Wereldwijd worden in skigebieden sneeuwkanonnen ingezet om kunstmatig sneeuw te maken. Er is veel kritiek op de geweldige hoeveelheid energie en water die dat kost. Dat speelde ook bij de Olympische Winterspelen van 2022 in China. Er was een groot tekort aan sneeuw. De organisatie zette honderden sneeuwkanonnen om witte hellingen te creëren. In de Volkrant van 12 februari 2022 stond uitleg over drie manieren om ‘kunstsneeuw’ te maken.
Dat kan bijvoorbeeld met een sneeuwlans (zie figuur 1), een dunne lange staaf waarlangs twee slangen lopen die aan het eind samen komen in een dubbele uitlaat. De ene slang is aangesloten op een compressor voor perslucht, de andere op de waterleiding.
Als de samengeperste lucht naar buiten komt neemt het volume geweldig toe en daardoor koelt de lucht flink af, tot beneden het vriespunt. Het water komt via een sproeier uit de slang en wordt een nevel van kleine druppeltjes.
a) Leg uit dat de waterdruppeltjes afkoelen.
De druppeltjes die uit de wateruitlaat komen, komen terecht in de afgekoelde lucht van de persluchtuitlaat. Daardoor koelen ook de druppeltjes af.
Zo’n sneeuwlans werkt alleen goed als het niet of maar weinig vriest.
b) Wat zou er gebeuren als het vriest dat het kraakt?
Dan kan het water in de waterslang bevriezen, waardoor er geen nevel geproduceerd wordt.
De buitenlucht moet daarbij veel waterdamp bevatten. De druppeltjes in de nevel vormen dan condensatiekernen, die met de waterdamp uit de lucht aangroeien tot kleine ijskristallen. Die dwarrelen vervolgens neer en dan ontstaan sneeuwvlokken. Dat is de kunstsneeuw.
c) Hoe heet de faseovergang waarbij ijskristallen aangroeien?
Waterdamp gaat over in ijs. Dit is dus de overgang van gas naar vast. Dat heet rijpen of condenseren tot vaste stof.
d) Waaruit bestaan de sneeuwvlokken?
Samengeklonterde ijskristallen.
e) Waarom moet de lans hoog boven de grond uitsteken?
De ijskristallen moeten tijdens de val lang genoeg onderweg zijn om te kunnen samenklonteren tot vlokken.
f) Geef een argument vóór en een argument tegen het woord ‘kunstsneeuw’.
Vóór: Het sneeuwde helemaal niet, de sneeuw komt uit de sneeuwlans. Het is dus kunstmatig gemaakte sneeuw.
Tegen: Het is echte sneeuw, bestaande uit sneeuwvlokken. Dus iets heel anders dan bijvoorbeeld kunstbloemen, wat helemaal geen bloemen zijn.
Bij een drukluchtkanon (zie figuur 2) gaat het in principe op dezelfde manier, maar de druk van de perslucht is veel hoger dan bij de sneeuwlans. De lucht- en de wateruitlaat bevinden zich binnen het apparaat. Lucht en water worden samen omhoog naar buiten geblazen.
g) Waarom vergt een drukluchtkanon meer energie dan een sneeuwlans om dezelfde hoeveelheid sneeuw te maken?
De lucht moet tot hogere druk worden gecomprimeerd. Dat kost extra energie.
De Volkskrant schrijft dat een drukluchtkanon of sneeuwlans 1 m3 water gebruikt om ongeveer 2,5 m3 sneeuw te maken. De dichtheid van losse sneeuw is ongeveer 100 kg/m3. Zulke sneeuwkanonnen verspillen dus heel veel water
h) Bereken hoeveel water verspild wordt bij het maken van 2,5 m3 sneeuw.
De dichtheid van water is 1 kg/dm3 = 1000 kg/m3. 1 m3 water heeft een massa van 1000 kg. Daarmee maak je 2,5 m3 sneeuw, met een massa van 2,5 · 100 = 250 kg. Er wordt dus 750 kg water verspild. Dat is liefst 75%.
i) Waar gaat dat verspilde water naartoe?
Dat gaat als waterdamp de lucht in.
Een derde type is het ventilatorkanon (zie figuur 3). Dat werkt zonder perslucht van buiten; de compressor zit in het apparaat. De ventilator blaast water en lucht gelijktijdig naar buiten door een ring van openingen. Anders dan de sneeuwlans en het drukluchtkanon, die werken op perslucht, moet dit type worden aangesloten op het elektriciteitsnet.
Ze werden ingezet bij de Winterspelen.
Om een helling van één hectare met sneeuw te bedekken is minstens drieduizend kubieke meter water nodig is. Het energieverbruik ligt rond de 4 kWh/m3.
j) Hoeveel energie is nodig om een hectare met sneeuw te bedekken?
E = P · t = 3000 · 4 = 1,2 · 104 kWh.
k) Vergelijk dit met het gemiddeld jaarverbruik aan elektrische energie van een Nederlands huishouden.
Het gemiddeld gebruik van een huishouden is 2,5 · 103 kWh. Het van sneeuw voorzien van een hectare kost 1,2 · 104 kWh. Daar kan één Nederlands huishouden 1,2 · 104 / 2,5· 103 = 4,8 jaar mee toe.
l) Bereken de dikte van de sneeuwlaag.
Drieduizend kubieke meter water geeft 3000 · 2,5 = 7500 m3 sneeuw. Hiermee wordt één hectare bedekt, dat is 10.000 m2. De dikte van de sneeuwlaag is dan 7500 / 10.000 = 0,75 m. Een aardig pakket! Kennelijk is dat nodig voor een goede piste.
