De laatste decennia is men zich steeds meer aan het realiseren dat we over moeten schakelen op een nieuwe vorm van energie. Niet alleen raken de fossiele brandstoffen als aardolie, aardgas en steenkool op, ze zijn ook verantwoordelijk voor milieuvervuiling en het broeikaseffect. De nieuwe vorm van energie waarnaar men op zoek is, moet duurzaam zijn en moet voor zo min mogelijk vervuiling zorgen (en moet uiteraard commercieel haalbaar zijn). Sinds 2001 is het mogelijk om in Nederland onder het mom ‘groene stroom’ van een aantal nieuwe vormen energie gebruik te maken. Bij groene stroom moet je voornamelijk denken aan energie uit biomassa, uit wind door windmolens en uit stromend water door waterkrachtcentrales. Naast deze vormen van energieopwekking kennen de meeste mensen ook de zonnecellen, welke op het moment nog erg duur zijn om op grote schaal te gebruiken, en de kernfusiecentrale, die in komende tientallen jaren zal worden ontwikkeld. Toch zijn dit nog niet alle mogelijkheden voor energieopwekking. Zo wordt er op het moment ook onderzoek gedaan naar een nieuwe vorm: de zonnetoren. >
Hoe werkt het?
De werking van een zonnetoren is redelijk simpel. Zoals in de bovenstaande figuur te zien is kan een zonnetoren gemakkelijk in twee delen worden opgedeeld: een groot cirkelvormig deel en de toren zelf. Het grote cirkelvormige deel is één groot glazen dak waarop zonlicht valt. Het dak is gemaakt van speciaal glas zodat er zoveel mogelijk zonlicht (denk hierbij niet alleen aan het zichtbare licht, maar ook aan ultraviolette of infrarode straling) wordt doorgelaten. Door het doorgelaten zonlicht wordt de grond onder het glas opgewarmd. De opgewarmde grond zendt ook warmtestraling uit, maar deze straling (die geheel in het infrarode gebied ligt) wordt wél tegengehouden door het glas. Het resultaat is dat de lucht tussen het glazen dak en de grond wordt opgewarmd.
Dit principe wordt het broeikaseffect genoemd. Een bekende toepassing van het broeikaseffect is het kweken van bloemen en groenten in kassen. Ook zul je de naam broeikaseffect wel kennen vanuit klimaatsvoorspellingen: broeikasgassen zoals koolstofdioxide die zich in de atmosfeer bevinden zijn dan de boosdoeners die ervoor zorgen dat de aarde zich opwarmt. Meer broeikasgassen betekent meer opwarming en daarom wil men de uitstoot van dergelijke gassen in de toekomst aanzienlijk gaan verminderen.
Het glazen dak van de zonnetoren is zo gebouwd dat het steeds hoger wordt naarmate je dichter bij de toren in de buurt komt. De verwarmde lucht wil opstijgen en zal daarom richting de toren stromen. Waarom stijgt warme lucht eigenlijk op? (Is de dichtheid dan lager of hoger en probeer dit eens te verbinden met P*V/T = constant). De luchtstroom gaat dus richting het midden van het grote cirkelvormige dak en zal daar in de toren op kunnen stijgen. Van de buitenkant van het glazen dak zal er weer nieuwe lucht worden aangevoerd. De luchtstromen zijn in het volgende figuur goed zichtbaar.
Wat levert nu de energie?
De energie wordt verkregen door in de luchtstroom grote windturbines te plaatsen. Deze windturbines leveren elektrische energie op dezelfde manier als windmolens (zonder daarbij het milieu te vervuilen).
Extra voordeel van een zonnetoren is dat er onder het glazen dak bloemen, groenten of speciale kruiden kunnen worden gekweekt (zoals in een kas) en dat er gemakkelijk gedestilleerd water kan worden geproduceerd doordat het water dat uit de warme lucht in de toren condenseert heel schoon water is. Een ander voordeel is dat de warmte in de grond en in waterbassins lange tijd blijft zitten, zodat de centrale ook ’s nachts nog kan lopen.
Een prototype
Om te testen of het idee in de praktijk ook werkt en om te bepalen of er genoeg energie mee kan worden geproduceerd is er in Manzanares, Spanje (ongeveer 150 km ten zuiden van Madrid) in 1981/1982 een testtoren gebouwd. De zonnetoren bestond uit een toren van 195 meter hoog met een doorsnede van 10 meter en een glazen dak met een doorsnede van bijna 250 meter. Een drukturbine kon een piekvermogen van 50 kW halen. Tot 1989 is de zonnetoren verschillende tijdsperioden in werking geweest. Er werden verscheidene metingen en tests gedaan en de resultaten waren zeer positief. Een van de voordelen was dat de zonnetoren weinig onderhoud vergde en soms zelfs door slechts één persoon draaiende gehouden kon worden. De algemene conclusie luidde dan ook dat het idee van de zonnetoren commercieel best haalbaar was.
De bouw van een commerciële zonnetoren
In Australië loopt er op het moment een erg ambitieus project om de eerste commerciële zonnetoren te bouwen. EnviroMission, het bedrijf wat de toren zal gaan bouwen, wil in Mildura (Australië) rond 2010 deze zonnetoren voltooid hebben. De afmetingen van de zonnetoren zijn zeer indrukwekkend: het glazen dak heeft een doorsnede van 5 km en de toren zelf heeft een doorsnede van 150 meter en een hoogte van maar liefst 1 km! Dit is bijna twee keer zo hoog als ’s werelds hoogste gebouw (met 509 meter is dat de 'Taipei 101' in Taiwan). De zonnetoren zal maar liefst 800 miljoen dollar kosten en een vermogen van maximaal 200 MW gaan opleveren.
Het project was in 2002 een van Time’s Best Inventions in de 'Robots & Tech' afdeling.
Andere projecten
Naast het project uit Australië om een zonnetoren te bouwen zijn er in andere landen ook projecten gaande voor energiewinning uit zonnestraling. Hierbij zijn er veel verschillende manieren waarop de energie verkregen wordt. Zoals bij de zonnetoren het broeikaseffect wordt gebruikt zijn er op dit moment zonne-energiecentrales in gebruik die het zonlicht met behulp van spiegels focussen om iets op te warmen of om op zonnecellen te richten. In Nederland kom je ook het gebruik van zonnepanelen vaak tegen, welke dan een klein gedeelte van het energiegebruik voor het huis leveren, zoals de verwarming van water.
De grootste zonne-energiecentrale van dit moment staat in de Mojave Desert in Zuid-Californië. Deze centrale, welke onder beheer is van het Israelische bedrijf Solel, produceert ongeveer 90% van de commercieel geproduceerde energie door zonne-energiecentrale’s en levert een vermogen van 350 MW. De centrale bestaat uit een totaal van 400.000 gekromde spiegels opgedeeld in zeven gebieden. Elke spiegel richt de zonnestralen op een buis waar olie door stroomt. De olie wordt opgewarmd tot bijna 400 °C en drijft vervolgens een stoomturbine aan welke stroom levert.
Een ander omvangrijk project op het gebied van zonne-energie wordt ondernomen door het bedrijf Stirling Energy Systems. Dit bedrijf heeft contracten getekend met een Amerikaans energiebedrijf om in een tijdsbestek van 20 jaar een totaal van 20.000 zonneschotels met Stirlingmotors daarop te leveren die de potentie hebben om samen 500 MW aan vermogen te leveren. Niet alleen kan deze hoeveelheid in de toekomst nog verhoogd worden, ook heeft het bedrijf tal van afnamecontracten variërend in grootte met andere energiebedrijven verspreid over de wereld. Elke schotel van het bedrijf richt de zonnestralen met behulp van een aantal spiegels op een Stirlingmotor, die vervolgens de energie van de zonnestralen omzet in een mechanische beweging. Deze mechanische beweging wordt vervolgens weer in stroom omgezet.
Conclusies
In de toekomst kan zonne-energie een uitkomst bieden voor het opraken van fossiele brandstoffen en milieuvervuiling. De zon levert jaarlijks een hoeveelheid energie die een stuk groter is dan het huidige totale energieverbruik van de mensheid en bovendien komen er bij de meeste manieren van energiewinning uit zonnestraling geen stoffen vrij die schadelijk zijn voor het milieu. Het is dan ook niet gek dat er erg ambitieuze projecten lopen om deze energievorm te benutten. Van de huidige mogelijkheden voor energiewinning zijn de schotels van het Stirling Energy Systems bedrijf het meest efficiënt (het record staat op 30%), terwijl de zonnetoren van EnviroMission slechts tot ongeveer 2% van de energie kan omzetten. De zonnetoren heeft echter wel veel potentie vanwege de simpliciteit en de in de toekomst wellicht relatief goedkope productiekosten, maar zit in een nog minder ver stadium van ontwikkeling. Ook zonnecellen mogen niet vergeten worden. Welke methode commercieel het beste is zal in de toekomst duidelijk worden. Het is in ieder geval duidelijk dat er de komende decennia veel ontwikkeld zal worden op het gebied van zonne-energie.
Bronvermelding:
Pagina over de zonnetoren van EnviroMission:
• www.enviromission.com
Nieuwsbericht over de zonne-energiecentral in de Mojave Desert:
• www.nationalgeographic.com
Het bedrijf Stirling Energy Systems:
• www.stirlingenergy.com
Wikipedia over zonne-energie (Engels):
• Wikipedia - Solar Power
