energiebron

Wetenschappers zijn een nieuwe bron van duurzame energie op het spoor: infraroodstraling die onze aarde de ruimte instuurt. Dankzij recente technologische ontwikkelingen zou het mogelijk moeten zijn die straling om te zetten in elektriciteit.

De zon warmt onze aarde op. Daardoor is onze planeet in vergelijking met het koude vacuüm eromheen heel warm. Dankzij recente technologische ontwikkelingen moet het mogelijk zijn om dat temperatuurverschil om te zetten in elektriciteit. Dat schrijven onderzoekers in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences. Ze zetten in hun paper de mogelijkheden en hindernissen op een rijtje en concluderen dat een apparaat dat de infraroodstraling omzet in elektriciteit niet zo ver weg is als u misschien zou denken.

Contra-intuïtief
De onderzoekers stellen voor een apparaat te ontwikkelen dat een beetje lijkt op een zonnecel. Alleen vangt dit apparaat – in tegenstelling tot een zonnecel – geen zichtbaar licht op, maar zendt juist infrarood licht uit. En door het uitzenden van dat infrarode licht genereert het apparaat elektriciteit. “Het is op het eerste gezicht niet zo logisch,” vindt onderzoeker Federico Capasso. “Hoe kun je elektriciteit opwekken door infrarood licht in de koude ruimte uit te stralen? Energie opwekken door het af te geven in plaats van het te absorberen (zoals zonnecellen doen, red.), dat is vreemd. Het is logisch als je er in fysische termen over nadenkt, maar het is zeer contra-intuïtief.” Onderzoeker Steven J. Byrnes voeg toe: “Het is niet duidelijk hoeveel energie je op deze manier kunt genereren en of het wel de moeite waard is, tot je er eens voor gaat zitten en de berekeningen uitvoert.”

Twee platen
En dat is precies wat de onderzoekers hebben gedaan. Ze bedachten twee apparaten die in staat zijn om te doen wat zij in gedachten hadden. Het ene apparaat bestaat uit een warme plaat (vergelijkbaar met de temperatuur van de aarde) en een koude plaat die erbovenop ligt. De koude plaat moet gemaakt worden van een materiaal dat zich koel houdt door warmte aan de lucht af te geven. Uit de berekeningen van de onderzoekers blijkt dat het warmteverschil tussen de twee platen dag en nacht enkele watts per vierkante meter op zou leveren. Ze erkennen dat het moeilijk zou zijn om de koude plaat werkelijk kouder te houden dan de omringende lucht, maar het demonstreert voor nu dat het mogelijk is om de temperatuurverschillen als energiebron te gebruiken.

Elektronica
Een tweede apparaat werkt weer net iets anders. Het gaat uit van temperatuurverschillen tussen twee elektronische componenten op nanoschaal. Componenten in een elektrisch circuit kunnen een stroom in elkaars richting duwen. Dat wordt ook wel ruis genoemd. Wanneer onderzoekers een diode gebruiken die een hogere temperatuur heeft dan de weerstand dan wordt de stroom in een enkele richting geduwd, waardoor een positief voltage ontstaat. De onderzoekers stellen voor dat de rol van de resistor gespeeld zou kunnen worden door een microscopische antenne die de infraroodstraling van de aarde heel efficiënt richting de lucht stuurt, waardoor de elektronen in alleen dat deel van het netwerk afkoelen. Het resultaat? “Je krijgt direct uit de straling een elektrische stroom, zonder de tussenliggende stap waarbij een macroscopisch object moet worden afgekoeld.” De onderzoekers stellen voor om een plat object met deze hele kleine elektrische circuits te bedekken en vervolgens op de hemel te richten en energie te laten genereren.

Werk
De twee apparaten mogen in theorie dan uitstekend werken: er moet nog wel wat werk verzet worden alvorens ze daadwerkelijk kunnen worden ingezet. Het werk van de onderzoekers kan daarbij als leidraad bieden. “Nu we de beperkingen en specificaties kennen, zijn we in een goede uitgangspositie om aan een oplossing te werken.”

De onderzoekers zien het in ieder geval al helemaal voor zich. “Het apparaat kan bijvoorbeeld gekoppeld worden aan een zonnecel om ’s nachts extra energie op te wekken zonder dat daar extra installatiekosten bij komen kijken.”