van de maandelijkse elektriciteitsrekening als 1 kWh 3 BEF kost?

Ik weet niet of de jongens en meisjes daarmee een idee kregen van wat je precies met 1 kWh elektrische energie kan doen.
Ik vrees zelfs van niet.

Maar in onze tijd van superinformatie, kan je uiteraard op internet terecht om op een interactieve en visuele wijze achter die kennis te komen.

 
Klik maar eens op bovenstaand beeld en je komt op de site Home Appliance Energy Use terecht.
Daar leer je b.v. dat je met 1 kWh een gemiddelde laptop  gedurende 20 uren aan de praat kan houden.
Je kan ook nagaan hoeveel het gemiddeld opgenomen vermogen (in Watt) van verschillende huishoudtoestellen bedraagt.
Ook de kostprijs van het verbruik in een bepaalde periode is na te gaan. Maar de resultaten zijn voor ons Europeanen zinloos omdat de kostprijs per kWh in Europa nogal verschillend is met de Amerikaanse bedragen.
En ook bij ons zijn, door het vrijmaken van de energiemarkten op 1 juli 2003, de kWh-prijzen verschillend naargelang de regio en de energieleverancier.
Toch de moeite waard om eens een kijkje te gaan nemen op die site.
Wist je b.v. dat je met 1 kWh (kostprijs rond de 15 eurocent = 6,50 BEF) een lamp van 60 W gedurende 17 uur kan laten branden? De site leert het u.
En dat alles zonder dat je een vraagstuk moet oplossen…

Zonnepanelen

Wij zijn bij ons thuis nog niet aan zonnepanelen toe.
Ik ben van mening dat de technologie nog teveel in zijn kinderschoenen staat. En dat de terugverdientijd nog te groot is.
Het zou wel eens zó kunnen zijn dat de terugverdientijd samenvalt met de levensduur van vitale onderdelen.
Daarenboven is Mia niet te spreken over het uitzicht van “die dingen op het dak”. Ze vindt dat aartslelijk.

 
Ja mooi is het niet.
En de fabrikanten weten dit blijkbaar ook.
Want er wordt druk geëxperimenteerd met nieuwe vormen.
Eén van die nieuwigheden is de panelen in de vorm van dakpannen. SRS Energy is een bedrijf dat zoiets fabriceert.

 
 
Mia vindt dat al wat beter.
Maar dat blauw kleurtje vindt ze toch nog niet erg appetijtelijk…
Naar het schijnt wordt er dan ook naarstig gezocht naar andere kleuren.
De zonnepannen zijn ook nog niet verkrijgbaar in ons landje.
Je moet daarvoor nog in Amerika zijn.
Maar als het in Philadelphia zonnepannen druppelt zal het binnenkort bij ons ook wel zoiets regenen.

Wandelen en wandelen is twee

Zowel Mia als ik zijn lid van de Romershovense wandelclub De Rommelaar.
We zijn geen super-actieve leden.
Dit jaar hebben we er nog maar een 10-tal wandelingen opzitten. Alles samen een 120-tal km.
Maar als we wandelen, slenteren we niet. We leggen er de pees op.
Wandelen is voor ons een milde sport. Maar wel een sport.


In het bijzonder voor mij, is het ook een (klein) beetje een middel om wat extra calorietjes te verbruiken.
Het zal wel juist zijn dat dit calorieverbruik evenredig toeneemt met de wandelsnelheid.
Of het om een recht evenredigheid gaat, weet ik niet. Ik heb nog geen studie kunnen vinden die dit onderzocht heeft.

Maar ik heb wel iets gevonden over het effect van de wijze waarop je armen en benen samen beweegt tijdens het wandelen.

Een groep onderzoekers onder leiding van Steve H. Collins van de TU. Delft, heeft daarover een studie gepubliceerd in The Proceedings of the Royal Society – Biological Sciences.
En wat blijkt?
Je armen stil houden langs je lichaam of op je rug tijdens het wandelen, heeft 12% meer energieverbruik tot gevolg.
En de totaal onnatuurlijke wandelwijze van je arm gelijk naar voor te bewegen als je been aan dezelfde kant, doet het energieverbruik zelfs met 26% toenemen.

Op de website van de Engelse krant The Guardian is een videootje te zien die de normale wandelgang en de twee meer-energie-verbruikende wandelwijzen toont.

Goed om weten.
Wandelen aan 5 à 6 km/h met mijn handen op mijn rug om een beetje te vermageren wil ik nog wel eens proberen.
Maar als Collins en zijn groep gelijk hebben, is Nordic Walking ook niet het efficiëntste wandelmiddel om meer calorieën te verbruiken.
Gelukkig heb ik nog zo geen stokskes gekocht.

Onze plas in onze tank

Op het eerste gezicht een beetje een vies onderwerp vandaag.
Als je er maar heel eventjes gaat over nadenken weet je het zeker: de hoeveelheden urine en vaste uitwerpselen die over de hele wereld per dag geproduceerd worden moet enorm zijn.
Bedenk maar eens hoeveel je zelf zo dagelijks produceert en vermenigvuldig dat dan met 6,7 miljard…
En als het goed gaat (maar het gaat niet altijd goed) wordt het overgrote deel van dit afval verwerkt in waterzuiveringsinstallaties.
Maar de hoge gehaltes aan stikstof in het afval verhogen de kans op contaminatie van grond- en drinkwater met nitraten en ammoniumverbindingen.

Het zou dus goed zijn mocht men er in slagen die afvalstoffen op een economisch aanvaardbare wijze om te zetten in nuttiger verbindingen.
Misschien hebben de scheikundigen onder leiding van Gerardine Botte van de Amerikaanse Ohio University wel de hoofdvogel afgeschoten.
Hoe zit dat in elkaar?
Tot nu toe verliep het proces als volgt:

Ureum (NH₂)₂CO, komt in zeer hoge concentratie voor in menselijke urine en kan door een eenvoudige chemische reactie met water H₂O, met een hoog rendement (90%) en bij lage temperatuur omgezet worden in ammoniak NH₃. Dat is al lang bekend.

Een belangrijk nadeel is dat bij deze reactie CO₂ ontstaat en dat is een gas dat we tegenwoordig kost wat kost willen vermijden.

Maar nieuw is dat de Amerikaanse onderzoekers nu de elektrolyse-methode hebben aangepast waarbij het ureum direct in de elektrolysecel wordt ingevoerd.
Het ureum wordt in de cel omgezet in NH₃ en CO₂ en de CO₂ wordt onmiddellijk omgezet tot K₂CO₃, een onschadelijk zout.
Het NH₃ wordt door de elektrolyse verder gesplitst in N₂
en H₂. Dat H₂ kan gebruikt worden om stroom te produceren via brandstofcellen.

Bron beeld: RSC – Chemistry World 2009

Die methode om H₂ te maken is blijkbaar veel minder energieverslindend dan de bereiding van H₂ door elektrolyse van water, waar men tot nu toe steeds aan dacht. En daarenboven kan men op die wijze de grote massa menselijke afvalstoffen wegwerken.

Enfin, misschien is de tijd niet meer ver af dat onze auto's echt op water rijden.
Op ons eigen water dan nog wel...

Even mijmeren over het CO2 –probleem.

Tijdens het weekend kwam er een laatstejaars van het middelbaar onderwijs in extremis nog een beetje uitleg vragen over koolstofchemie.
Het verbranden van koolwaterstoffen kwam daarbij ter sprake.

Koolwaterstoffen (KWS) zijn relatief eenvoudige stoffen die, zoals hun naam het duidelijk maakt, maar uit 2 atoomsoorten zijn opgebouwd: koolstof (C) en waterstof (H).
Een belangrijke groep van die KWS zijn in gebruik als brandstoffen: benzine, mazout, diesel,…
En bij die verbranding, komt energie vrij. Grotendeels onder de vorm van warmte.
Maar bij die verbranding wordt er ook CO₂ en H₂O gevormd.
Als we b.v. butaangas verbranden, verloopt de volgende reactie:

Ook bij biologische processen worden er koolstofverbindingen verbrand en ontstaat er CO₂ en H₂O.
Zolang die CO₂-productie de spuigaten niet uitloopt, kan de natuur die CO₂ via fotosynthese weer wegwerken en er zelfs bruikbare suikers en zuurstofgas van maken.

Maar!
De CO₂-productie loopt spijtig genoeg wel degelijk de spuigaten uit!
De fotosynthese kan niet meer volgen.
De CO₂- concentratie in de aardse atmosfeer neemt toe en zorgt voor een serre-effect. De aarde warmt op.

Mijn student wist dat ook allemaal.
En hij stelde de vraag waarom we het CO₂-probleem niet zouden oplossen door, via een chemische reactie, de CO₂ te splitsen in C en O₂.
Een goede vraag waar we eventjes over “doorgeboomd” hebben.

De wet van het behoud van energie leert ons: als er bij de verbranding van C tot CO₂ energie vrijkomt, dan zal er bij de splitsing van CO₂ in C en O₂ energie nodig zijn.
Van waar halen we die energie?
Toch niet uit de verbranding van aardolie of kolen zeker, want dan maken we meer CO₂ dan we kunnen splitsen omdat geen enkel proces met 100% rendement verloopt.
Zo eenvoudig is het dus niet.

Maar misschien kan zonlicht wel als energiebron gebruikt worden om die splitsing te realiseren.
In de Amerikaanse Sandia National Laboratories is men naarstig op zoek om CO₂ en H₂O met geconcentreerd zonlicht om te zetten in CO, H₂ en O₂.

Zoals je hierboven kan zien, kan CO + H₂ omgezet worden tot methanol.
En methanol kan als nuttige uitgangsstof voor de synthese van veel andere stoffen gebruikt worden.
Zelfs als men methanol verbrandt (als vervanger van benzines b.v.), dan is de CO₂-productie beduidend minder dan bij de verbranding van KWS: zie het cijfertje vóór CO₂ in de laatste reactie en dat vóór de CO₂ in de allereerste reactie van dit bericht.

Je ziet dat er koortsachtig naar oplossingen voor het CO₂-probleem gezocht wordt.
En om goed inzicht te krijgen in het probleem en de zoektocht naar oplossingen, is een beetje chemie nooit weg.
Mijn student had dat ook wel begrepen.
Ik hoop dat hij het goed doet op zijn examen.
Ik duim in elk geval.

Zullen de bacteriën ons redden?

Het staat onomstotelijk vast: de voorraad fossiele brandstoffen waarover we op aarde beschikken is eindig. Ondanks het feit dat er nog regelmatig nieuwe oliereserves en gasvoorraden gevonden worden, kan het niet blijven duren.
En het tempo waarin we die voorraad opgebruiken stijgt exponentieel.
Er moet dus voor alternatieven gezorgd worden. En die moeten terzelfdertijd zo weinig mogelijk het milieu belasten.

In een eerste fase zijn biobrandstoffen voor sommigen een mogelijke oplossing.
Maar onmiddellijk krijg je een reeks discussies: is het verantwoord om rijke landbouwgronden op te offeren en granen te gebruiken voor de productie van bio-ethanol?

Beeld: Teleac (aangepast)

Hoe is dit ethisch te verantwoorden met hongersnood in de wereld?
Is het aanvaardbaar dat men bos en woud kapt om er suikerriet aan te planten en daar biobrandstof van te maken?
Wat is het effect op de CO₂-uitstoot en het klimaat?
Heel wat vragen en tegengestelde belangen.

Er wordt dus koortsachtig gezocht naar andere oplossingen.
Men kan ook biobrandstof maken uit bio-afval: houtresten, zaagsel, oud papier, de niet-eetbare delen van maïs,…Dan moeten er al geen voedingsgewassen gebruikt worden.

Beeld: PWSBiobrandstof

Een andere mogelijkheid is het telen van vingergras (foto hierboven).
Deze grassoort doet het prima op arme gronden. Dan moeten er geen goede landbouwgronden gebruikt worden.

Maar bij al die pogingen om biomateriaal om te zetten in biobrandstof staat men steeds voor hetzelfde biochemisch probleem: hoe zet je de suikers in de biomassa zo efficiënt mogelijk om in ethanol?
Vereenvoudigd:

Dit is inderdaad serieus vereenvoudigd.
Want als je maisafval of zaagmeel of vingergras hebt, heb je nog geen suikers.
En als je suikers hebt, heb je nog niet direct goed omzetbare suikers zoals de glucose in bovenstaande reactievergelijking.
Er zijn dus nog heel wat stappen te zetten.
En het gehele proces moet ook economisch haalbaar en betaalbaar blijven.
Voorlopig is dat niet het geval en dus blijven de grondstoffen voor biobrandstof nog voedingsgewassen, zoals suikerriet en granen.
Omdat die rijk zijn aan gemakkelijk vrij te stellen en goed fermenteerbare koolhydraten. Een relatief goedkoop proces.

Maar er wordt ook intens naar andere oplossingen gezocht.
En dan verschijnen in alle plannen de bacteriën op de voorgrond.

Beeld: Eawag

Op de 109e General Meeting in Philadelphia van de American Society for Microbiology zijn verschillende lezingen gegeven waaruit duidelijk de overtuiging blijkt dat bacteriën een goedkoop en milieuvriendelijk alternatief kunnen worden voor aardolie.
Sommige bacteriën zouden in staat zijn om suikerriet om te zetten, niet tot ethanol en CO₂, maar tot biodiesel.
Daardoor zou er tot 80 procent minder uitstoot van kooldioxide optreden!

Timothy Donohue van de Pensylvania State University wil dan weer de purperbacterie Rhodobacter sphaeroides (zie afbeelding hierboven) gebruiken, omdat die bacterie fotosynthese gebruikt om biomassa en zonlicht om te zetten in waterstof. En waterstof kan men met brandstofcellen omzetten in elektriciteit.
Maar dat staat nog niet op punt en aan die brandstofcellen is ook nog wel wat werk…

Dichter bij de deur, aan de universiteit van Wageningen, doet milieutechnoloog René Rozendal onderzoek naar het winnen van waterstof uit afvalwater met bacteriën.

Je ziet het: in de zoektocht naar efficiënte alternatieven voor onze slinkende fossiele brandstoffen, komen die kleine wezentjes steeds nadrukkelijker in the picture.
Niet te verwonderen eigenlijk, want het zijn in feite niets anders dan wonderbaarlijke minuscule scheikundige fabriekjes.
Het is alleen nog kwestie van ze te laten produceren wat we willen en op een economisch en ecologisch verantwoorden wijze.
Als dat op termijn kan, staat de biobrandstoffen nog een rooskleurige toekomst te wachten.
Maar dat zal spijtig genoeg nog wel even duren.

Slaap je mager

Wie mij kent weet wel dat ik al sinds lang iets probeer te doen aan mijn overgewicht.
Met vallen en opstaan. Maar meer vallen dan opstaan moet ik zeggen.
Ik volg dus met belangstelling alle nieuws over methodes die tot een paar kilootjes minder zouden kunnen leiden.
Ik ben chemicus genoeg om mij niet te wagen aan pillenslikkerij.
Zo zal je me niet naar de apotheek zien rennen om daar zonder voorschrift de fameuze Alli-vermageringspil te halen.

Ik weet dat dé enige natuurlijk methode om te vermageren is: verbruik per dag meer energie dan je met je voeding opneemt.

Kies b.v. voor een uitgebalanceerd 1200 kcal-dieet en zorg dat je door bewegen en gezond sporten b.v 1400 kcal per dag verbruikt.
Meer is er niet nodig.
Tot zover de theorie. Voor de praktijk is er veel wilskracht en discipline nodig. En daar loopt het gemakkelijk mis. Ik kan er van meespreken.

Maar misschien moet ik nog een andere slechte gewoonte gaan bijwerken: ik slaap te weinig.
Ik ben er elke morgen rond 7.30u. uit.
Toch niet zó laat voor iemand met pensioenstatus.
Maar ‘s avonds kan ik er maar niet in.
Het is meestal al ‘s anderendaags vóór ik onder de dekens kruip: 1u à 2u ‘s nachts is mijn gewone doen.
En die te korte nachtrust van 5 à 6 uur per nacht zou wel eens mee aan de basis kunnen liggen van mijn kilootjes teveel.

Wetenschappers van het Amerikaanse Walter Reed Army Medical Center maakten zeer recent op de 105e International Conference of the American Thoracic Society in San Diego de resultaten bekend van hun onderzoek over het verband tussen zwaarlijvigheid en slaapgedrag.
De groep onder leiding van dr. Eliasson onderzocht 14 verpleegsters op hun slaapgewoonten, hun activiteiten en hun energieverbruik.
Tussen haakjes: dit is toch wel een erg kleine proefgroep vind ik.
Ze zagen dat de proefpersonen met de kortste nachtrust gemiddeld 12% zwaarder waren dan de langslapers. De kortslapers hadden gemiddeld een BMI (Body Mass Index) van 28,3. De langslapers hadden een BMI van 24,5.
Het rare van het geval was dat de zwaardere kortslapers over dag actiever waren en meer bewogen dan de langslapers. Ze verbruikten dus ook meer energie. Maar ze aten ook veel meer dan de langslapers zodat de balans uiteindelijk negatief overhelde en ze zwaarder werden.
Dr. Eliasson ziet een verklaring in de verhoogde stress die bij de kortslapers zou voorkomen. Die verhoogde stress zou ontstaan door het vaak minder georganiseerd zijn ten gevolge van het niet uitgeslapen zijn. De verhoogde stress kan dan volgens hem leiden tot ongezond gedrag. Teveel en ongezond eten b.v.

Dat mensen met een te korte nachtrust meer zouden eten klopt ook met onderzoek naar de concentratie aan de hormonen die bij mensen de eetlust beïnvloeden.
Het hormoon ghreline bevordert de eetlust. Het hormoon leptine remt de eetlust.
En ja hoor: bij kortslapers vond men 15% meer van het ghreline en 15% minder van het leptine. Niet te verwonderen dat die nachtuilen honger hadden.

Een slaapkuur als afslankmiddel ? Ik zie dat toch niet echt zitten.
Toch zal ik er vanavond of vannacht maar iets vroeger inkruipen.
Maar ik ga eerst nog een klein stukje chocolade sneukelen nu Mia het niet ziet.
Ik kan er echt niets aan doen: mijn ghreline-spiegel is nog te hoog van die vorige te korte nachten.
Hmm... lekker. Slaapwel!

Muesli is good for you

Ik heb hier al eens verteld dat ik (bijna) iedere dag begin met een gezond ontbijt: muesli met fruit en magere yoghurt.
Dit is ontegensprekelijk een mengsel dat de nodige koolhydraten, eiwitten en vitamines levert om de dag goed mee te beginnen.

Maar nu blijkt dat zo’n mueslietje nog veel meer in petto heeft.
De sport- en fitnessfreaks zouden er dan ook goed aan doen om eens de studie van een groep wetenschappers van de universiteit van Texas –Austin te lezen.
Veel van die sportfanaten hebben tegenwoordig de gewoonte om zich na de inspanning aan dure sportdrinks te laven. Kwestie van het vochtverlies en de verbruikte bouwstenen bij te spijkeren.


Bij intensief aan sport doen aan een hoog hartritme, verbruik je immers veel suikers en worden eiwitten in het lichaam sneller afgebroken dan ze kunnen bijgemaakt worden.
Bijgevolg is er achteraf extra aanvulling nodig om de suiker- en eiwitbalans in de spieren te herstellen.
En daar kunnen goedgekozen sportdranken wel voor zorgen.
Maar dat kost een centje: een setje Extran of Aquarius kost al snel 17 à 20€ voor 24 flesjes van 33 cl.

Hetzelfde effect is nochtans veel goedkoper te bereiken.
Vorige week heeft een onderzoeksgroep onder leiding van Lynne Kammer hierover een studie gepubliceerd in het Journal of the International Society of Sports Nutrition.
Daarin tonen ze aan dat een portie muesli met magere melk hetzelfde herstelresultaat geeft als de veel duurdere drankjes.
Voor het eiwitherstel in de spieren is zo’n bakje mueslipap zelfs effectiever.
Het komt er dus nu alleen nog op aan de bodyfreaks ervan te overtuigen om hun trendy petflesjesgelurk te vervangen door een poosje papje-lepelen. Zou dat wel lukken?

En wat mezelf betreft: de muesli heb ik al.
Aan het sporten moet ik nu toch wel echt gaan beginnen…

Dat het LED-licht schijne...binnenkort

Jullie zullen ook al wel gehoord of gelezen hebben dat de Europese Commissie plannen heeft om de gloeilamp in Europa vanaf september 2009 gefaseerd uit de rekken te halen. In 2012 moet de verkoop ervan helemaal stilvallen.
De gloeilamp wordt dan vervangen door de spaarlamp die minder energie verbruikt en minder milieubelastend zou zijn.

Wat die mindere milieulast van de spaarlamp betreft zijn er de laatste tijd wel wat twijfels gerezen. Een spaarlamp is immers niet anders dan een samengeplooide TL-lamp met, net zoals haar langere broer, een binnenkant vol giftige fluorescentiezouten (het witte poeder op de binnenkant van de glaswand) én met een kleine hoeveelheid kwikdamp. Ik ga daar niet verder op in.
Maar ondertussen is er al een geduchte concurrent van de spaarlamp op de markt verschenen: de LED-lamp. En die biedt nog veel betere energie- en milieutroeven dan de spaarlamp.

Om een gloeilamp licht te laten geven moet de gloeidraad tot 1700°C opgewarmd worden en slechts een beperkt deel van die warmte-energie wordt in zichtbaar licht omgezet. Het overgrote deel wordt weer uitgestraald als warmte zoals je al zal gevoeld hebben als je eens een kapot peertje wilde vervangen onmiddellijk nadat het de geest gaf. Er wordt maar 5% van de elektrische energie in lichtenergie omgezet.
Veel energieverspilling dus. En omwille van de hoge temperatuur ook een beperkte levensduur: gemiddeld 800 uur voor een 100 W-lamp.

Spaarlampen en TL-lampen zijn al heel wat zuiniger. Er moet toch nog wel behoorlijk wat energie ingepompt worden om de hoge spanning op te bouwen die nodig is om de kwikdamp ultraviolet licht (UV) te laten uitstralen. Dat UV-licht doet op zijn beurt de fluorescentiepoeders op de glaswand zichtbaar licht uitsturen. Dit is zogenaamd koud licht. Er gaat dus minder energie onder de vorm van warmte verloren. Bij de omzetting van UV-licht naar zichtbaar licht in de fluorescentiepoeders gaat er wel een (klein) deel energie verloren.
De spaarlampen hebben dan ook een langere levensduur dan de gloeilampen: ze leven gemiddeld 10 maal langer, dus ongeveer 8000 uur.
Het lichtopbrengst is daarenboven ook een stuk hoger: per Watt levert zo'n lamp tot 6 keer meer licht dan een gloeilamp. Je kan dus hetzelfde lichteffect bereiken met een lamp die 6 keer minder energie verbruikt.

Omwille van hun grotere efficiëntie in energieverbruik en levensduur zijn spaarlampen nu voordeliger dan gloeilampen, ondanks de nog hogere aanschafprijs

En die fameuze LED-lampen dan?
LED-lampen vragen in vergelijking met spaarlampen een veel minder hoge energie-input. En ze hebben een hogere lichtopbrengst. Het energieverbruik voor hetzelfde lichteffect is daardoor maar de helft van dat van een spaarlamp. En vergeleken met een gloeilamp verbruikt een LED-lamp zelfs 90% minder energie.
Het essentiële deel van de lampen bestaat "gewoon" uit stukken halfgeleidermateriaal (galliumarsenide). Bij de lichtproductie in dat materiaal treden er vrijwel geen opwarmingseffecten op. Daarenboven is de levensduur nog 6 à 7 keer langer dan die van een spaarlamp. Dus 50.000 uren. Dat komt er op neer dat zo'n LED-lamp 10 jaar lang 12 uur kan branden. Als men aanneemt dat een lamp in een woning per jaar genomen gemiddeld 3 u per dag aan is, dan zou een LED-lamp gemiddeld 40 jaar kunnen meegaan.
Omwille van de onoplosbaarheid van het galliumarsenide is ook de milieulast verwaarloosbaar t.o.v. die veroorzaakt door spaarlampen. En de LED-lampen zijn bijna onbreekbaar. Het omhulsel en de armaturen wel.

Waarom wachten we dan nog? Waarom schakelen we in Europa niet massaal over van de gloeilamp naar de LED-lamp?
De kostprijs! Een LED-lamp met een vergelijkbare lichtopbrengst als een gloeilamp van 100 W kost nog 30 keer zo veel. Voor particulieren is dit een nog te grote stap.
Maar voor verlichting van steden en grote gebouwen begint de energiewinst belangrijker te worden dan de installatiekost.
In de Verenigde Staten heeft het U.S. Departement of Energy (DOE) berekend dat 22% van alle elektriciteitsverbruik in de V.S. aan verlichting besteed wordt. En dat zal in Europa ook wel zo iets zijn.
Overschakelen naar LED-verlichting zou in de V.S. tegen 2028 een besparing van 280 miljard dollar opleveren.
Onderzoekers van het Renselaer Polytechnic Institute berekenden dat, als men wereldwijd de overschakeling naar LED-licht zou doen tijdens dit decennium, men 280 elektriciteitscentrales van 1.000 megawatt (1 megawatt = 1 MW = 1 miljoen watt) zou kunnen sluiten. Dat zou nog eens een bijdrage zijn aan het energievraagstuk en de klimaatproblematiek. Wat denk je daarvan mannen en vrouwen van de Nacht van de Duisternis?

Het gunstige effect op het energieverbruik heeft als gevolg dat er in de V.S. meer en meer steden, maar ook grote instellingen, op LED-verlichting overschakelen. Het Pentagon b.v. heeft al 4200 LED-lichtarmaturen geplaatst en de stad Los Angeles vervangt tegen 2014 140.000 straatlampen door LED-lampen.
Maar ook kleine projecten steken de kop op: in Italië heeft het stadje Torraca, met 1200 inwoners, zijn de straten volledig met LED-lampen verlicht. En fier dat ze zijn!
Waar wachten we in Romershoven nog op? Of moet het weer eerst in Hoeselt-Centrum gebeuren?...

Biobrandstoffen kritisch onder de loep.

Vandaag staat er in De Standaard een uitgebreid artikel over het mislukte gebruik van biobrandstoffen in ons land.
Ik citeer even De Standaard-frontpagina:

”Biobrandstoffen helpen ons land in de strijd tegen de broeikasgassen geen zier vooruit. Omdat ze bijna nergens verkrijgbaar zijn. Dat debacle brengt bovendien splinternieuwe bedrijven aan de rand van de afgrond.”

Wat mij als scheikundige in de geciteerde zinnen onmiddellijk de oren doet spitsen is de bewering dat biobrandstoffen de strijd tegen de broeikassen vooruit helpt.
Hoe kan dat nu?
Als je diesel of bio-ethanol verbrandt komt er CO₂ en water vrij en de hoeveelheid CO₂ is, hoe zou het anders kunnen, onafhankelijk van de bron van de brandstof.
Zo levert de verbranding van 1 liter ethanol ongeveer 780 liter CO₂, vanwaar die ethanol ook moge komen.
Mijn oud-leerlingen konden (kunnen?) je dat perfect narekenen:

Zit er dan nog wel een voordeel aan die biobrandstoffen?

Een CO₂-voordeel is er slechts in beperkte mate.
Biobrandstoffen kunnen hoogstens CO₂–neutraal zijn. D.w.z dat ze evenveel CO₂ de lucht insturen als de planten waarvan ze afkomstig zijn uit de lucht gehaald hebben bij de fotosynthese van hun plantenmateriaal.
Meestal is dat niet zo. Met moet immers ook rekening met de CO₂ productie bij het transport van de grondstoffen naar de verwerkingsfabriek: plantenmateriaal transporteer je niet via pijpleidingen zoals ruwe aardolie b.v.
En dikwijls wordt bij de aanplant van de verwerkingsfabrieken bos of ander groen geliquideerd dat al CO₂ uit de lucht haalde.
Wel komt er minder CO₂ in de lucht dan bij verbranding van fossiele brandstoffen zoals kolen en aardolie, omdat de verbrande fossiele producten niet hernieuwbaar zijn en dus geen CO₂ uit de lucht halen zoals planten die opnieuw aangroeien na de oogst dat wel doen.

Biodiesel heeft het voordeel dat de basisgrondstof biologisch afbreekbaar is daar waar de basisstoffen van fossiele diesel dat niet zijn. Denk maar aan de milieurampen als olietankers hun lading verliezen.
Het bevat ook minder zwavelhoudende verbindingen, waardoor verbranding minder zure regen zou produceren ware het niet dat er meer stikstofoxiden gevormd worden die dan weer voor meer zure regen zorgen. Men kan die stikstofoxiden wel tekeer gaan met katalysatoren, maar de productie daarvan moet ook weer op zijn milieueffect bekeken worden.
Biodiesel heeft ook een lagere energiewaarde, zodat er meer moet verbruikt worden voor hetzelfde energie-effect.

De toename in verbruik van van bio-diesel en bio-ethanol (zij het dan niet in België…) doet ook de vraag naar gewassen waaruit ze kunnen gefabriceerd worden, drastisch toenemen. In ontwikkelingslanden zoals Indonesië en de Filippijnen wordt dan ook al massaal bos gekapt om er in de plaats oliepalm te kweken. Ontbossing, gronderosie en verdwijnen van beschermde plant- en diersoorten zijn het gevolg.

  Oliepalmplantage op Borneo waar vroeger regenwoud was
Foto: Rhett A. Butler – Mongobay.com

De toenemende vraag naar graangewassen (mais, tarwe,…) waaruit biobrandstoffen maakt, kan tot een stijging van de voedselprijzen leiden en in de derde wereld zelfs tot voedselcrisis.
Er wordt dan ook naarstig gezocht naar nieuwe methoden om b.v. bio-ethanol te produceren uit de niet-eetbare gedeelten van graangewassen en uit grassen. Dit gaat niet zo gemakkelijk als uit de eetbare delen. Men probeert hiervoor nieuwe combinaties van goedkope enzymenmengsels uit, die de vergistbare suikers uit de plantenresten vrijmaken. Men hoopt dat deze methodes op termijn economisch concurrentieel kunnen worden met het extraheren van de suikers uit de eetbare plantendelen. Maar er is nog veel onderzoek te doen.

  Je ziet dat er niet zomaar victorie moet gekraaid worden en dat er niet zomaar moet geloofd worden dat het etiket bio garant staat voor milieu –en maatschappijgunstig zoals de media ons dikwijls willen voorspiegelen.

Amai, dat was zware kost vandaag.
Je ziet tot wat zo’n berichtje in de krant kan leiden voor een blogger.
Maar na de inspanning komt de ontspanning: morgen spelen we een spelleke!