Posts tagged energie
Over energie
May 9th
Op de energierekening vindt je de hoeveelheden ‘verbruikte’ energie terug in kWh (kilowattuur). Een eenheid waar ik me altijd over verbaasd heb: waarom kan het niet in MJ (megajoule)? Het komt er op neer dat 1 kWh gelijk is aan 3.6 MJ.
Voor iedereen die het – net als ik – lastig vindt om deze hoeveelheden zich voor te stellen, biedt deze visualisatie uitkomst: http://www.ge.com/visualization/appliances_energyuse.
Je kunt apparaten ‘wegklikken’ of het verbruik weergeven door er met je muis op te gaan staan.
Ook kun je een overzicht bekijken waarin je ziet ‘wat je krijgt’ voor 1 kilowattuur. Zo kun je met een blender 400 Margarita cocktails maken, terwijl je daar met je playstation maar 5 uur mee kunt gamen.
Lithium-lucht batterijen
Mar 20th
Redoxchemie, of je er van houdt of niet, we gaan er allemaal aan geloven. Zo lang de vraag naar brandstof toeneemt en de voorraad fossiele brandstoffen alleen maar afneemt, dringt onderzoek naar alternatieve energiedragers aan.
Waterstof
Waterstof is de populairste op dit gebied. De ontwerptekeningen voor auto’s die op waterstof rijden liggen – bij wijze van spreken – al klaar. Met zo’n 4 kg moleculair waterstof kan je ongeveer van Maastricht naar Groningen rijden (300 km). Echter kleven er ook nadelen aan waterstof, waarvan het grootste nadeel de opslag is.
Wanneer je waterstof als gas opslaat (dus gewoon H2), heb je een vat nodig dat onder een compressie staat van ongeveer 200 bar. En dat is een forse druk, vergelijk het maar met LPG van 8 bar.
Sinds een aantal jaren zijn er ook manieren om waterstof op te slaan in een metaalrooster, als metaalhydride. Dit zorgt voor een flinke volume afname, zoals je ziet op onderstaande afbeelding. Intussen zijn er alweer betere metaalhydriden gevonden die een nóg kleiner volume innemen.
Lithium-lucht batterij
Lithium kan het trucje ook. Veel gehoorapparaatjes werken met een lithium-lucht batterij. Natuurlijk is het de zuurstof die de redoxreactie aangaat. De zuurstof wordt gewoon uit de lucht gehaald. De volgende redoxreacties treden op wanneer je deze batterij gebruikt (ontlaad):
Li+ + O2 + e- 
2 LiO2
Echter bracht deze reactie te weinig energie op om bijvoorbeeld een auto aan te drijven. Vooral het instabiele Li+ deeltje zorgde voor problemen: lading hoopte zich op aan de anode en kathode.
Een stapje dichter bij
Wetenschappers in Japan hebben een methode gevonden om dit probleem te omzeilen. Ze gebruiken een waterige azijnzuur-water-lithium-acetaat elektrolyt om het energieverlies te minimaliseren. In hun ontwerp is de Li-anode beschermd tegen de waterlaag door een polymeer laag, die de stabiliteit verbetert. De waterige elektrolyt vermindert ladingsophoping (ladings ontlading polarisatie). De onderzoekers schatten dat de batterij een energiedichtheid heeft van 779 W h/kg. Dat is meer dan het dubbele dan dat van een typische lithium-ion batterij en hoger dan de vorige lithium-lucht batterijen (naar verluidt 250-350 W h/kg).
Optimaliseren
Deze eigenschappen maken de lithium-lucht batterij een veel betere kandidaat om auto’s aan te drijven. Maar er is nog werk te verrichten, zeggen de onderzoekers. Het team onderzoekt momenteel een aantal componenten van de batterij: o.a. het verbeteren van de verhouding vermogen:gewicht, het verminderen van de elektrode weerstand en het minimaliseren van gevormde bijproducten na herhaald gebruik van de batterij.
Methaanhydraat als nieuwe fossiele energiebron
Jan 31st
Nu de waterstofauto’s nog even op zich laten wachten en ondertussen de fossiele brandstoffen langzaam maar zeker beginnen op te raken, wordt er veel geld geïnvesteerd in alternatieve brandstoffen; fossiel of niet.
Aardgas (methaan) is vooralsnog de schoonste van de fossiele brandstoffen. Dit komt doordat methaan (CH4) vier waterstof atomen rond z’n koolstofatoom heeft. Waterstof is de energiedrager in deze fossiele brandstoffen en het koolstofatoom zorgt ervoor dat er CO2 wordt gevormd. Je kunt je voorstellen dat een langere keten, bijvoorbeeld butaan (C4H10), inefficiënter verbrandt omdat deze stof per C-atoom maar 2,5 waterstof atomen om zich heen heeft. Bij de verbranding van butaan komt 4 maal zoveel CO2 vrij als bij de verbranding van aardgas (methaan).
Verbranding van methaan: CH4 + 2 O2
Verbranding van butaan: C4H10 + 6,5 O2
Het Amerikaanse Department of Energy’s (DOE) Methane Hydrate Research and Development Program heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van het gebruiken van methaanhydraat als mogelijke energiebron.
Methaanhydraat is een vorm van waterijs waarbinnen methaanmoleculen zijn opgesloten binnen een rooster. In methaanhydraat zit ongeveer 1 molecuul methaan op 5,75 moleculen water.
 Methaan (grijs/groen) ingesloten door netwerk van watermoleculen (rood/wit) |
 Brandend methaanhydraat (vaste stof) |
Zag je in ons vorige filmpje het acetyleengas branden, op deze afbeelding brandt het vaste methaanhydraat (‘ijs’) echt. Daarom wordt het ook wel ‘fire ice’ genoemd.
Methaanhydraat komt in zeer grote hoeveelheden voor in sedimenten op de bodem van oceanen en in de permafrost gebieden, zoals in de Golf van Mexico. Het wordt daarom gezien als dé nieuwe brandstof. Het bestaan van een dergelijke grote en onbenutte energiebron heeft wereldwijd een sterke prikkel om te bepalen hoe methaan veilig kan worden geproduceerd uit methaanhydraat en op een economisch en ecologisch verantwoorde wijze.
Het DOE onderzoekt momenteel technieken om methaan uit methaanhydraat te produceren.
Nu blijft de vraag of we niet beter geld kunnen investeren in een waterstofeconomie, waarin we geen uitstoot van broeikasgas veroorzaken en het milieu ontlasten, in plaats van fossiele brandstoffen die naar loop van tijd weer op raken.
Update
Het artikel is helaas niet 100% juist. Zie het commentaar.
