Amerikaanse wetenschappers hebben een manier gevonden om energie uit lucht te halen. Dat schrijft De Telegraaf van 10 maart 2020.
Het werk wordt gedaan door heel kleine eiwitdraadjes. Deze draadjes worden geproduceerd door in de bodem levende bacteriën van de soort Geobacter sulfurreducens. Jaren geleden is al ontdekt dat die eiwitdraadjes een kleine elektrische stroom kunnen geleiden.
De draadjes zijn ongeveer tienduizend keer zo dun als een haar: hun dikte is vijf nanometer. Ze kunnen een lengte bereiken van 20 micrometer. Je kunt ze met het blote oog niet zien.
a) Zoek op hoe veel micrometer (1 µm) in een meter passen en hoe veel nanometer (1 nm).
1 µm = één miljoenste meter (= 1 · 10-6 m); er past dus een miljoen micrometer in een meter. 1 nm = één miljardste meter (= 1 · 10-9 m); dus in een meter past een miljard nanometer. Een micrometer is dus 1.000 nanometer
b) Bereken hoeveel keer zo lang als dik de draadjes maximaal zijn.
De lengte is 20 µm = 20000 nm. De dikte is 5 nm. De lengte kan dus vierduizend keer de dikte zijn. Het zijn héél dunne ‘spaghetti’-draadjes.
De ‘opstelling’ van de onderzoekers bestaat uit een metalen bodemplaatje, met daarop een film (dun laagje) bacteriën met hun eiwitdraden, en een klein metalen afdekplaatje. De afstand tussen deze plaatjes is 10 µm. De eiwitdraden liggen als een spaghetti-achtige kluwen tussen de bacteriën. Het blijkt dat de eiwitdraden, als er watermoleculen aanwezig zijn, elektronen van de bacterie naar het afdekplaatje verplaatsen. Het gevolg is dat er tussen de metalen plaatjes een elektrische spanning ontstaat.
c) Maak een schets van de opstelling.
d) Voor welke energieomzetting zorgen de eiwitdraadjes?
Chemische energie (bacterie + water) à elektrische energie.
De wetenschappers schrijven dat ze erin geslaagd zijn hiermee een spanning op te wekken van 0,5 V.
Met deze spanning hebben zij een doorlopende stroom weten te creëren van 17 microampère per vierkante centimeter (dus 17 µA/cm2).
e) Laat zien dat het per vierkante centimeter geleverde vermogen 8,5 µW is.
$P=UI=0,5\cdot 17\cdot 10^{-6}=8,5\cdot 10^{-6}~\mathrm{W}=8,5~\mu\mathrm{W}$
Wat kun je daarmee? Ter vergelijking kijken we naar de oplader van een smartphone. Die heeft een vermogen van 5 W.
f) Bereken hoe veel vierkante meter de oppervlakte van de opstelling moet zijn om een smartphone te kunnen opladen.
Per vierkante centimeter 8,5 µW. Voor 5 W is dus nodig een oppervlakte A = 5/8,5·10-6 = 0,6·106 cm2 = 60 m2. Dat is ongeveer de oppervlakte van een klaslokaal.
De kop boven het artikel in De Telegraaf luidt: Stroom uit lucht. Ontdekking met gevolg voor energie en klimaat. De ontdekker zegt over zijn vinding: “Dit systeem maakt 24/7 schone energie. Het ultieme doel is grootschalige systemen hiervan te maken. Dit systeem kan bijvoorbeeld in muurverf worden gestopt. Als je je huis daarmee schildert, kan het deels je eigen energievoorziening verzorgen. Of we bouwen grote generatoren. Zodra we dit op industriële schaal kunnen doen, kunnen we een grote impuls geven aan hernieuwbare energie.”
g) Waarom zou het ‘schone energie’ zijn?
Er treedt geen vervuiling op van bodem en lucht. De bacteriën doen het werk; ze gebruiken alleen waterdamp uit de lucht.
h) Waarom zou dit hernieuwbare energie zijn?
Aan watermoleculen in lucht zal nooit een tekort ontstaan. Aan bacteriën is er ook geen tekort; ze vermeerderen zich zelf. Er wordt geen gebruik gemaakt van fossiele brandstoffen. Er treedt geen vervuiling op.
i) Waarom zou de vinding gevolg hebben voor het klimaat?
Deze energiebron zou in theorie het gebruik van fossiele energiebronnen kunnen verminderen. Het is nodig om het gebruik van fossiele energiebronnnen te verminderen om de opwarming van de aarde te vertragen. Deze energiebron kan dus een rol spelen in het klimaatbeleid.
j) Er zijn nog tal van technische problemen die opgelost moet worden voordat muurverf geschikt is als energiebron. Bedenk er twee.
Bijvoorbeeld:
1) Bacteriën hebben een voedingsbodem nodig om zich te kunnen delen (en te overleven); die voeding moet dus in de verf zitten en voor jaren voldoende zijn.
2) Er zijn over het hele beschilderde oppervlak van de muur metalen elektroden nodig om de spanning te kunnen benutten; hoe moet je dat voorstellen?
3) Het vermogen dat de opstelling per vierkante meter kan leveren moet veel hoger worden.
4) De spanning tussen elektroden moet aangesloten kunnen worden op de huisschakeling voor elektriciteit.
k) Wat is jouw mening over ‘stroom uit lucht’?
Je kunt bijvoorbeeld een mening hebben over: nut van deze ontdekking, schoon zijn van de energie, duurzaamheid, technische realiseerbaarheid, kans op toepassing op grote schaal, “stroom uit lucht”
