EG-Blog

On a more personal note...

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Sun, 01 Jan 2017 15:09:00 +0000

Sinds 2011 zijn er geen nieuwe posts meer verschenen op deze blog. Dit is hoofdzakelijk doordat ik mijn studies als ingenieur afgerond heb. Daarna had ik eigenlijk geen tijd meer om nieuwe artikelen te schrijven en te posten. Persoonlijk vind ik dit jammer, maar er zijn momenteel andere zaken die ik prioriteit moet geven.

Faster Production with Evolutionary Optimisation

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Wed, 27 May 2015 22:00:00 +0000

Robot manipulators, and the automation systems using them, face increasingly demanding and complex requirements. The pre-programmed control of such automation systems specifies how the machines operate and how the material is moved from machine to machine. To obtain the maximal production rate, it is essential that the control is optimised for each product. Simple trial and error by manually making ad hoc changing is not very reliable to do this. It requires a lot of expertise from operators and is very time-consuming and costly. Researchers from the Research Team Production Technology West at University West in Trollhättan, Western Sweden, investigate methods and algorithms to support reprogramming and optimisation of the automated control of industrial production systems. The goal is to enable automatic offline reprogramming and optimisation of complex industrial production systems. This would be very time- and cost-saving for the industry.

In this research project, there is a close collaboration between University West and the Volvo Cars Corporation. This allows the researchers to test their newly developed methods, algorithms and tools on real-world problems. Thereby gaining knowledge about the performance, applicability and robustness of those methods on industrial problems in a real-world context. From the results of these real-world tests, the Volvo Cars Corporation gets a very reliable indication of how much it can benefit from this automatic reprogramming and optimisation.

At the current stage of this research project, a novel evolutionary algorithm is developed and tested to increase the production rate by optimise the control of material handling. This work is presented in Emile Glorieux’s licentiate thesis titled Constructive Cooperative Coevolution for Optimising Interacting Production Stations. The control of the material handling determines when and how fast the robots move that pick up products from one machine and place these into the next machine. Evolutionary algorithms for optimisation have been around for several decades. These algorithms are inspired by biological evolution and include mechanisms such as reproduction, recombination, mutation and competitive selection. They have been successfully applied on many different types of problems. The evolutionary optimisation algorithm developed in this research project at University West is specifically designed for optimising the control of production systems. This optimisation algorithm works in concert with a computer simulation model of the production system. This is convenient because simulation models are already largely used in the industry. Using a simulation models enables that the optimisation is done offline, without interrupting production.

The developed evolutionary optimisation algorithm was tested in a case study. Several sheet metal press lines from Volvo Cars Corporation that produce body panels were optimised. These body panels are stamped in the multiple presses in a press line, as illustrated in Figure 1. Later in the production process, these panels are then welded together to constitute the car body. Due to the high investment cost, it is crucial to get the maximal production rate and consequently maximal return on investment. To get the maximal production rate, the transfer of plates between the different presses requires that the coordination between robots and presses (i.e. the material handling) is optimised. The size and the power of the presses makes it difficult and dangerous to online manually optimise it. Hence, the need for offline optimisation tools and support.

Figure 1: 2D drawing of sheet metal press line

In the case study, the performance of the developed evolutionary optimisation algorithm is compared with online manual optimisation by experienced operators and also with other optimisation algorithms. The results show that the developed evolutionary algorithm achieves a production rate that is up to 18% better than manual optimisation. Whereas, the performance of the other optimisation algorithms is not better than manual optimisation.

In the next stage of this research work the goal is to not only maximise the production rate but also minimise the energy consumption and the equipment wear at the same while. The relevance of the energy consumption is to further reduce the operating cost and increase the return on investment of a sheet metal press line. On the other hand, the equipment wear is of importance to avoid excessive wear and consequently more frequent production interruption for maintenance interventions.

For more info, contact Emile Glorieux or contact Research Team Production Technology West.

The Smart Grid: Report (4)

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Sun, 10 Apr 2011 04:00:00 +0000

This article is part of a series of article about the Smart Grid. It explains the concept of the Smart Grid, how it will evolve and what technologies can/will be used for it. The articles of this series make up a report that I have written for a course that I follow as a student. It is recommended to read this articles in the correct order, because else it will probably be not that easy to understand everything. If there are any comments, remark or such on this report, please do not hesitate to contact me or post it as a comment.

Conclusions

The main goals of the smart grid are to upgrade the power grid, and so to make it more stable, reliable and efficient. But next to this there is another main goals, that is to make it possible and ready for the new technologies to be integrated in the various systems of the power grid.

Smart grid, the communications network for the electrical grid, has a great potential to improve the power grid in terms of economic and energy efficiency for the complex requirements in the field of power generation, transmission, distribution and supply. The power markets of many countries has undergone fundamental changes in recent years that makes it necessary to fall back on the use of ICT, more communication technologies, and more automation.

Three issues played a main role in these fundamental changes:

Firstly, the liberalisation of the power markets, connected with unbundling of the regulated market and the emerging competition,
Secondly, the strong growth of decentralised energy generation, particularly in the field of the renewable energy resources,
Thirdly, the need for efficient use of energy so to reduce the emissions of the greenhouse gasses. In addition, progress in information , automation, and tele-communications technologies is growing and expanding very rapidly. The internet and wireless transmission technologies such as GSM and related applications have become standard. The growing and often area-wide coverage of the available broadband solutions enables new forms of information and communication, summarised under the slogan “ambient intelligence”. But of course, to tap this potential, appropriate investment is needed.

Once the obstacles are overcome and the smart grid in successfully integrated in the power grid, it is expected that processes in the energy sector will become more efficient in terms of both economics as well as in terms of energy efficiency. Procedures will also be more transparent, what possibly can led to that formerly passive groups, such as domestic customers, can become more active players through the smart grid network. The increase in players as well as their better access to relevant information will create more competition in generation and supply and make the energy system smarter and cleaner at the same time. The process toward the smart grid can only proceed stepwise, however. It is there important to implement new solutions in such a way that they always allow further upgrading in the future. Maybe the internet can, in a way, be some kind of model for the communication network of the smart grid.

There are, currently, some obstacles in place that make it difficult for the smart grid to be implemented:

Consumer concerns about privacy,
Concerns over giving the utilities mechanisms to (limited) control over the use of appliances and power using devices and processes,
Limited ability of utilities to rapidly transform their businesses and operational environment to take advantage of smart grid technologies,
Social concerns over abuses of information leverage,
Others.

Once the smart gird will be started up, probably there will come a lot more new smart grid technologies than those discussed in this report. So, in a way, the smart grid is only the start of a new era for the power grid, in a similar way as the internet started a new era for the computer technologies.

References

1. The Smart Grid - A saucerful of secrets? Wissner, Matthias. 2011, Applied Energy 88, pp. 2509 - 2518.

2. The Smart Grid: A Bridge between Emerging Technologies, Society, and the Environment. Schuler, Richard E. 2010, The Brigde, Vol 10, No 1, pp. 44 - 49.

3. Tester, Jefferson W., et al., et al. Sustainable Energy - Choosing Among Options. Cambrige, MA : The MIT Press, 2005. 978-0262201537.

4. Mitchell, William J., Borrondi-Bird, Christopher E. and Burns, Lawrence D. Reinventing the Automobile: Personal Urban Mobility for the 21st Century. Cambrige, MA : The MIT Press, 2010. ISBN 978-0-262-01382-6.

Geschreven door Emile Glorieux

The Smart Grid: Report (3)

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Sat, 09 Apr 2011 04:00:00 +0000

Energy Storage - Grid scale storage

Within the concept of the smart grid, the issue of matching demand and supply of electricity is a big issue. But this is a very complex task to accomplish where several systems have to work together. The storage of electric energy can be very helpful for those who are responsible for matching demand and supply of electricity.

Energy, in general can be stored in a variety of physical and chemical forms. For the storage of electric energy, the options are mostly limited to the physical forms of energy. These physical modes of energy storage may involve one or more mechanical, thermal or electromagnetic forms. A particular energy storage technology may entail both a storage reservoir and a converter and transmission system for moving the power to and from the reservoir to its point of use.

This is a list of the most common technologies than are/can be used for the storage of electric energy on the electric grid:

Pumped hydropower,
Compressed air energy storage (CAES),
Flywheels,
Batteries,
Supercapacitors,
Superconducting magnetic energy storage (SMES).

Note: some of the technologies in the list above are still in a phase of development, and so they are (yet) not ready for commercial use.

With pumped hydropower and compressed air energy storage the electric energy is converted into potential energy by respectively pumping water uphill or compressing air. And by reversing this actions – allow the water the flow downhill again or the expansion of the compressed air – the previously stored energy can be recovered again. The recovered energy is then converted back to electric energy. This electric energy is then put back on the electrical grid.

Flywheels are able to store kinetic energy. In this case the electric energy from the grid is converted into kinetic energy. This conversion is realised with an electric motor connected to a mechanical flywheel. The mechanical flywheel can basically be any devices to and from rotational energy can be transferred. Be speeding up the rotational speed of a flywheel, energy is stored. To retrieve the stored energy, the rotational speed of the flywheel must be slowed down. This can all be done with an electric motor and electric generator, or an electric motor/generator. The flywheel must experience as little as possible friction resistance while rotating, else to much energy will be lost.

Compared to pumped hydropower and CAES, flywheels are more useful to store smaller amounts of energy over a short period of time. Whereas pumped hydropower and CAES are capable to store a relatively larger amount of energy over a long period of time.

There are three major mechanisms for storing electrical energy:

Electrochemical energy,
Electrostatic,
Electromagnetic energy.

Batteries are used for storage of electrochemical energy. Electrical energy is stored and released in an electrochemical reaction cell that transports electrons too electrodes to carry out specific reduction/oxidation reactions. Electrical energy is stored and discarded in batteries by electrons that react at two different electrodes, a cathode and an anode, which are electrically connected by an ionic conductor or an electrolyte. The electric energy stored and produced by a battery is in DC form. For utility applications, it is normally converted to AC form using a suitable power inverter.

Supercapacitors store electrical energy in the form of confined electrostatic charges in a device consisting of two conductive plates separated by a dielectric medium. Recovery of the stored energy is achieved by connecting the conducting plates to a suitable load. Capacitors have the ability to be charged and discharged very quickly, on the order of seconds or less, which makes them useful for responding to power interrupts of short duration. Given that the power density of capacitors is inherently large, they have been used for mitigating power interrupts for many years in stationary utility applications over a range of scales.

In superconducting magnetic energy storage (SMES) energy is stored and retrieved directly and with negligible losses using direct current (DC) flowing through superconducting coils to generate a magnetic field. To achieve superconductivity conditions will require some level of cryogenic refrigeration to maintain low temperature. While initial designs required liquid helium temperature near 0 °K, materials discovered in the 1980s have enabled superconductivity at liquid nitrogen temperature of about 77 °K, which reduces heat losses considerably and provides for more practical and economic SMES designs. (3)

Plug-in hybrid/electric vehicles and vehicle-to-grid (V2G)

Vehicle-to-grid (V2G) describes a system in which plug-in hybrid/electric vehicles communicate with the power grid to sell demand response services by either delivering electricity into the grid or by controlling the charging rate of the batteries of those vehicles. The types of cars that can be used for this are:

Battery electric vehicles (BEV),
Plug-in hybrid electric vehicles (PHEV).

Since most vehicles are parked an average of 95 % of the time, their batteries could be used to let electricity flow from the car to the power lines and back, with a value to the utilities of up to $ 4.000 per year per car.

The concept allows V2G vehicles to provide power to help balance loads by charging at night when electricity demand is very low and then sending power back to the grid when the electricity demand is very high. It can enable utilities new ways to keep the voltage and the frequency of the electric power on the grid stable and also provide reserves to meet sudden demands for power. In further development, it has been proposed that such use of electric vehicles could buffer renewable power sources such as wind- and solar-power. By storing excess energy produced during windy periods or sunny days and then providing it back to the grid during high load periods. In this way V2G can be used to effectively stabilizing the intermittency of wind- and solar-power.

There are three different versions of the vehicle-to-grid concept:

A hybrid or fuel cell vehicle, which generates power from storable fuel, uses its generator to produce power for a utility at peak electricity usage times. Here the vehicles serve as a distributed generation systems because it can produce electrical energy from conventional fossil fuels or hydrogen fuel.
A battery-powered or plug-in hybrid vehicle which uses its excess rechargeable battery capacity to provide power to the electric grid in response to peak load demands. But these vehicles can then also be recharged during off-peak hours at cheaper rates while helping to absorb excess night time generation. Here the vehicles serve as a distributed battery storage system to buffer power.
A solar vehicle which uses its excess charging capacity to provide power to the electric grid when the battery is fully charged. Here the vehicle effectively becomes a small renewable power station. (4)

Smart buildings

Not only appliances in households can be smart, but the entire house or building can be smart. The concept of smart buildings or also called building automation is the functionality of a building provided by a distributed control system. That control system is a computerized, intelligent network of electronic devices, designed to monitor and control the mechanical and lighting systems in a building.

Resident buildings can be made smarter so that they are more energy efficient. With the advent of sophisticated electronic controls, more options are available to use energy in buildings more selectively. For example, buildings could be kept at energy-efficient temperature levels outside of normal comfort zones and then brought up to comfort levels upon receipt of a timed or occupant-generated signal. Today, thermostats that control daytime and night-time temperatures at different levels are widely available. Within the house, control systems could be developed to climate condition only those spaces that are actually being used at a particular time. Looking to the future, one can imagine systems that only condition climate around the immediate space occupied by an individual.

With the electrical sector starting to use real-time pricing as an economic tool to level out power demand fluctuations, even more sophisticated automated energy-control systems may come into use. Smart windows – electrically switchable glass or glazing which changes light transmission properties when voltage applied – could be controlled for emissivity using sensors or timed programming. Appliances within the home could be to operate during periods of low electric demand to get favourable rates, and the waste energy could be treated accordingly to the overall design. Individual lighting controls based on daylight levels, as well as occupancy, could also save a substantial amount of energy. In a situation where there were strong incentives to reduce peak electric demands during midday heat, a system, could overcool at night and use thermal mass in the walls to maintain comfort during the day.

Commercial and manufacturing buildings typically require large amount of electricity for office and other types of equipment. Switching large machines on and off creates power surges, and control systems are available that not only monitor the electricity flow into the building but analyse the patterns of the different demands on the system. Control can manage the sequence of starting and shutting down equipment to prevent transients that might affect other equipment. These types of control systems might be extended to managing the interactions between climate conditioning systems, lighting and major types of equipment in the building. In the long term, local lighting around each person in the building may offer promise of still more efficient energy use. However, there will be trade-offs between the complexity of the control systems and the value of energy savings. (3)

Geschreven door Emile Glorieux

The Smart Grid: Report (2)

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Fri, 08 Apr 2011 04:00:00 +0000

Advanced metering infrastructure (AMI) are systems/networks that allow measure, collect and analyse information about energy usage, they retrieve this data from metering devices such as electricity meters, gas meters, heat meters, and water meters, either on request or on a schedule. Then they also can communicate and report on this collected data to homeowners, utilities, and others. These systems include hardware, software, communications, consumer energy displays and controllers, customer associated systems, meter data management software, and supplier business systems.

Smart meters are microprocessor-based devices providing two-way communications capability, and will help homeowners manage their electricity usage. They are the infrastructure that measure the amount of electrical energy used and communicate on this data, possible with the AMI. Through a website, for example, or a customer portal, parameters as to when loads in the home turn on and off based on the price of electricity could be set.

So, the network to which the smart meters and the AMI are connected, are also connected to the smart appliances is the house of the homeowner. But next to that, other elements are connected to this network, like for example the solar panels on the roof of the house, the electric car in the garage, the ‘smart’ house itself. These elements are explained in more detail in the next sections.

The dishwasher, for instance, could be loaded and set to stand-by until the price of energy is below a certain level – typically off peak – when it would start automatically. In this case the smart meter measures the electricity use of the house and transmits this data to the utilities. The utilities receive this information on the electricity demand of all the households, and so it has a good monitoring system for the flow of electricity in the distribution section of the power grid. With the detailed knowledge about the electricity demand, the utilities can set up a real-time pricing system for the electricity. And using the communication network of the smart grid, it can let the consumers know what the price of electricity is, in real-time of course. The network, is also connected to the appliances in the households, like the dishwasher from the example and so the dishwasher ‘knows’ also the price of electricity in real-time. And that makes it possible to control the dishwasher depending on the real-time price of the electricity.

Demand Side Management - Smart appliances

As electricity demand use grew very rapidly over the last century, the problems of meeting the peak demands grew more challenging and expensive for the utility companies. The backup power that the utilities need to be able to match the electricity demand a peak periods is very costly and makes up a large part of the energy bill.

For a long period of time, most companies instituted a variety of programs to encourage the consumers to reduce their demands at the peak periods. And they achieved in that but only with limited success. Most used method in the past were:

Offering cheaper prices during the off peak periods to encourage consumers to switch on their intermediate operating devices during those periods,
Offering much cheaper electricity prices to customers who were willing to be shut off during peak demand periods,
Providing services to consumers to encourage more efficient electricity use,
Encouraging investment in distributed generation sources that would reduce peak demands.

Some of these demand side management method were dropped under the deregulation of the electrical industry, because form that moment on the generation sector became separated from direct interactions with the end consumers on the power grid. New generation companies focused on producing electricity at most competitive rates instead.

In the concept of the smart grid, smart appliances are supposed to be used to take demand side management to another level. By installing and connecting smart appliances in a household to the smart grid network, utilities can decided, within some limited range, when these smart appliances will be switch on and/or off. In that way it is possible for the utilities to try to match the demand with the supply – especially when there are many renewable energy sources with a variable electricity production connected to the grid. Or on the other hand, by using smart appliances, utilities can avoid peak demands far more than with current schemes where they must convince the user to avoid consumption during the periods of peak demand. (3)

Virtual power plants

A virtual power plant is a cluster of decentralized generation installations, that are controlled from one central point or one control centre. These installation can be micro-CHP, wind turbine, solar panel arrays, small hydro generators, etc. But it is very well possible to add storage capacity to the set of generation installations of a virtual power plant. These small decentralized generation installations achieve the characteristic of a big plant through their combination. For the realisation of a virtual power plant, communicative crosslinking is a critical issue. Like a simple network of personal computers, a virtual power plant links together seldom-used standby and emergency backup generators at hospitals, universities, manufacturers, office towers and other facilities. This network of small power plants allows utilities and high-energy users to draw additional power from these on-site sources as needed.

A virtual power plant, when considered as an additional element to the power grid, can be very useful to prevent outages and improve the reliability of the power grid. The concentrated operational mode delivers extra benefits such as the ability to deliver peak load electricity or load-following power at short notice.

Microgrids

A microgrid is a localized grouping of electricity generation, energy storage, and loads that normally operates connected to a traditional centralized grid. This single point of common coupling of the microgrid with the centralized grid can, in most cases, be disconnected. In that way, a microgrid must be able to operate entirely autonomously. Generally, the generation installations and the different loads of a microgrid are interconnected at a lower voltage than that of a traditional centralized grid. This is possible because the distance, where over the electric energy must be transported is, in the case of a microgrid, a lot smaller than with a traditional centralized power grid. So, even with lower voltages, the energy losses during the transport of the electric energy are still limited.

From the point of view of the grid operator, if the microgrid is connected to the central grid, it can be operated as if it was one entity. In a fact a microgrid is very similar than a virtual power plant, except from the locations of the generation installations. With a virtual power plant, the placement of the generation installations is dispersed, and as with the microgrid the installations are grouped together to one place.

Distributed generation

Distributed generation, or decentralized generation or on-site generation is the generation of energy by using many different installation that are placed at different location. In general these installation are a lot smaller than the big central generation plants, such as coal-fired plants or nuclear plants. Distributed generation installations are small-scale power generation technologies, typically they can have a power capacity of 3 kW to 10.000 kW. Many of the renewable energy technology, like solar panels and wind turbines, have a capacity that is typically for distributed generation installations and mostly they are placed spread over several different locations. So, renewable energy installations can, in many cases , be seen as a technology that belongs to the group of distributed generation.

Currently, industrial countries generate most of their electrical energy in such large centralised generation plants, mostly coal fired plants. This is because such plants have excellent economies of scale – the cost advantages that a business obtains due to expansion. But coal fired plants have detrimental consequence for the environment and global climate. Distributed generation is a very different approach, their economy of scale isn’t as large as that of coal fired plants and so is their cost of generation larger but their effect on the environment and global climate is in many cases a lot smaller than with coal fired plants. And distributed generation does reduce the amount energy lost in transmitting the electrical energy because the electricity is generated at or near the locations it is being used. And so, this also reduces the size and number of power lines that must be constructed.

Decentralized generation installations are very good candidates to be added to a virtual power plant. They have similar size, power capacity and dispersed placement as the other installations of a virtual power plant. And if they are added the enough other kinds of electricity generation technologies, they can be considered as one entity by the grid operators (3).

Examples of distributed generation technologies are:

Combined heat and power,
Fuel cells,
Micro combined heat and power,
Micro turbines – small gas turbines connected to a generator,
Photovoltaic systems,
Piston engines,
Small wind power installations,
Other.

Geschreven door Emile Glorieux

The Smart Grid: Report (1)

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Thu, 07 Apr 2011 04:00:00 +0000

The electric power industry evolved from a series of discoveries during the 18^th and 19^th century. And then by 1880, Thomas Edison had developed a commercially viable light bulb, and pioneering power station were beginning to become online. In 1882, a few power stations were opened both is the UK and in the US. Another key inventions at that time was the discovery of the transformer, which could step up the voltage. Almost simultaneously, the steam turbine was invented, facilitating the conversion of thermal energy to electricity using steam as the working fluid. Early plants generated electricity using waterwheels in streams or hydropower in dammed rivers. Coal fired plants expanded the technology further by generating steam that could be converted into electricity using steam turbines.

By the end of the 19^th century, power companies had started to meter electricity and charge for electrical services. The early power system configuration evolved from these beginnings – a central generation plant with wires that brought services to local customers. The varying customer demands created problems for the generators who tried to match the supply to the demand. This led to the installation of generating equipment of different sizes that could be brought on- and off-line, as well as units that could supplement the “base” power generation to meet “peak loads”.

In the early days of the industry, reliability of supply was shaky and outages were commonplace. As the industry grew, new power stations were added and redundancy was introduced to provide multiple feeds to major service areas. At that moment it seemed logical that this industry had to be a monopoly because of the complexity of interfaces between generation, transmission and distribution.

By 1930, most cities in the US and many in Europe had electrical transmission and distribution systems. Rural electrification followed. By mid-century, the advent of more sophisticated technologies that relied on electrical transmission frequencies for accurate performance made reliability of supply even more important. Utilities then developed sophisticated transmission and distribution networks to provide not only a high degree of reliability, but also precise control of frequency and phase of the electricity. The growth in the demand for electrical services continued at a very fast rate. This led to further development of the industry and to expand its generation and transmission/distribution capacity.

A major change came in 1978 in the US because of the deregulation of the energy market. Market economists had long claimed that monopolies result in higher prices than would be obtained in a free market situation. Though it was difficult to unbundle the utility infrastructure, the strategy was to allow the entry of new generators into a competitive power market. Deregulation also spread to the UK and many other countries in Europe. Deregulation of the energy market makes the operation of the transmission grid complex – especially since it was originally designed for generating nodes that were under control of the utility, not the free market.

Today’s industry is still in a transitional phase. Problems in deregulation are being faced, and changes are being put into place. Gaming an unethical practices are being uncovered and addressed, but there still is a continuing evolution as new technology brings new challenges. Real-time pricing is a new possibility that will encourage consumers to use discretionary appliances when power demand is low and generators are willing to sell power at lower rates to shift load away from peak use periods. Smart appliances are being developed that will turn themselves on or off depending on the spot price of electricity. The control and information technology needed to support these new possibilities are still in a stage of evolution, but they promise to provide more efficient and cost-effective electrical services in the future. In general the concept of the Smart Grid, the subject of this report, consist out of the introducing of the new technologies in the infrastructure of the electric grid, the real-time pricing of electricity, the smart appliances. But there are also a few other elements that belong to the concept of the Smart Grid, by example the use of electric vehicles for the storage of electricity when power demand is low.

Smart Grid

Smart grid is described as an upgrade for the power grid. But what will it eventually be, the smart grid? Although there are already many different definition for the smart grid, here I will define it as “ a superimposed tele-information networks on the electricity network”. The smart grid is a flexible switchable system of bridges linking people with technology and natural systems.

The function of an electrical grid is not a single task performed by one company, but it consists of many different tasks and it is performed using multiple networks and by multiple power generation companies with multiple operators employing at varying levels of communication and coordination, most of which is manually controlled. But smart grids will increase the connectivity, automation and coordination between these suppliers, consumers and networks that perform either long distance transmission or local distribution tasks.

The paradigm on the power grid is changing, because businesses and homes are beginning to generate more and more electricity by their self, this by using wind- and solar power. And this enables them to sell surplus energy back to their utilities. So, many of the consumers are also become suppliers of electrical energy. Modernization is necessary to improve the efficiency of electricity consumption, real-time management of power flows on the grid and to provide bi-directional metering needed to financially compensate local producers for the electrical energy they produce. Although transmission networks are already controlled in real-time, many in the US and European countries are antiquated by world standards. And the controlling in real-time of the power grid is currently only superficial and doesn’t allow the operator to control the grid at a ‘deep’ level. All this makes it unable for the electrical grid to handle modern challenges, such as those proposed by the intermittent nature of alternative (or renewable) electricity generation.

A smart grid is an definition for a concept that covers an aggregate of modernization for both transmission and distribution grids. The modernizations are in line with series of goals, including the facilitation of greater competition between providers, enabling greater use of energy sources with a variable energy production, establishing the automation and monitoring capabilities needed for bulk transmission at cross continent distances, and enabling the use of market forces to drive energy conservation.

Many of the features of the smart grid will be very apparent for the consumers such as smart meters instead of conventional meters. The approach is to make it possible for energy suppliers to charge variable electricity prices so that these prices reflect the large differences in cost of generating during peak periods and off periods. Such capabilities allow load control switches to control large energy consuming devices so that they consume electricity when it is cheaper to produce the electricity.

This could save energy, reduce costs and increase reliability and transparency, but there is a point where attention is needed and that is of the risks inherent with executing massive information technology projects must be addressed. The smart grid is envisioned to overlay the current electrical grid with an information and net metering system, that includes smart meters. Smart grids are being promoted by many governments as a way of addressing energy independence, global warming and emergency resilience issues.

The concept of the smart grids’ two-way communication system between suppliers and consumers to control appliances is not new. There are systems implemented that are capable of doing this, using analogue technology. But because of the growth of a digital network for the internet, it is considered more practical to use digital technology for this job. The increased data transmission capacity has made it possible to apply sensing, measurement and control devices with two-way communications to electricity production, transmission, distribution and the consumption elements of the electrical grid. These devices would then communicate information about the condition of the grid to the different users of the system, operators and other automated devices. This makes it possible for the average consumer to dynamically respond to changes in the grid condition, instead only utilities and very large customers.

Electricity is called to be an energy carrier and so the energy cannot be stored as electricity, so if one wants to store electrical energy, the only possibility is to convert the electrical energy into another form of energy which then can be stored for later use. Every time energy is converted from one form into another, there are always some losses. And thus is electrical energy is stored, there will always be an amount of energy that will be lost while storing it. Besides the energy losses, there is always an extra cost to store energy. And because of the energy losses and this extra cost, it is not always preferred to store electrical energy. It is much more profitable to immediately use the electrical energy at the (almost) the same moment it is generation. And so within the concept of the smart grid, a big element is the matching of the supply and demand of electrical energy on the power grid.

A difference between the current electrical grid and the smart grid is the intelligent monitoring system. Currently, the grid monitors the system to keep track of all electricity flowing, but this isn’t done is very detailed. But the smart grid would do this is much more detail. The extra information that will be collected makes it possible for the grid operators and consumers to make more informed decisions. Currently the monitor system of the power grid is automated, but has limited capabilities, it can only gather information about the condition on the grid. To make decisions for the power grid and then control it, the system mostly relies on a human intervention for this. The smart grid would expand these monitor systems so that it can, not only monitor, but also automatically control the power grid and so there is less need for human interventions.

When more and more renewable energy will be integrated in the electrical grid, the more need there will be for a more detailed monitoring system. This is because many of the renewable energy sources have a variable production of electricity. And it is very difficult or almost impossible for the operators of the grid to exactly predict the variations in the electricity production of those energy resources. And thus with real time monitoring it is possible to retrieve the required information about these renewable energy sources at any time. One of the tasks of the smart grid is to retrieve and bring this data to the operators, consumers and other smart devices that are connected to the grid.

The more detailed monitoring of the electrical grid will then make it possible to introduce real-time pricing. The price of electricity will then depend on the electricity demand at that moment, which sources of the energy mix are producing electricity, and several other elements. But not only will the electricity price depend on the demand, but in greater sense on the actual cost of generation at that moment. The electricity price will vary along what kind on energy sources are generating electricity at that moment. In this way, the smart grid will allow to turn on smart appliances, such as washing machines or factory processes that can run arbitrary, when the power is least expensive. And on the other hand, at peak times when there tends to be a ‘shortage’ of electricity, the smart grid could turn off selected appliances to reduce the demand.

A widely overlooked fact about the smart grid is that it is not a substitute for a real grid, but only an upgrade or an enhancement. The construction of a larger and better infrastructure of high-voltage transmission lines for the efficient delivery of electric power is a prerequisite to the construction of an effective smart grid (1) & (2).

Geschreven door Emile Glorieux

Upgraden van het elektriciteitsnet met vliegwielen en lucht

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Tue, 22 Mar 2011 05:00:00 +0000

Dit artikel is het tweede uit een serie van twee artikelen. Het onderwerp van deze twee gaat over het elektriciteitsnet, het ontstaan, de uitvinders, en welke veranderingen er voor de deur staan. Dit is het tweede artikel van de serie, en gaat voornamelijk over de toekomst en welke veranderingen er te wachten staan. Het beperkt zijn in feite voornamelijk tot het aspect van energie-opslag.

Steenkoolcentrales en windturbines in Hohenhameln,

Duitsland

Er zijn verschillende elementen nodig voor een elektriciteitsnet om functioneel te kunnen zijn. Eén van deze elementen is dat het elektriciteitsnet in staat moet zijn om een bepaalde hoeveelheid energie op te slaan om het dan later te leveren wanneer de vraag er is. Een ander element is dat de infrastructuur moet aanwezig zijn om de elektriciteit te leveren tot aan de locaties van de aangesloten verbruikers. In het algemeen kunnen deze elementen opgedeeld worden in drie groepen, namelijk opslag, distributie en transmissie. De rol van opslag, als één van deze drie, is zorgen voor een 'ontkoppeling' tussen het opwekken van elektriciteit en het gebruik van deze elektriciteit. Indien er geen opslagcapaciteit aanwezig is in een elektriciteitsnet, dan moet de elektriciteit steeds op nagenoeg hetzelfde ogenblik opgewekt worden als dat het verbruikt wordt. Dit zou, door het grote aantal verbruikers aangesloten op een elektriciteitsnet, een zeer moeilijke opgave zijn.

In het elektriciteitsverbruik zijn er steeds variaties, deze variaties vinden plaats op verschillende tijdsperiodes. Zo zijn er variaties op een dagelijkse 'cyclus', er zijn ook variaties in het elektriciteitsverbruik over de verschillende seizoenen. Daarnaast met de opkomst van de hernieuwbare energiebronnen, die steeds een groter aandeel van onze energiemix zullen uitmaken, zal er nog een derde bron variaties bijkomen. Namelijk is de productie van vele van deze hernieuwbare energiebronnen niet constant maar varieert het mee met natuurlijke cyclussen/variaties. Namelijk als het hard waait, zal er veel elektriciteit opgewekt worden door de windmolens en op een zonnige dag zal er veel elektriciteit geproduceerd worden door de zonnepanelen. Opslagcapaciteit is dus zeker een noodzakelijk element van een elektriciteitsnet en zal in de (nabije) toekomst waarschijnlijk nog een stuk belangrijker gaan worden.

Doordat er verschillende bronnen van variaties zijn, is het zeer moeilijk om één systeem te bedenken dat alle verschillende soorten variaties zou kunnen opvangen. Momenteel bestaan er al een reeks verschillende technologieën waarmee men de variaties in het elektriciteitsnet kan gaan opvangen en elektriciteit kan opslaan worden voor later gebruik. Elk van deze technologieën heeft steeds zijn eigen typische tijd voor het opvangen van variaties. Het ene systeem kan beter omgaan met variaties die ontstaan doordat de productie en het verbruik van elektriciteit niet op hetzelfde moment gebeurt, dus op een erg korte tijdschaal. Andere technologieën kunnen dan beter omgaan met variaties over langere periodes, zoals die gedurende een dag. En een andere technologie is beter geschikt voor de wekelijkse variaties in het elektriciteitsverbruik.

Energie kan in veel verschillende vormen opgeslagen worden, namelijk als kinetische, potentiële, thermische, chemische, elektrische, magnetische energie en waarschijnlijk bestaan er ook nog andere mogelijke vormen. Het is ook steeds mogelijk dat er meerdere van deze vormen gebruikt worden. Veel gebruikte technologieën voor de opslag van energie zijn onder andere pompcentrales, gecomprimeerde lucht, vliegwielen, thermische opslag van energie in het algemeen, batterijen, supercondensators. Elk van deze opgesomde technologieën wordt voor verschillende toepassingen en in verschillende sectoren gebruikt maar wel zijn ze niet allemaal al even 'volwassen'. Sommige van de technologieën in deze opsomming bevinden zich nog steeds in een ontwikkelingsfase of wordt slechts op een beperkte schaal ingezet.

Pompcentrale voor energieopslag in Vianden, Luxemburg

Momenteel zijn pompcentrales bijna de enige technologie die bij elektriciteitsnet, echt op commerciële en grote schaal gebruikt wordt voor de opslag van elektriciteit. En er is wel een moeilijk te omzeilen probleem bij het bouwen van pompcentrales. Namelijk moet er een geschikte locatie gevonden worden die voldoet aan de geografische vereiste. Deze vereiste is dat het moet mogelijk zijn om twee bassins aan te leggen waartussen er een bepaald hoogteverschil aanwezig is. Momenteel zijn er ook nog twee andere energie-opslag technologieën die grote kanshebbers zijn voor een doorbraak op grote schaal. Deze zijn namelijk technologie waarbij er gebruik wordt gemaakt van gecomprimeerde lucht en die waar vliegwielen gebruikt worden. Deze zijn in het algemeen eenvoudiger te bouwen dan een pompcentrale en maar kunnen ook gebruikt worden om een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit te gaan opslaan. Momenteel wordt er voor de opslag van elektriciteit bij een elektriciteitsnet heel vaak gebruik gemaakt van ook enorm grote batterijen - of toch gebouwen die vol met batterijen staan. Maar batterijen zijn een relatief duur alternatief voor dit probleem en deze hebben ook een relatief korte levensduur. Dus een andere, goedkoper en duurzamer alternatief zou zeer welkom zijn voor energieopslag in de toekomst.

En dit zorgt ervoor dat er meer en meer interesse komt voor de andere alternatieven zoals gecomprimeerde lucht en vliegwielen. Deze toenemende interesse komt deels door het toenemende aandeel van hernieuwbare energiebronnen, zoals windenergie en zonne-energie, in onze energiemix of althans door de plannen voor de infrastructuur voor deze hernieuwbare energiebronnen. Maar daarnaast wordt er ook maar steeds meer elektriciteit verbruikt en zijn er ook meer aangesloten verbruikers op het net. Dit zorgt ook voor meer variaties in de vraag naar elektriciteit, bijvoorbeeld tussen de piek- en daluren gedurende een dag.

De energie-opslag technologie waarbij gebruik gemaakt wordt van gecomprimeerde lucht zou vooral dienen om grote hoeveelheden energie op te slaan over een langere periode, namelijk meerdere uren of zelfs een volledige nacht. Het algemene principe is dat op het ogenblik dat er 'teveel' elektriciteit geproduceerd wordt, de overschot aan elektriciteit zou gaan naar het aandrijven van een aantal compressors. Deze compressors zouden lucht uit de atmosfeer nemen en die gaan comprimeren tot een hogere druk. Deze gecomprimeerde lucht zou dan ergens opgeslagen worden. En dan op een later moment, wanneer er elektriciteit 'tekort' is op het elektriciteitsnet, dan zou men deze gecomprimeerde lucht laten expanderen totdat het terug de atmosferische druk bereikt heeft. Deze expansie zou plaatsvinden in een turbine en tijdens deze expansie zou de lucht dan de turbine en op zijn beurt een generator aandrijven die de opgeslagen energie terugwint en deze terug op het net zet. Voor de opslag van de gecomprimeerde lucht zou men gebruik kunnen maken van verlaten schachtbouwmijnen, die met een aantal maatregelen zo goed als luchtdicht gemaakt zouden kunnen worden.

Er bestaan zo'n drie verschillende types voor de technologie voor energie-opslag met gecomprimeerde lucht. Het verschil tussen deze drie types is wat er gebeurt met de warmte die ontstaat tijdens het comprimeren van de lucht. Namelijk wanneer men de druk in de lucht zal opdrijven met behulp van compressoren dan zal ook de temperatuur gaan toenemen. En bij decompressie of dus de expansie, is het een vereiste dat de lucht terug of nog steeds een hoge temperatuur heeft. Dit is dus noodzakelijk om de energie terug te winnen uit de gecomprimeerde lucht. De drie verschillende types zijn adiabatische, diabatische, en isotherme opslag van de gecomprimeerde lucht. Bij adiabatische opslag van de gecomprimeerde lucht wordt de warmte die ontstaat bij het comprimeren apart opgeslagen na de compressie. En dan wanneer de energie teruggewonnen moet worden, dat wordt de warmte 'teruggegeven' aan de gecomprimeerde lucht net voor de expansie.

Bij diabatische opslag van de gecomprimeerde lucht wordt de extra warmte die ontstaat bij het comprimeren afgevoerd tijdens de opslag van de gecomprimeerde lucht. Dit kan gedaan worden met intercoolers en zo wordt een deel van de thermische energie deels teruggewonnen en de rest afgevoerd naar de atmosfeer als restwarmte. Wanneer de opgeslagen energie dan teruggewonnen moet worden, dan moet de gecomprimeerde lucht eerst terug opgewarmd worden vooraleer men de energie kan gaan terugwinnen. Het opwarmen van de opgeslagen lucht kan gedaan worden met een brander op aardgas of door gebruik te maken van een andere bron van thermische energie. De laatste methode voor opslag is de isotherme compressie en expansie, waarbij men tracht de temperatuur van de lucht constant te houden door constante warmte uitwisseling met de omgeving. Dit is enkel praktisch haalbaar voor lage energie niveau's, met zeer efficiënte warmtewisselaars en over een relatief grote tijdsperiode.

Beacon Power's energie-opslag installatie in Stephentown,

New York waarbij vliegwielen gebruikt worden om de

energie op te slaan.

De energie-opslag technologie waarbij er gebruik gemaakt wordt van vliegwielen zou dienen om variaties op een korte tijdsperiode te gaan opvangen. Het is namelijk zo dat er in de vraag naar elektriciteit, op een zeer korte tijdsperiode, heel wat kleine variaties optreden in het verbruik. Namelijk doordat er constant toestellen ingeschakeld en uitgeschakeld worden door de gebruikers aangesloten op het net. In het algemeen zouden vliegwielen dienen om energie op te slaan voor zo'n 15 minuten voordat het dan weer af te geven. Want, namelijk is het zo dat een grote elektriciteitscentrale zoals een steenkool-, aardgas-, kerncentrale ook zijn elektriciteitsproductie kan aanpassen aan het verbruik. Dit is mogelijk door de frequentie van de opgewekte elektriciteit zo te gaan aanpassen en dat ook de energie-inhoud aangepast wordt.

Maar in dergelijke grote centrales duurt het steeds zo'n 5 minuten of langer vooraleer het zich kan gaan aanpassen aan de vraag naar elektriciteit. En hier is dan dat de technologie van de energieopslag met vliegwielen komt kijken. Namelijk doordat deze in staat zijn om op een zeer korte tijdsperiode energie op te slaan en terug af te geven. Deze vliegwielen zijn verbonden met een elektrische motor/generator. Wanneer er energie moet opgeslagen worden, dan wordt de motorfunctie gebruikt om het vliegwiel (sneller) te laten draaien. Wanneer de energie dan teruggevraagd worden, dan wordt de generatorfunctie gebruikt om de kinetische energie terug om te zetten in elektrische energie. In het algemeen zouden dan een reeks van dergelijke vliegwielen gebruikt worden om de 'kleine' variaties in het elektriciteitsverbruik te gaan opvangen, zodat men de grote elektriciteitscentrales deels kan verlossen van deze taak.

Van allebei deze energie-opslag technologieën, gecomprimeerde lucht en vliegwielen, zijn er nog maar een paar commerciële installaties in gebruik. Maar er worden steeds meer plannen gemaakt om nieuwe energie-opslag installaties te bouwen. En als we de capaciteit van al deze plannen om nieuwe installaties bij te bouwen, dan zien we dat totale energie-opslag capaciteit in de wereld binnenkort meer dan verdubbeld zal worden. Een dergelijke groei komt doordat er nog maar sinds kort veel interesse is in energie-opslag technologieën. Zo'n 10 jaar geleden was er nagenoeg bijna geen interesse in energie-opslag maar de laatste jaren met de sterke opkomst van de hernieuwbare energiebronnen wordt dit onderwerp en deze technologieën steeds maar belangrijker.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [nationalgeographic]

De oorlog der stromen

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 21 Mar 2011 05:00:00 +0000

Dit artikel is het eerste uit een serie van twee artikelen. Het onderwerp van deze twee gaat over het elektriciteitsnet, het ontstaan, de uitvinders, en welke veranderingen er voor de deur staan. Dit eerste artikel gaat voornamelijk over het ontstaan van het elektriciteitsnet en over de uitvinders die belangrijkste bijdragen geleverd hebben die gezorgd hebben voor het ontstaan van het huidige elektriciteitsnet.

Het allereerste openbare elektriciteitsnet werd gebouwd in het Verenigd Koninkrijk in 1882, zo'n 82 jaar nadat de Italiaanse fysicus, Alessandro Volta er voor het eerst in slaagde om elektriciteit te produceren. Dit deed hij door gebruik te maken van een batterij met daarin een aantal chemische stoffen. Zijn toestel, samengesteld uit een aantal kommen gevuld met een zoutoplossing die waren verbonden met koperen en zinken draden, was het allereerste toestel dat in staat was om een ononderbroken elektrische stroom te leveren. Later maakte hij nog een eenvoudiger ontwerp die uit plaatjes koper en zink bestond. Het duurde wel nog een hele tijd na deze uitvinding voordat men het eerste elektriciteitsnet aanlegde. Het was in de stad Godalming in Surrey in het Zuid Oosten van Engeland, dat zich het eerste elektriciteitsnet bevond.

Het voornaamste doel van dit elektriciteitsnet was voor de verlichting in de woningen en andere gebouwen. Dit elektriciteitsnet werd niet voorzien van elektriciteit via het verbranden van fossiele brandstoffen, maar er werd gebruik gemaakt van waterkracht. Namelijk werd de elektriciteit opgewekt in de lokale waterkrachtcentrale langs de Wey rivier. In deze waterkrachtcentrale stond er Siemens alternator en deze wekte voldoende elektriciteit op om een reeks lichten te doen branden in het dorp. Een jaar, in 1882, na het eerste elektriciteitsnet in Godalming, onthulde Thomas Edison 's werelds eerste elektriciteitsnet waarbij de elektriciteit opgewekt wordt door een generator aangedreven door een stoomturbine. Thomas Edison was een Amerikaanse uitvinder en zakenman, die zijn fortuin maakte door uitvindingen op te kopen en de octrooien op zijn eigen naam vast te leggen. Als deze succesvol bleken, perfectioneerde hij ze en nam ze in productie. Edison was een lange tijd recordhouder voor het grootste aantal octrooien toegekend aan een persoon, namelijk had hij er rond de 1400. De elektriciteit opgewekt in deze centrale was geen wisselstroom zoals we dat nu kennen, maar toen was de elektriciteit op het elektriciteitsnet gelijkstroom. Thomas Edison's elektriciteitscentrale bevond zich in Holborn Viaduct in London en hij had toen een contract met de stad om voor drie maanden lang elektriciteit te leveren aan de stad voor de straatverlichting.

Thomas Edison, de Amerikaanse uitvinder en zakenman,

die voorstander was van een elektriciteitsnet dat gelijk-

stroom vervoerd

Het volgend jaar, in 1883, opende Edison z'n twee elektriciteitscentrale maar nu niet meer in Euopa maar nu in de VS. Namelijk in New York City opende hij Pearl Street Power Station en ook hier was de opgewekte stroom gelijkstroom. Doordat de opgewekte stroom gelijkstroom is, koos Edison er steeds voor om elektriciteit op te wekken op of heel er dicht bij de locatie waar het gebruikt wordt. Dit omdat er bij Edison elektriciteitsnet, met gelijkstroom, geen mogelijkheid was om de spanning van de elektriciteit aan te passen. De voltage die men kiest bij het opwekken is steeds een compromis tussen twee verschillende zaken. Namelijk hoe hoger de spanning, hoe lager de stroom moet zijn om een bepaalde hoeveelheid vermogen over te brengen. Daarnaast zijn de verliezen lager bij een lagere stroom. Maar een hogere spanningen brengt wel een aantal gevaren met zich mee en moeten de kabels veel sterker geïsoleerd zijn.

Nikola Tesla, was een Servisch-Amerikaanse uitvinder, elektrotechnicus en natuurkundige. Hij wordt gezien als een van de grootste ingenieurs en uitvinders aller tijden. Hij staat bij het grote publiek vooral bekend als de uitvinder van de wisselstroomgenerator en de wisselstroommotor. Maar daarnaast is hij ook de uitvinder geweest van de voornaamste componenten van het elektriciteitsnet. Hij heeft ook een korte tijd gewerkt voor het bedrijf van Thomas Edison, en hij is degene die uiteindelijk eigenlijk gezorgd heeft voor de opkomst van een elektriciteitsnet op wisselstroom. Edison kreeg een bepaald probleem met één van 'zijn' uitvindingen niet opgelost en beloofde een flinke beloning te betalen aan degene die dat voor hem kon doen. Tesla, als werknemer van Edison, nam de uitdaging aan en vond binnen een relatief korte tijd de oplossing. Maar Edison weigerde echter de beloofde beloning te betalen aan Tesla en antwoorde: 'Je begrijpt onze Amerikaanse humor niet, Tesla!" Kort nadien weigerde Edison om Tesla's weeksalaris van $18 te verhogen tot $20, waarop Tesla ontslag nam en zijn eigen bedrijf begon.

Tesla was al altijd erg gefascineerd door wisselstroom. En uiteindelijk ontdekte hij dat met wisselstroom het mogelijk is om de spanning van de elektriciteit te gaan aanpassen naargelang de applicatie. Zo kon men elektriciteit met een hoge spanning vervoeren en eenmaal op de gewenste locatie kan deze spanning omlaag gebracht worden met een transformator. Uiteindelijk was zijn ontwerp voor het elektriciteitsnet een stuk veiliger en veel efficiënter dan dat van Edison. Tesla was altijd al erg geïnteresseerd in wisselstroom en zijn toepassing, zo is hij ook de uitvinder van de wisselstroommotor maar ook nog een heleboel andere zaken. Telsa ontwierp de algemene theorie voor een dergelijk systeem zodat het voor alle toepassingen en toestellen gebruikt zou kunnen worden.

George Westinghouse, Amerikaanse onder-

nemer en ingenieur. Samen met Nikola Tesla

was hij groot voorstander van een elektriciteits-

net dat wisselstroom vervoerd

En in 1888 toonde George Westinghouse, wie een patent had op het type transformator die een belangrijk element was in het ontwerp van Tesla, interesse in z'n theorie. Dit heeft er uiteindelijk voor gezorgd dat hij samen met Tesla is begonnen met Tesla's bedrijf uit te bouwen. Deze samenwerking tussen Tesla en Westinghouse is er gekomen doordat Tesla het patent had op de wisselstroommotor en Westinghouse had het patent op de transformator. George Westinghouse gebruikte zijn uitvinding op dat moment al in praktijk, namelijk was hij beheerder van een wisselstroom elektriciteitsnet in Massachusetts. Maar de wisselstroom van Westinghouse's elektriciteitsnet kon toen enkel maar gebruikt worden voor verlichting. Dit omdat er nog geen wisselstroommotoren op de markt te verkrijgen waren. En dus doordat Westinghouse en Telsa allebei cruciale patenten hadden omtrent apparaten voor in een wisselstroom elektriciteitsnet, zijn ze gaan samen werken. En zo hebben ze samen gezorgd voor het succes van het wisselstroom elektriciteitsnet.

In 1886 installeerden Westinghouse en Stanley, een andere Amerikaanse uitvinder, het eerste Amerikaanse wisselstroom-energienetwerk in Great Barrington. Een door waterkracht aangedreven generator, die 500 volt wisselspanning produceerde, voorzag dit netwerk van energie. De spanning werd tot 3000 volt gebracht voor de transport en werd dan lokaal weer tot 100 volt gebracht. Dit om de verliezen tijdens het transport zoveel mogelijk te beperken. Tijdens de wereldtentoonstelling van 1893 in Chicago waren elektriciteit en kunstlicht nieuwe fascinerende uitvindingen. De tentoonstelling, die uiteindelijk 27 miljoen bezoekers zou lokken, werd geopend met de onthulling van een gigantische gloeilamp van 2,5 meter hoog. Deze bevond zich op het paviljoen van Edison, dat zelfs zijn eigen gelijkstroomgenerator had. Maar deze gigantische gloeilamp was meteen ook de enigste gloeilamp van Edison op de wereldtentoonstelling. De 180.000 lampen, van normale grootte, die de rest van het enorme terrein verlichten, waren ontwikkeld en geleverd door Westinghouse. Deze lampen waren aangesloten op wisselstroomgeneratoren uitgevonden door Nikola Tesla.

De elektrische stoel uitgevonden door één

van een ingenieur ingehuurd door Edison's

bedrijf.

Op dat ogenblik in geschiedenis was de oorlog der stromen aan de gang. Aan de ene zijde had je Thomas Edison en zijn bedrijf die voorstander waren van de invoering van een elektriciteitsnet dat gelijkstroom vervoerde. En langs de andere kant had je Westinghouse en Tesla die voor de invoering waren van een elektriciteitsnet dat wisselstroom vervoerde. Deze twee kampen zorgde ervoor dat er tussen beide fabrikanten en uitvinders een hevige concurrentiestrijd ontstond dat ook wel de 'War of Currents' genoemd wordt. De strijd bereikte een absurd hoogtepunt in 1887 toen een groep afgevaardigen van de staat New York vroeg aan Edison vroeg of elektriciteit gebruikt kon worden als executiemethode. Hoewel Edison hier eerst niets van wilde weten, gaf hij toch toe. Met één kanttekening: "Dan moet je wel de stroom van mijn concurrent, 'Westinghouse', gebruiken want deze is veel dodelijker". Edison nam dus de opdracht aan om reclame te kunnen maken voor zijn bedrijf en uitvindingen en om die van Westinghouse in een slecht daglicht te zetten. En Edison hoopte zelfs op deze manier Westinghouse uit te schakelen door 'zijn' wisselstroom te associëren met de dood.

Maar ondanks alle pogingen van Edison om wisselstroom in diskrediet te brengen, mislukte dit uiteindelijk omdat het steeds duidelijker werd dat de voordelen van een elektriciteitsnet dat wisselstroom vervoerd groter waren dan van Edison dat gelijkstroom vervoerd.

Geschreven door Emile Glorieux

Verhoogd overstromingsrisico gekoppeld aan opwarming van de aarde

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 14 Mar 2011 05:00:00 +0000

In de herfst van 2000 was het niet zo prettig om in Engeland en Wales te wonen. De mensen die daar wonen zullen deze herfst waarschijnlijk niet gauw vergeten. Namelijk waren er toen enorme overstromingen in het land. Door deze overstromingen kwamen er een heleboel woningen, wegen, spoorwegen, en andere gebouwen en infrastructuur onder water te staan. Uiteindelijk moesten er zo'n 11.000 mensen geëvacueerd worden uit het rampgebied. Het jaar 2000 is Engeland en Wales een recordjaar voor wat betreft de hoeveelheid neerslag in de herfst. En men is begonnen met het bijhouden van data over de hoeveelheid neerslag in het jaar 1766. De overstromingen in 2000 zorgden voor miljarden dollars aan schade voor de inwoners. Klimatologen, die het klimaat in het Verenigd Koninkrijk onderzocht hebben, stellen vast dat het risico op overstromingen in 2000 dubbel zo hoog lag als dat van in 'normale' omstandigheden.

De verdubbeling van het risico op overstromingen is dus een duidelijk signaal dat het klimaat er aan het veranderen is. En volgens deze studie is het toch wel erg waarschijnlijk dat deze veranderingen van het klimaat veroorzaak worden door het versterkte broeikaseffect. Het broeikaseffect op aarde wordt steeds maar meer en meer versterkt, aangezien de concentratie aan broeikasgassen in onze atmosfeer maar blijft toenemen. In 1700 bedroeg de concentratie aan CO2, het voornaamste broeikasgas, zo'n 280 parts per million (ppm). Dit wil zeggen dat wanneer men één miljoen willekeurige gasdeeltjes uit onze atmosfeer zou nemen, dat er dan gemiddeld 280 deeltjes CO2 bij zitten. Maar nu 311 jaren later is deze concentratie toegenomen. Momenteel bedraagt de concentratie aan CO2 in onze atmosfeer zo'n 391 ppm. ( bron [co2now] ). Dus er is er al een heleboel bijgekomen.

Verschillende instanties die informatie en data bijhouden over dergelijke natuurrampen zoals overstromingen melden vaak dat de frequentie voor het optreden van dergelijke natuurrampen de laatste decennia is toegenomen. Enkele van deze instantie die deze data bijhouden is bijvoorbeeld de Internationale Federatie van Rode Kruis en Rode Halve Maan verenigingen - dit is de koepelorganisatie van nationale Rode Kruis- en Rode Halvemaan verenigingen. Deze federatie wil de humanitaire acties en nationale verenigingen ondersteunen en aanmoedigen. Het algemeen doel is het behoud en de bevordering van de vrede in de wereld door menselijk lijden te voorkomen en te verlichten. Daarom ondersteunt en coördineert deze federatie hulpacties voor slachtoffers van rampen. Deze koepelorganisatie is in staat om betrouwbare informatie te verzamelen over het optreden van natuurrampen in de wereld aangezien de Rode Kruis en Rode Halvemaan verenigingen veelal hulpacties opstarten om de slachtoffers van natuurrampen te helpen. En volgens de gegevens van de Internationale Federatie van Rode Kruis en Rode Halve Maan verenigingen is de frequentie van het optreden van natuurrampen toegenomen in de laatste decennia.

Maar niet alleen hulporganisaties merken dat het risico op ernstige natuurrampen is toegenomen de laatste decennia, ook andere instantie die begaan zijn met de gevolgen van natuurrampen doen een gelijkaardige vaststelling, namelijk in de sector van de verzekeringen. Münchener Rück, 's werelds tweede grootste herverzekeraar verteld dat volgens de gegevens die hij ter beschikking heeft dat het risico op extreme overstromingen verdrievoudigd is ten opzichte van het risico in 1980. Een herverzekeraar is een verzekeraar waar andere verzekeraars een verzekering nemen op (een deel) van de door hen verzekerde risico's. Anders uitgelegd, een verzekeringnemer sluit een verzekering om schade af te kunnen wentelen op een verzekeraar. Hierdoor ontstaat er voor de verzekeraar een risico, namelijk het risico dat de verzekeraar moet uitkeren bij een schade. (Een deel van) dit risico kan de verzekeraar zelf ook weer verzekeren. In dit geval is er sprake van herverzekering. Eén van de redenen waarom een verzekeraar een herverzekering neemt, is om zichzelf te beschermen tegen opeenhopingen van schades voortvloeiend uit één enkele oorzaak, zoals een grote ernstige storm, overstroming of aardbeving en dergelijke. Aangezien Münchener Rück tot de groep van 's werelds grootste herverzekeraar behoort, hebben zij veel data en statistieken over het optreden van natuurrampen zoals overstromingen en dergelijke. En volgens hun cijfers is het risico op overstromingen dus verdrievoudigd sinds 1980.

Het klimaat is een heel erg complex systeem en kent heel veel verschillende elementen die het klimaat beïnvloeden, daarnaast zijn er ook nog eens een heleboel systemen op aarde die gekoppeld zijn aan het klimaat en op hun beurt terug het klimaat beïnvloeden. Daarom is het moeilijk om met 100% zekerheid, concrete uitspraken te doen over het systeem van het klimaat. Dit omdat het zo'n complex geheel is. Bijvoorbeeld uit metingen over de concentratie aan broeikasgassen in onze atmosfeer constateren we dat de afgelopen decennia deze concentratie sterk aan het toenemen. De concentratie aan broeikasgassen bepaald voor een deel de temperatuur hier op aarde en wanneer de concentratie aan deze gassen in onze atmosfeer toeneemt, dan zal de temperatuur op aarde ook gaan toenemen. Dit is een onoverkomelijk gevolg van het broeikaseffect hier op de aarde.

Wanneer onze atmosfeer, en dus de gassen in deze atmosfeer, opwarmt dan gaat er meer water van op het aardoppervlak gaan verdampen. En waterdamp is op zichzelf ook nog eens een broeikasgas waardoor dus het opwarmen nog eens verder aangemoedigd wordt. Maar uiteindelijk is het steeds zo dat alles wat naar omhoog gaat vroeg of laat terug naar beneden komt. En wat blijkt nu, is dat meer en meer van deze waterdamp in onze atmosfeer naar beneden komt in de vorm van extreme neerslag. Extreme neerslag wordt in Noord-Amerika gedefinieerd als er meer dan 100 millimeters neerslag is - met neerslag wordt bedoeld regen of een equivalente hoeveelheid aan sneeuw of hagel - in 24 uren. Of dus simpel gezegd, meer en meer water verdampt en er bevindt zich meer waterdamp in onze atmosfeer. Al deze extra waterdamp zorgt er niet voor dat het meer gaat regenen maar deze extra waterdamp zorgt er wel voor dat als het regent, dat het veel harder gaat regenen en er dan een grotere hoeveelheid water naar beneden komt in dezelfde tijdspanne.

Gabriel Hegerl, een klimatoloog van de University of Edinburgh in Scotland, verteld dat we wijdverspreide toename van de extreme neerslag kunnen verwachten door het versterkte broeikaseffect door de verhoogde concentraties aan broeikasgassen in de atmosfeer. Het versterkte broeikaseffect zorgt ervoor dat de atmosfeer opwarmt en dat de samenstelling van de atmosfeer daardoor vochtiger wordt. Wanneer de temperatuur in onze atmosfeer met één graad stijgt dan neemt de concentratie aan waterdamp er toe met 7%. Het waterdamp in de atmosfeer groep zich samen en vormt zo wolken. Deze wolken worden dan uiteindelijk regen, hagel of sneeuw afhankelijk van de omstandigheden. Namelijk wanneer de temperatuur afneemt, dan gaat de waterdamp gaan condenseren en uiteindelijk verkrijgt men dus neerslag.

Wanneer het vochtgehalte in de lucht in de atmosfeer groter is, dan zal wanneer de temperatuur afneemt, er meer waterdamp gaan condenseren aangezien er meer waterdamp aanwezig is in de atmosfeer. Dus om het even erg te vereenvoudigen, dan kunnen we eigenlijk zeggen dat de temperatuur in de atmosfeer bepaalt of dat het gaat regenen. Dus de temperatuur bepaalt eigenlijk de frequentie voor de neerslag. De concentratie aan waterdamp in de atmosfeer, langs de andere kant, bepaalt hoeveel neerslag er valt wanneer de temperatuur daalt en ervoor zorgt dat het waterdamp condenseert. Dus doordat de atmosfeer warmer wordt en de concentratie aan waterdamp stijgt, zorgt dit ervoor dat wanneer het regent (of hagelt of sneeuwt), er meer water (of hagel of sneeuw) uit lucht komt gevallen. En dit was ook de conclusie van de studie, namelijk dat (zwaarste) neerslag evenementen zijn toegenomen in omvang, waardoor dus eigenlijk de uitzonderlijke gevallen minder uitzonderlijk zijn geworden.

De studie werd uitgevoerd door Gabriel Hegerl samen met Francis Zwiers, een klimatoloog van University of Victoria in British Columbia. En tijdens deze studie hebben ze de data van meer dan 6000 weerstations van over de wereld geanalyseerd. Uit deze data van al deze weerstations hebben ze een trend kunnen vaststellen voor de wat de neerslag betreft. Zo konden de onderzoekers een beeld krijgen van de neerslag in de tijdsperiode van 1951 tot 1999. In elke jaar bepaalden ze hoe extreem de neerslag in dan jaar geweest is. Door al deze informatie te verzamelen. Daarnaast gebruikte men ook computermodellen die het klimaat op aarde simuleren. Met deze computermodellen, door alle gegevens over de weersomstandigheden en andere in te geven die opgemeten zijn tijdens deze periode, kan men 'neerslagpatronen' gaan opstellen. In deze modellen kan bijvoorbeeld de concentratie aan broeikasgassen ingegeven worden. Wanneer je dan het computermodel zijn werk laat doen, dan zal het uiteindelijk weergeven wat uiteindelijk de veranderingen zijn door deze concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer. En dit kan gedaan worden voor nog heel veel andere invloedsfactoren die het klimaat beïnvloeden. Deze neerslagpatronen, gegenereerd door deze computermodellen, kwamen overeen het patroon dat opgesteld wordt aan de hand van de metingen en waarnemingen van de neerslag in de vele weerstations.

Het voorkomen van dit neerslagpatroon kan onmogelijk verklaart worden aan de hand van natuurlijke fluctuaties in het klimaat. Er is dus ergens een tussenkomst van de mens die ervoor gezorgd heeft dat een dergelijke neerslagpatroon is voorgekomen. Dit is één van de allereerste keren dat er echt bewijs is voor het aantonen van dat de activiteiten van de mens een invloed hebben op de hoeveelheid en de karakteristiek van de neerslag, en dus op de waterkringloop op onze planeet. De klimatologen Hegerl en Zwiers zeggen dat er duidelijk een menselijke vingerafdruk zichtbaar is op dit neerslagpatroon, die tussen 1951 en 1999 is opgetreden. Het feit dat men hier nu wel kan zeggen dat er een duidelijke invloed is van de mens op de neerslag, maar dat bijvoorbeeld over de overstromingen in Pakistan dit nagenoeg onmogelijk is om dat te doen, komt doordat er uiteraard steeds een natuurlijke fluctuatie aanwezig is in onze klimaat.

Dus één specifiek 'event' van extreem weer, wat zorgde voor de overstromingen in Pakistan, kan evengoed ten gevolge zijn van natuurlijke fluctuaties als van menselijke activiteiten zoals de uitstoot van broeikasgassen. Maar hier bij dit onderzoek heeft men gekeken naar de trend van het optreden van 'events' van extreem weer over een tijdsperiode van 48 jaren. Om het optreden van een dergelijke trend te verklaren kan men heel veel van de natuurlijke fluctuaties elimineren als oorzaak, juist door het feit dat het fluctuaties zijn. Een eigenschap van fluctuaties is dat ze geen trend zijn. En daardoor, doordat er data van over een lange tijdsperiode geanalyseerd werd, kan men nu met een grote zekerheid de oorzaak aanduiden.

Het slechte nieuws is dus dat het optreden van dergelijke events van extreme neerslag steeds vaker en vaker zal voorkomen. En hoe langer we ervoor zorgen dat de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt, hoe meer en meer we ervoor zorgen dat er frequenter events van extreme neerslag zullen optreden. En dergelijke events van extreme neerslag zorgt telkens voor een heleboel menselijk leed en materiële schade. De activiteiten van de mens die ertoe leiden dat de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt hebben dus een impact op de samenstelling van de atmosfeer en op het klimaat hier op aarde. En deze impact op de samenstelling van de atmosfeer en op het klimaat zal dan vroeg of laat terug 'opveren' met erg nadelige gevolgen voor vele mensen op aarde.

"Eén van de problemen die mensen hebben met klimaatverandering, is dat het slachtofferloos misdrijf is('/was')... niemand in het bijzonder, wordt schade aangedaan door kleine wijzigingen van de gemiddelde temperatuur op aarde. Maar het zijn de gevolgen van deze kleine wijzigingen van het klimaat die mensen schade aandoet"

Geschreven door Emile Glorieux, bronnen [scientificamerican] & [nature]

Nieuwe kachels in ontwikkelingslanden beschermen gezondheid en de planeet

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 07 Mar 2011 05:00:00 +0000

Ongeveer de helft van 's werelds populatie, drie miljard mensen, maken gebruik van biomassa zoals hout, houtskool, mest, steenkool of andere resten van landbouwactiviteiten als brandstof in simpele traditionele kachels of open vuren om te koken. Maar wanneer men op deze manier kookt, ademt men veel rookgassen in. Dit zorgt voor erg schadelijke gevolgen voor hun gezondheid. Het koken op dergelijke traditionele kachels of op open vuren kan verschillende acute en chronische ziektes veroorzaken, zoals longontsteking, emfyseem, cataract, longkanker, bronchitis, hart-en vaatziekten, dysmaturiteit.

Het koken met dergelijke brandstoffen in slechte kachels of open vuren leidt jaarlijks naar schatting tot zo'n 1,9 miljoen vroegtijdige sterfgevallen. Dit is dubbel zoveel als het aantal vroegtijdige sterfgevallen ten gevolgen van malaria, volgens de cijfers van de Wereldgezondheidsorganisatie. De Wereldgezondheidsorganisatie of World Health Organization (WHO) is een gespecialiseerde organisatie van de Verenigde organisaties met als doel wereldwijde aspecten van de gezondheidszorg te coördineren en de gezondheid van de wereldbevolking te bevorderen. En volgens hun informatie en data, zou het gebruik van simpele traditionele kachels of open vuren met één van de eerder vernoemde brandstoffen het vierde ergste algehele gezondheidsrisico zijn in de ontwikkelingslanden.

Dit probleem is, op technologisch vlak, erg simpel op te lossen. De maatregel die hiertegen moet ondernomen worden is namelijk het introduceren van nieuwe kachels. Bij deze kachels moet het ontwerp zo aangepast zijn zodat er minder schadelijke rookgassen vrijkomen en dus de gezondheid van de gebruiker beschermd wordt. Al veel verschillende ontwerpers, wetenschappers en dergelijke hebben al zo'n kachels ontworpen. Bij vele van deze ontwerpen, is er speciaal aandacht besteed aan de materialen die gebruikt worden. Deze mogen uiteraard niet duur zijn en moet beschikbaar zijn voor de mensen in deze ontwikkelingslanden. Veelal kunnen deze nieuwe kachels gebouwd worden van materialen die anders als afval geschouwd worden.

Maar toch is het zeer moeilijk om deze kachels te introduceren. Dit komt namelijk door de schaal van dit probleem. Het gaat hier namelijk over enorm veel mensen, namelijk de helft van de wereldbevolking (3 miljard). En deze mensen in ontwikkelingslanden leven niet allemaal samen een dezelfde buurt. Juist integendeel ze leven heel erg verspreid van elkaar en daarnaast veelal nog eens in moeilijk bereikbare regio's. Daarnaast hebben deze mensen veelal slecht een beperkte of helemaal geen toegang tot informatiekanalen zoals televisie of internet. Dus kan men deze mensen niet informeren via een van dergelijke kanalen. Indien zij wel toegang hadden tot internet of televisie, dan kunnen ze op deze manier ingelicht worden over dit probleem, de gevaren en hoe dit aan te pakken om tot een oplossing te komen. Maar aangezien ze geen toegang hebben tot internet of televisie, is het een hele opgave om deze nieuwe kachels echt tot bij de mensen in de ontwikkelingslanden te brengen. Vele hulporganisaties en dergelijke doen veel inspanningen om deze mensen te informeren van het probleem en om deze nieuwe kachels te introduceren. Veelal slagen ze hierin maar telkens bij een beperkte groep van deze mensen. Zo wordt er toch geleidelijk een vooruitgang gemaakt om dit probleem uit de wereld te helpen.

Maar stilaan lijkt het er volgens velen op dat we bijna een kantelpunt bereikt hebben, namelijk door de inspanningen van vele bedrijven, zoals onder andere Toyola maar ook vele andere, die zich bekommeren om de taak om deze nieuwe kachels tot de mensen te brengen. Het kantelpunt houdt in dat er versnelling komt naar een grootschalige invoering van deze nieuwe kachels. En een andere aspect bij het invoeren van deze nieuwe kachels, is dat deze niet alleen goed zijn voor de gezondheid van de gebruiker, maar ook voor de andere mensen rondom. Namelijk, in het algemeen, zorgen deze kachels ook dat de geproduceerde warmte beter 'samengehouden' wordt en dus niet zomaar verloren gaat aan de omgeving. De warmte wordt geleid naar de plaats waar het nuttig gebruikt om te koken. Daardoor is er minder brandstof nodig om een maaltijd te bereiden.

Bij het verbranden van deze brandstoffen wordt er steeds een bepaalde hoeveelheid CO2 en andere broeikasgassen geproduceerd. Al deze gassen komen uiteraard steeds vrij in de atmosfeer terecht. Daar dragen ze bij aan de toenemend concentratie aan broeikasgassen in onze atmosfeer, met alle gevolgen van doen. Dus, de motivatie om deze nieuwe kachels te introduceren komt ook deels omwille van de bezorgdheid om het klimaat. Voor de gebruikers is zo'n nieuwe kachels ook steeds welkom aangezien deze minder brandstof verbruikt en dus zullen ze een kleinere fractie van hun inkomen, of van hun tijd indien ze zelf deze brandstoffen vergaren, moeten spenderen aan deze brandstoffen.

Het introduceren van dergelijke nieuwe kachels bij de mensen in ontwikkelingslanden is één van de weinige maatregelen waarbij er voordelen zijn zowel op vlak van gezondheid, milieu en economie. Er zijn echt maar weinig zaken die deze eigenschap kennen. Vorig jaar in september kreeg deze zaak meer aandacht doordat de Verenigde Naties een public privaat programma startte, namelijk Global Alliance for Clean Cookstoves. Verschillende deelnemers, waaronder de VS, de VN, de regering van Denemarken, Duitsland, Noorwegen, Peru, maar ook bedrijven zoals Shell, Morgan Stanley, en hulporganisaties zoals SNV-Netherlands Development Organisation sloten zich aan bij dit programma. De eerste doelstelling van dit programma is om 100 miljoen huishoudens te helpen met het introduceren van dergelijke nieuwe kachels om eten te koken tegen 2020. Door het invoeren van deze nieuwe kachels kunnen de vrouwen en kinderen die er leven helpen aangezien deze het meest blootgesteld worden aan de schadelijke rookgassen, maar ook omdat veelal zij belast worden met de taak van het verzamelen van de brandstof die gebruikt om te koken.

Maar, zoals eerder al vermeldt, worden niet alleen deze vrouwen en kinderen beter van deze nieuwe kachels. Doordat er minder warmte verloren gaat, dient er minder brandstof verbrandt te worden, en dus worden er minder broeikasgassen geproduceerd. Dus iedereen heeft er ook een beetje baat bij. De broeikasgassen, geproduceerd in ontwikkelingslanden tijdens het verbranden van biomassa en dergelijke voor te koken, zouden naar schatting verantwoordelijk zijn voor zo'n 2,5% à 10% van toename van de concentratie aan broeikasgassen in onze atmosfeer.

Momenteel bestaan er erg veel verschillende ontwerpen voor dergelijke nieuwe kachels. Eén van deze ontwerpen zorgt ervoor dat de kachel slecht 10% van het oorspronkelijke hoeveelheid broeikasgassen uitstoot en de prijs bedraagt rond zo'n $100. Maar zelfs wanneer de uitstoot van broeikasgassen en andere schadelijke gassen in mindere mate gereduceerd wordt, toch is uit onderzoek gebleken dat er dan toch al een grote verbetering is voor de gezondheid van de gebruiker. Zo heeft het bedrijf Toyola een kachel ontworpen die de uitstoot van broeikasgassen beperkt tot 40% van het oorspronkelijk en de kostprijs bedraagt slechts $7. Momenteel heeft Toyola al 140.000 van dergelijke kachels verkocht in Ghana sinds 2006. Van deze 140.000 werden er 51.000 vorig jaar verkocht.

De vestiging van Toyola ligt slechts een 15 kilometer buiten het centrum van Accra, de Ghanese hoofdstad. Daar wordt schroot en metaalafval ingezameld om er kachels van te maken. Daar in dat gebouw wordt dat schroot ombouwen tot mooi zwarte kachels. Ondertussen werken er al zo'n 200 arbeiders voor Toyola. In het begin, bij de oprichting van deze onderneming, geloofde er niemand in dat dit zo'n succes zou worden. De meesten dachten dat dit uiteindelijk een grote mislukking ging worden. En daarom wou ook geen enkele van de lokale banken investeren in deze onderneming. De oprichter slaagden er niet in om kapitaal loskrijgen om te investeren in Toyola.

Suraj Wahab, één van de oprichters van Toyola, vertelt dat toen hij het idee kreeg voor Toyola, hij niet enkel een 'pot' zag om kolen in de verbranden en eten te koken. Maar wat hem echt overhaalde om deze onderneming op te richten was de markt van 4 miljoen Ghanesen die deze kachels zouden kunnen gebruiken en er beter van worden. Dit zorgde ervoor dat hij er zoveel tijd en energie in stak op Toyola van de grond te krijgen. E+Co, de Amerikaanse 'niet-gouvernementele organisatie', dat investeert in duurzame energie projecten in ontwikkelingslanden, zag het potentieel in het idee van Wahab en Toyola. En investeerde in Toyola en hielp mee om de onderneming naar een grotere schaal van opereren te brengen.

Maar nu worden de kachels aan de lopende band verkocht aan de bevolking in de regio. Momenteel is de onderneming heel sterk aan het groeien doordat de kachels echt een succes zijn bij de lokale bevolking. De mensen kunnen zelfs dergelijke kachels kopen op krediet, dan komt er wel een aantal dollars bij in de kostprijs, als wijze van interest voor het verleende krediet. Voor de komende jaren wordt er enkel nog een groter succes verwacht.

Extra informatie:

Amy Smith, ingenieur aan MIT, is gepassioneerd om machines, systemen en producten te ontwerpen waarmee 's werelds grootste problemen aangepakt kunnen worden. Uiteraard situeren veel van deze problemen zich in de ontwikkelingslanden. Dit heeft ervoor gezorgd dat haar werk in het bijzonder is om deze mensen die daar leven te helpen en om hun leven beter en aangenamer te maken.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [news.nationalgeographic]

Een motor die gebruik maakt van geluidsgolven

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Tue, 01 Mar 2011 05:00:00 +0000

Deze post is het tweede deel in een reeks van twee artikelen over de Stirling motor en over de toekomst en nieuwe ontwikkelingen omtrent dit type motoren. Aangezien dit artikel het tweede is van de 'reeks', bouwt het dus verder op het eerste artikel. Het is dus aangeraden eerst het voorgaande artikel te lezen.

Een andere, zeer interessante uitvoering van de Stirling motor is "Free Piston" Stirling motor, waarbij er geen mechanische connectie is die de opgewekte arbeid overbrengt naar een krukas of iets dergelijk. In plaats daarvan, drijft deze uitvoering een lineaire wisselstroomgenerator of een pomp of een ander coaxiaal mechanisme. En doordat deze uitvoering geen mechanisme bevat die de heen en weer gaande beweging moet omzetten in een cirkelvormige, wordt de daarmee gepaard gaande wrijving nagenoeg volledig geëlimineerd. Het principe van de werking van de motor is analoog aan het reeds aangehaalde principe van een Stirling motor.

Bij de "Free Piston" Stirling motor is de opstelling ietwat verschillend als bij de voorgaande. Namelijk bevinden de warme en de koude ruimte zich nu in één cilinder. En deze twee ruimtes zijn van elkaar gescheiden door een 'displacer'. Dit een soort zuiger maar er is geen goede afsluiting tussen de rand van deze zuiger en de cilinder. En dit zorgt ervoor dat er zich lucht van de warme naar de koude of omgekeerd kan verplaatsen. De warme ruimte bevindt zich boven de displacer en de koude ruimte bevindt zich onder de displacer. Aan de andere zijde van de koude ruimte bevindt zich de 'power piston'. Deze cilinder is, via een staaf, verbonden met de lineaire wisselstroomgenerator en is dus degene die ervoor zorgt dat de opgewekte arbeid omgezet wordt in elektrische energie.

In eerste stap beweegt de displacer naar beneden en wordt er koude lucht isotherm gecomprimeerd tot een hogere druk. Dan verplaatst deze lucht zich langs de displacer naar de warme ruimte. Daarbij verandert er niets aan de fysische toestand van de lucht. Eenmaal in de warme ruimte warmt de lucht isochoor op. Daarbij neemt de druk en de temperatuur in de lucht toe. Daarna zal de lucht expanderen, eerst in de warme ruimte maar al snel kan de lucht daar niet meer verder gaan expanderen. En dus verplaatst de lucht zich nu terug naar de koude ruimte en expandeert daar verder. Hierbij wordt de power piston naar beneden gedrukt en wordt er dus arbeid geleverd. Door deze expansie, neemt de druk van de lucht in de warme ruimte boven de displacer terug af. Uiteindelijk zal deze daling van de druk ervoor zorgen dat de displacer terug naar boven zal bewegen. De expansie van de warme lucht in de koude ruimte zal gevolgd worden door het afkoelen van de warme lucht. En uiteindelijk komt men zo terug is de eerste toestand en kan de volgende cyclus beginnen.

Etalim, een nieuw bedrijf uit Vancouver, Canada heeft een nieuw soort motor ontwikkeld gebaseerd op het principe van een Free Piston Stirling motor. Hun prototype is ongeveer zo groot als een basketbal en zou een goedkopere manier op warmte en elektriciteit op te wekken in huizen en andere gebouwen. Bij de Stirling motor is er steeds een warmtebron nodig, en bij hun ontwerp zou men de technologie van 'concentrated solar power' gebruiken als warmtebron. Bij 'concentrated solar power' worden, zoals de naam doet vermoeden, de stralen van de zon geconcentreerd op een bepaald punt. Dit zodat de temperatuur erg hoog oploopt in dat punt en van daaruit kan men dan de warmte gaan benutten voor welbepaalde toepassingen. Het prototype dat ze bij het bedrijf nu ontwikkeld hebben had enkel als doelstelling om de werking van hun ontwerp aan te tonen. En daarom heeft het nog niet zo'n hoog rendement als dat de computermodellen aangeven.

Zoals reeds gezegd, heeft de werking van de motor van Etalim veel overeenkomsten met die van de Stirling motor. Er wordt helium gebruikt als 'werkgas' in plaats van lucht. Tot nu toe waren de hoge temperaturen en drukken steeds een probleem voor de 'Free Piston' Stirling motor. Dit maakte het moeilijk om de ruimtes mooi af te dichten want de 'gewone' materialen en technieken voor afdichtingen werken niet bij dergelijke hoge temperaturen en drukken. Daarom moet men andere technieken gebruiken en deze hebben een aanzienlijk grotere kostprijs dan de conventionele afdichtingstechnieken.

Bij het ontwerp van Etalim werden alle afdichtingen uit het ontwerp van de 'Free Piston' Stirling motor verwijdert en in de plaats maakt men gebruik van thermo-akoestiek. In het algemeen is 'thermo-akoestiek' de studie die zich bekommerd over de relatie tussen geluid en warmte. Namelijk kan een temperatuurverschil een geluidsgolf opwekken, maar ook omgekeerd een geluidsgolf kan ook een temperatuurverschil creëren. Hier bij dit ontwerp wordt er warmte gebruikt of de intensiteit van geluidsgolven in een gesloten ruimte te controleren. Bij hun ontwerp is de displacer vervangen door een metalen plaat. En boven deze metalen plaat, in de warme ruimte, bevindt er zich helium. Doordat het helium opgewarmd wordt, versterkt het de geluidsgolven die zich door de metalen plaat verplaatsen. En het versterken van deze geluidsgolven zorgen ervoor dat de metalen plaat sterk gaat trillen. De power piston in de 'Free Piston' Stirling motor is hier vervangen door een speciaal metalen diagram. Tussen de metalen plaat van de displacer en het metalen diagram van de power piston bevindt zich de koude ruimte met ook daarin helium. Wanneer de metalen plaat gaat trillen dan worden deze trillingen, via het helium doorgegeven aan het metalen diagram en gaat dit ook trillen. Aan dit metalen diagram is er een staaf verbonden en deze geeft deze mechanische arbeid door aan een lineaire wisselstroomgenerator. En daar wordt deze mechanische arbeid omgezet in elektrische energie.

De geluidsgolven in de metalen plaat zijn, relatief gezien, maar een kleine beweging en dus de hoeveelheid gas dat er daardoor verplaatst wordt is eigenlijk maar relatief klein. En dus is de beweging van het metalen diagram en de daaraan verbonden staaf ook niet zo groot. Maar toch is mogelijk een relatief groot vermogen op te wekken met deze motor, namelijk door de motor 500 cyclussen per seconde te laten afleggen. En hoe groter de frequentie van de cyclussen in deze motor, hoe groter het opgewekt vermogen. Het bedrijf, Etalim, heeft erg ambitieuze doelstellingen. Vorig jaar hadden ze hun eerste prototype gebouwd van hun ontwerp, dit was enkel om de werking ervan aan te tonen. Het werkte met een relatief lage warmte in de warme ruimte. Dit zorgde voor een laag rendement, namelijk rond de 10%. Momenteel is het tweede prototype bijna af en de bedoeling ervan is om een hoger rendement te behalen. Men verwacht dat het rendement zo'n 20% à 30% zal bedragen en het zal werken met een temperatuur van 500°C in de warme ruimte. Als alles volgens gepland verloopt dan zal dit prototype af zijn deze lente.

Tegen 2012 wil Etalim hun eerste commercieel product van het ontwerp op de markt gaan brengen. Dit zou een rendement moeten behalen van zo'n 40% en werken bij een temperatuur van ongeveer 700°C in de warme ruimte. Het product zou dienen voor in woningen elektriciteit (en warmte) op te wekken. Bij Etalim zijn ze er van overtuigd dat ze een motor kunnen maken, gebaseerd op hun ontwerp, met een kostprijs van minder dan $1 per watt aan vermogen. En op lange termijn, zou men na een aantal jaren in productie te zijn, motoren moeten kunnen gaan produceren waarvan de kostprijs rond de 15 cent per watt bedraagt. Vele deskundigen vertellen dat deze doelstellingen niet onmogelijk zijn en dat ze waarschijnlijk wel haalbaar zijn. Maar momenteel heel men enkel nog maar het concept en een eerste ontwerp. Er moet nog veel 'engineering' gebeuren om tot een echt volwassen technologie en product te komen dat klaar is voor concurrentie op de markt.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]

Kan de Stirling motor nog doorbreken?

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 28 Feb 2011 05:00:00 +0000

Deze post is een eerste deel in een reeks van twee artikelen over de Stirling motor en over de toekomst en nieuwe ontwikkelingen omtrent dit type motoren. De volgende post, die binnenkort zal gepost worden, is dan het tweede artikel van deze reeks en bouwt verder op dit artikel.

Indien de eerste ontwikkelaars van de auto hadden geopteerd voor een Stirling motor in plaats van een Otto of een Diesel motor, dan hadden we nu allemaal rondgereden in wagens die veel efficiënter werken en minder vervuilende gassen produceren. Maar een aantal zaken in de evolutie van de auto zorgden ervoor dat de Stirling geen interessant alternatief was voor de motor in auto's. In het algemeen heeft de Stirling motor een aantal voordelen, namelijk is de werking van deze motor een stuk efficiënter dan de Otto en de Diesel motor. Daarnaast kan de Stirling motor werken met een heel veel verschillende soorten brandstoffen.

De Stirling motor is in tegenstelling tot andere voertuigmotoren een externe verbrandingsmotor, de Otto en de Diesel motor zijn allebei interne verbrandingsmotoren. Het feit dat de verbranding hier nu extern gebeurt, kan men er beter voor gaan zorgen dat er minder schadelijke verbrandingsgassen gaan ontstaan tijdens de verbranding van de brandstof. Ondanks het feit van dat de verbranding extern gebeurt, dit voorkomt niet dat er een heleboel CO2 ontstaat. Maar doordat het rendement groter is, is de CO2-uitstoot van een Stirling motor per hoeveelheid nuttige energie een stuk kleiner dan bij een Otto of Diesel motor. In een Otto en een Diesel motor vinden er steeds ontploffingen plaats, maar in een Stirling motor is dit niet het geval, waardoor een Stirling motor ook heel wat minder lawaai maakt.

Een Stirling motor wordt ook wel eens een heteluchtmotor genoemd, dit omdat in deze motor er gebruik gemaakt wordt van de expansie van lucht of andere gassen door verhitting en de contractie ervan bij afkoeling. Het principe van deze motor werd bedacht door Robert Stirling, een Schotse dominee. Hij had van jongs af aan belangstelling voor techniek en wetenschap. Hij maakte zich zorgen om de arbeiders en de gevaren waaraan zij blootgesteld waren door het gebruik van stoommachines in de fabrieken. In de tijd dat Robert Stirling leefde, aan het begin van de 19de eeuw, was er nog geen plaatstaal beschikbaar van hoge kwaliteit, en daarom gebeurde het wel eens dat er een stoommachine ontplofte. En wanneer dit gebeurde, dan vielen er vaak gewonden onder de arbeiders die er aan het werk waren. Daarom besloot Robert Stirling om het ontwerp van een al bestaand type luchtmotor te optimaliseren in de hoop een veiliger alternatief te bekomen voor de stoommachines in de fabrieken van toen.

Binnen een jaar na zijn eerste ontwerp, had hij al verdere verbeteringen bedacht. Namelijk de 'heat economiser', dit is een regenerator die ervoor zorgt dat er minder warmte verloren gaat naar de omgeving en dus dat er uiteindelijk minder brandstof verbruikt wordt. In 1817 kreeg hij een patent op zijn ontwerp voor de luchtmotor en op een luchtmotor met een ingebouwde regenerator. Het duurde daarna nog tot 1818 tot dat hij zijn eerste praktisch bruikbare versie van zijn ontwerp heeft gebouwd, deze werd gebruikt om water uit een steengroeve naar boven te halen.

In de Stirling motor bestaat steeds uit een warme ruimte of cilinder en een koude ruimte of cilinder. Daarnaast is er een zuiger of een ander mechanisme, die ervoor zorgt dat lucht heen en weer beweegt tussen deze warme en koude ruimte. Als de lucht zich in de warme ruimte bevindt, dan zal deze opwarmen en expanderen. En doordat tijdens het expanderen er dus een grote volume ingenomen zal worden, wordt er daarbij arbeid verricht op een zuiger in deze warme ruimte. Eenmaal de expansie heeft plaatsgevonden, verplaatst deze lucht zich terug naar de koude ruimte. Daar wordt de lucht afgekoeld en gaat deze terug krimpen.

De geïdealiseerde Stirling cyclus bestaat uit vier thermodynamische processen die op het gas werken. Namelijk wordt in de eerste stap de lucht in de koude cilinder gecomprimeerd, dit proces gebeurt isotherm, wat wil zeggen dat de temperatuur constant blijft gedurende dit proces. De gegenereerde warmte tijdens deze compressie wordt onmiddellijk afgevoerd uit de koude cilinder. Aan het einde van deze stap is het volume van de lucht, die zich nu in de koude cilinder bevindt, een stuk kleiner. Daarnaast is de druk wel veel hoger en de temperatuur is dezelfde als voordien. In de tweede stap verplaatst de lucht zich van de koude naar de warme cilinder. Bij deze transfer verandert er op het eerste moment niet aan de toestand van de lucht. Maar eenmaal in de warme cilinder, begint de lucht op te warmen. De temperatuurstijging van de lucht verloopt isochoor. Dit wil zeggen dat het volume van de lucht onveranderd blijft. Tijdens het isochoor opwarmen van de lucht, stijgt de temperatuur en de druk van de lucht.

Nadat de lucht opgewarmd is, zorgt de hoge druk ervoor dat de zuiger in de warme cilinder naar achteren wordt geduwd. Nu expandeert de opgewarmde lucht en gaat het dus een groter volume innemen. Deze expansie gebeurt isotherm want aangezien de lucht zich in de warme cilinder bevindt blijft de temperatuur constant. Het is tijdens dit proces dat er arbeid geleverd wordt door de motor, die daarna nuttig gebruikt kan worden. Eenmaal de expansie heeft plaatsgevonden, beweegt de zuiger in de warme cilinder terug helemaal naar boven waardoor al de lucht terug naar de koude cilinder gaat. Tijdens de overgang van de lucht van de warme naar de koude cilinder, verandert er niets aan de fysische toestand van de lucht. In de koude cilinder koelt de lucht af. Dit gebeurt terug bij een constant volume. En als de lucht terug afgekoeld is, dan bevindt de lucht zich terug in de begintoestand en kan de volgende cyclus starten.

Later werd er ook nog een regenerator aan de Stirling motor toegevoegd. Dit is een interne warmtewisselaar voor tijdelijke warmte opslag tussen de warme en de koude cilinder. Op het einde van de cyclus verplaatst de warme lucht zich van de warme cilinder naar de koude cilinder en daar koelt die af. Maar nu wordt deze lucht door de regenerator geleidt, waar het zijn warmte kan afgeven en dus al afkoelt voordat het in de koude cilinder terecht komt. En bij de volgende cyclus, wordt de koude lucht die naar de warme cilinder verplaatst wordt, eerst door de regenerator geleidt. Daar neemt de lucht de eerder afgegeven warmte weer op en warmt het dus al op voordat het in de warme cilinder terecht komt. Op deze manier gaat er minder warmte verloren tijdens het afkoelen van de warme lucht in de koude cilinder. En omgekeerd in ook waar, zo is er dus minder warmte nodig in de warme cilinder om de lucht op te warmen. Dit is het algemeen principe voor een Stirling motor. Er bestaan namelijk wel verschillende uitvoeringen, maar deze zijn uiteraard allemaal gebaseerd op dit principe.

Ondanks dat hun werking veel efficiënter en flexibeler is, toch is de Stirling motor (nog) niet in algemeen gebruik. Hoewel grote bedrijven zoals NASA, Philips en General Motors er al miljoenen aan geld in gestopt hebben. Dit heeft gezorgd voor zeer innovatieve oplossingen voor steeds dezelfde zwakke punten van de Stirling motor. Deze zijn namelijk dat de Stirling motor niet echt geschikt om te werken met een variërend toerental en vermogen. Deze motor werkt uitstekend bij een vast toerental en vermogen, maar dit resulteert erin dat hij niet snel kan accelereren. En een tweede zaak, is dat bij grote vermogen de Diesel en Otto motor wel een hoog rendement kunnen behalen en kunnen ze het rendement van de Stirling motor evenaren.

Daarnaast lijkt het er sterk op dat het nu te laat is voor de Stirling Motor om nog een grote doorbraak te maken in de transportwereld. Momenteel worden vele nieuwe technologieën naast verbrandingsmotoren onderzocht en overwogen. Dus er kan misschien wel gezegd worden dat het veel te laat is voor de Stirling motor om succes te hebben, zelfs ondanks alle veelbelovende eigenschappen van de theorie achter deze motor.

Geschreven door Emile Glorieux

Deskundigen bekritiseren bewijsmateriaal over 'lek' in 's werelds grootste CO2-opslaglocatie

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 21 Feb 2011 05:00:00 +0000

The Weyburn-Midale Carbon Dioxide Project is sinds 2008 's werelds grootste project voor de opvang en opslag van CO2. Het project vindt plaats in Midale, Saskatchewan, Canda. Dit project komt voort vanuit internationale samenwerkingsverbanden om er wetenschappelijke studie uit te voeren omtrent de mogelijkheden van de afvang en opslag van CO2. Het is er de bedoeling om CO2 op te slaan onder de grond op plaatsen waar er voorheen olie zat. Via die onderzoeksproject wil men data gaan verzamelen om meer inzicht te verkrijgen in hoe men CO2 ondergronds kan gaan opslaan. En wat er allemaal moet gedaan worden om de opslag van het CO2 op lange termijn te verzekeren. In 1954 heeft men ontdekt dat er olie onder grond zat in Midale, Saskatchewan. Naar schatting zat er in totaal zo'n 1,4 miljard vaten olie onder de grond daar.

De conventionele ontginning van olie uit een olieveld verloopt steeds via een aantal verschillende stages. Eerst in het begin van de ontginning van olie uit een 'nieuw' olieveld, is de druk in de olie erg groot. Dit zorgt ervoor dat men enkel maar een gat moet boren tot in het olieveld. De druk van de olie zorgt er dan vanzelf voor dat de ruwe aardolie naar het oppervlak komt. Er zijn dus in het begin geen extra inspanningen nodig om de aardolie naar boven te halen. Maar na een tijdje, wanneer er al een bepaald gedeelte van het olieveld naar boven is gehaald, neemt de druk in de olie af. En op een gegeven ogenblik wordt deze druk te klein en komt de aardolie niet meer 'vanzelf' tot aan het oppervlak.

Om het olieveld verder te gaan ontginnen moeten er extra inspanningen geleverd worden. Hiervoor bestaan er al een heel reeks van technieken. Een van de strategieën is om ervoor te zorgen dat er opnieuw voldoende druk in het olieveld is, zodat zo de aardolie naar het oppervlak kan komen. In het olieveld van Midale moest men vanaf 1970 beginnen met het toepassen van dergelijke technieken omdat de druk in het reservoir te sterk was afgenomen. Zo hebben ze het reservoir laten 'overstromen'. Wat zoveel wil zeggen dat ze water onder hoge druk hebben geïnjecteerd in de boorputten. Het water zorgt ervoor dat de druk in het reservoir opnieuw toeneemt en omdat olie lichter is dan water, blijft de olie drijven op het water en komt het zo eerst terug naar boven.

In 2000 is men ook met nog een andere techniek begonnen om de druk in het reservoir opnieuw te gaan opdrijven. Namelijk zijn ze dan grote hoeveelheden CO2 gas gaan injecteren in het olieveld, ongeveer zo'n 5000 ton per dag. Het gas wordt aangevoerd via een 320 kilometer lange pijpleiding van een bruinkoolcentrale waar er ook onder andere synthetische brandstoffen geproduceerd worden. Het CO2 wordt er afvangen met een filterinstallatie en zo voorkomt men dat al dit CO2 anders vrij in de atmosfeer terecht komt. Door de injectie van het CO2 wordt er verwacht dat er in totaal zo'n 220 miljoen vaten olie extra zullen geproduceerd kunnen worden. Sinds de ontdekking van het olieveld in 1954, zijn er in totaal al zo'n 500 miljoen vaten olie geproduceerd. En dus is de extra productie die mogelijk gemaakt wordt door de injectie van CO2 toch wel opmerkelijk groot. Er wordt verwacht dat de CO2 injectie ervoor zal zorgen dat het olieveld zo'n 20 à 25 jaar langer 'actief' zal zijn en de totale olieproductie van he olieveld met ongeveer 34% gestegen is met de CO2 injectie.

De olie die geproduceerd wordt vanuit de olievelden van Midale, zullen wanneer ze gebruikt worden voor energieproductie, CO2 gaan uitstoten in de atmosfeer. Maar doordat CO2 wordt vastgelegd, kan er gezegd worden dat niet alle CO2 van de geproduceerde olie niet in atmosfeer terecht komt. Want een deel wordt opgeslagen in het reservoir. Indien men het gehele proces van de olieproductie uit de olievelden van Midale bekijkt en deze vergelijkt met die uit andere olievelden, kan er gezegd worden dat er bij de olie uit Midale, één derde minder CO2 uitgestoten in de atmosfeer wordt dan bij andere olievelden.

Vele wetenschappers en ingenieurs stellen dat het afvangen en opslaan van, CO2 geproduceerd uit fossiele brandstoffen een van de wapens is voor het bestrijden de toenemende concentratie aan broeikasgassen en de daaruit volgende van de klimaatverandering. Maar de technologie van CCS (Carbon Capture and Sequestration), voert momenteel nog een harde strijd tegen de publieke perceptie. Ook is het chemisch proces voor het afvangen van CO2 enorm duur. En om dan nog niet spreken van het prijskaart van het netwerk van pijpleidingen die aangelegd moet worden om het gas op de gewenste locatie te krijgen. Maar wanneer men nu 'voldoende' geld zou besteden, kan dit ervoor gaan zorgen dat grotere kosten vermeden kunnen worden. Namelijk de kost van de verdere klimaatverandering. Momenteel is er wel nog onduidelijkheid over de veiligheid omtrent de ondergrondse opslag van CO2. Vooraleer men dit op grote schaal wil gaan invoeren moet er eerst zekerheid zijn over of, en voor hoe lang, de CO2 daar onder de grond zal blijven.

In een rapport dat recent werd uitgebracht door een onafhankelijk geochemisch consultingbedrijf werd geconcludeerd dat er CO2 lekt uit de oliereservoir van de olievelden in Midale. In het rapport wordt er alarm geslagen over een aantal verontrustende verschijnselen rondom de olievelden. Het rapport komt uit van een onderzoek van een reeks bodemmonsters, die ze geanalyseerd hebben. De analyse van deze bodemmonsters toonde aan dat er erg hoge concentraties aan CO2 voor komen in de grond. En uiteraard het eerste vermoedens is dat deze hoge concentraties veroorzaakt wordt door het gebruik van CO2 in de olieputten.

Maar op 19 januari, heeft een groep wetenschappers een rapport als reactie op het vorige rapport uitgegeven waarin in waarschuwen dat er geen of te weinig aanwijzingen zijn om te zeggen dat er een link is tussen de hoge concentratie aan CO2 in de bodem en de opslag van CO2 in de olievelden. Nu is er een soort van een heen en weer gesprek tussen beide partijen, langs de ene kant het consultingbureau die de analyse van in het eerste rapport uitvoerde en langs de andere kant is er de groep wetenschappers die de besluiten van in het eerste rapport niet geloofwaardig en onvolledig beschouwen. Het uiteindelijk resultaat, namelijk of dat er wel of niet CO2 lekt uit de olievelden, is van groot belang voor de toekomst van deze technologie. Aangezien dat het project in Midale een soort van proefproject is voor deze technologie en men er data wil verzamelen over de betrouwbaarheid en de mogelijkheden van de opslag van CO2 in olievelden.

De onderzoekers van het consultingbureau duiden erop dat de 'chemische handtekening' van de CO2 die ze teruggevonden hebben in de bodemmonsters erg gelijkaardig is aan die van de opslagen CO2 onder de grond. Een andere data die ze een belangrijke indicatie vinden voor hun conclusies is dat de over het volledige terrein een abnormaal hoge concentratie aan CO2 in de bodem hebben opgemeten. De onderzoekers stellen dat ze kunnen besluiten uit deze twee data/cijfers, dat de hoge concentratie aan CO2 in de bodem voortkomt van de opslag van CO2 in de olievelden.

Steve Whittaker, Ph.D. in Geologie, verteld dat de onderzoekers van het consultantbureau de resultaten van het analyse 'overinterpreteren'. Hij verteld dat ondanks dat de 'chemische handtekening' van de CO2 in de bodem overeenkomt met dat van het CO2 dat er opgeslagen wordt, men nog niet met zekerheid kan zeggen dat het dan afkomstig is van de opgeslagen CO2. Hij verteld dat, bij vorig onderzoek dat hij heeft uitgevoerd, er CO2 gevonden is dat een gelijkaardige 'chemische handtekening' had als dat van het CO2 in de bodemmonsters van het consultantbureau, maar dat het CO2 dan afkomstig was van natuurlijke processen. Dus, ondanks dat de 'chemische handtekening' erg gelijkaardig is, toch kan men niet met zekerheid zeggen dat het hier gaat om CO2 die van dezelfde bron afkomstig is.

Daarnaast duidt Whittaker er ook op dat de onderzoekers geen goede basiswaarde ter beschikking hebben waarmee ze de resultaten van hun analyse kunnen vergelijken. Namelijk vergelijken ze de resultaten van hun analyse met waardes over het CO2 gehalte in de aarde uit het oliereservoir, dat zo'n 1,5 kilometer onder de grond ligt. Deze waardes gebruiken ze als basiswaarde van toen men nog geen CO2 injecteerde in het olieveld. En dus vergelijkt men er aarde dat van diep onder de grond komt met aarde dat aan het oppervlak ligt. Maar uiteraard is het niet echt correct om deze twee waardes te vergelijken en dan uitspraken te doen over veranderingen van de CO2 concentratie in de aarde aan het oppervlak.

Hij is het wel eens dat de CO2 concentratie er abnormaal hoog zijn, maar het is niet de eerste keer dat dergelijke concentraties opgemeten zijn. De CO2 concentratie in de bodem is afhankelijk van een heleboel zaken en vooral van andere kenmerken van de bodem. Maar omdat men geen goede basiswaarde heeft om de meetresultaten te vergelijken, kunnen er nog geen wetenschappelijke uitspraken gedaan worden over de oorzaak van deze hoge concentraties. Men heeft nu enkel abnormale waardes opgemeten maar men heeft nog niets van informatie over de trend van de CO2 concentratie. En om zeker te zijn of dat de abnormaal hoge concentratie echt afkomstig is door de injectie van CO2 in het oliereservoir, moet er informatie ter beschikking zijn over de trend van deze waarde van de CO2 concentratie over de afgelopen decennia, en best nog van voor er CO2 geïnjecteerd werd. Indien het CO2 afkomstig is van de injectie in de oliereservoirs, dan is momenteel een groot mysterie hoe dat het gas van 1,5 kilometer diep naar boven is gekomen.

Er moet dus nog veel meer data verzameld worden en extra onderzoek uitgevoerd worden om betrouwbare uitspraken te kunnen doen over de hoge CO2 concentratie in de bodem rondom de olievelden in Midale.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [scientificamerican]

Autofabrikanten tonen interesse in ongewoon motorontwerp

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 14 Feb 2011 05:00:00 +0000

In de transportsector is er op technologisch vlak heel veel aan het veranderen. Dit doordat er steeds meer aandacht besteed wordt aan het beperken of voorkomen van de uitstoot van broeikasgassen door de motoren van de wagens. De personenwagens zijn de grote koplopers in deze transitie. De CO2-uitstoot en het brandstofverbruik wordt steeds meer en meer een belangrijk eigenschap van de wagen. Daardoor gaan de autofabrikanten op zoek naar nieuwe technologieën die ze kunnen gebruiken in hun wagens om de CO2-uitstoot en het brandstofverbruik te verlagen. Zo hebben ze de hybride wagens ingevoerd die deels op elektriciteit en deels op fossiele brandstof rijden. Daarnaast komen de elektrische wagens ook sterk op. En daarnaast zijn er ook nog de wagens die op waterstofgas of op biobrandstoffen kunnen rijden. Maar toch blijven de verbrandingsmotoren in de running gehouden door de autofabrikanten. Namelijk wordt het ontwerp van wagens met een verbrandingsmotor ook nog steeds verder aangepast om deze zo efficiënt mogelijk te laten werken. Dit komt doordat elke 'nieuwe' technologie voor de aandrijving van personenwagens ook bepaalde eigenschappen kent. En dus doordat er nog geen enkel volkomen alternatief bestaat voor een verbrandingsmotor blijft men deze ook nog verder ontwikkelen. Dus de verbrandingsmotor is dus niet ten dode opgeschreven door de komst van de nieuwe technologieën. In tegendeel zelfs een aantal van deze nieuwe technologieën maken zelfs nog gebruik van een verbrandingsmotor.

De oorzaak die zorgt voor de veranderingen in de transportsector ligt dan namelijk ook niet bij de verbrandingsmotor, maar wel bij de fossiele brandstoffen die verbruikt worden in een verbrandingsmotor. Deze fossiele brandstoffen zorgen ervoor dat de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt met alle problematische gevolgen van doen. Het is dus van belang om technologieën te gaan ontwikkelen en in te voeren die ervoor kunnen zorgen dat de wagens geen, of toch heel wat minder, CO2 meer gaan uitstoten. Bij de ontwikkeling van deze technologieën zijn er in het algemeen drie verschillende strategieën om het probleem aan te pakken. Ofwel zorgt men ervoor dat het brandstofverbruik per kilometer sterk verbeterd wordt. Of anders gezegd, dat het rendement van een wagen per gereden kilometer veel beter wordt. Er moet hierbij ook wel duidelijk bij vermeld worden dat kleine verbeteringen eigenlijk geen invloed zullen hebben op de totale uitstoot van broeikasgassen door de transportsector. Een kleine verbetering wordt erg snel tenietgedaan doordat er steeds meer wagens rondrijden op de aarde. Om een verschil te maken moet de verbetering van het rendement van een wagen relatief groot zijn.

Een tweede mogelijkheid is om de brandstof voor de transportsector te gaan 'decarbonizeren'. Wat zoveel wil zeggen dat men overschakelt op brandstoffen die er niet meer voor zorgen dat de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer verder gaat toenemen. Bijvoorbeeld de elektrische wagens voldoen, en hybride wagens tot op zekere hoogte ook, deels aan deze technologie. Namelijk doordat de batterijen van deze wagens kunnen opgeladen worden met de elektriciteit uit het stopcontact, is het veelal zo dat er dan minder gebruik gemaakt wordt van fossiele brandstoffen voor het aandrijven van de wagen. Dit omdat bij elektriciteitsproductie er niet in alle gevallen fossiele brandstoffen gebruikt worden maar bijvoorbeeld van kernenergie, of van de energie van waterkrachtcentrales. In België is dit zeker en vast het geval aangezien 60% van de elektriciteit er geproduceerd wordt door de kerncentrales. En er kan gezegd worden dat de CO2-uitstoot van kerncentrales verwaarloosbaar is ten opzichte van die van een steenkoolcentrale.

Een ander voorbeeld van het 'decarbonizeren' van de brandstof is wanneer men gebruik maakt van biobrandstoffen in plaats van fossiele brandstoffen. Alhoewel dit toch met enige voorzichtigheid moet gezegd worden want niet in alle gevallen in de productie van biobrandstoffen een hernieuwbare energieproductie. Om de productie van biobrandstoffen op een duurzame manier te gaan uitvoeren moet er toch wel wat aandacht besteed worden aan zaken zoals het reproduceren van de biomassa, de concurrentie met de voedingsgewassen, het transport van biomassa, en nog andere zaken. Indien de biobrandstoffen op een hernieuwbare manier geproduceerd worden dan kan zorgt het gebruik ervan er niet voor dat de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt.

Een derde en laatste strategie in de transportsector is om transport veeleer als een service te gaan bekijken in plaats van een product. Nader uitgelegd is het uiteraard steeds zo dat men niet een auto koopt om een auto te bezitten, maar wanneer men een auto koopt is dit in eerste plaats steeds om zich te kunnen verplaatsen en om mobiel te zijn. Bij deze strategie is het dus de bedoeling om ervoor te gaan zorgen dat mensen steeds meer van andere transportservices gebruik gaan maken in plaats van met personenwagens te blijven rondrijden. Concreet betekent dit dus dat men zich zou gaan verplaatsen met het openbaar vervoer in plaats van met een eigen wagen. Wanneer men zich met het openbaar vervoer of dus in groep verplaatst, is de uitstoot per kilometer en per persoon meerdere malen kleiner dan wanneer men zich verplaatst in een wagen. Er zijn de verschillen strategieën om ervoor te zorgen dat de uitstoot van broeikasgassen door de transportsector kleiner wordt en dus dat de concentratie aan deze broeikasgassen in de atmosfeer niet verder gaat toenemen.

Deze drie strategieën worden uiteraard nooit echt strik gevolgd waardoor men vaak een soort van combinatie van twee of van alle drie gebruikt. En bij dergelijke combinaties kan het resultaat soms vele malen groter zijn dan de som van de twee afzonderlijk. Het is wel opmerkelijk dat er in de afgelopen 130 jaar dat de auto bestaat, zoals hij nu is, er nog maar heel weinig verandert is op het gebied van de gebruikte technologie. Namelijk berust de werking van de verbrandingsmotoren nog steeds op dezelfde thermodynamische cyclussen als zovele jaren geleden. Maar nu heeft een Amerikaanse uitvinder hier een aantal jaren terug verandering in gebracht. Namelijk gaat het hier over Carmelo J. Scuderi (1925 - 2002), en hij heeft een ontwerp voor een verbrandingsmotor bedacht waarbij er een andere thermodynamische cyclus gebruikt gemaakt wordt. Hun ontwerp is één van de 'Split cycle engines' waarbij de vier slagen van een viertaktmotor, verdeeld worden over twee verschillende zuigers. In een normale viertaktmotor bestaat de cyclus uit vier afzonderlijke slagen, namelijk de inlaatslag, compressieslag, de arbeidsslag en de uitlaatslag. Al deze vier slagen worden afzonderlijk uitgevoerd door elke cilinder en zuiger in de motor. En dus levert een zuiger maar tijdens één op de twee omwentelingen arbeid aan de krukas.

In een split cycle engine zijn er twee zuiger die als een paar samen werken om deze vier slagen te gaan uitvoeren. De ene cilinder voert de inlaat- en de compressieslag uit en de andere voert de arbeids- en de uitlaatslag uit. Om dit mogelijk te maken kan er, via een bepaald kleppensysteem, perslucht van eerste cilinder naar de tweede. Éénmaal in de tweede cilinder wordt er brandstof geïnjecteerd in de perslucht en vindt de ontsteking van het mengsel plaats. Met dit ontwerp wordt er dus elke omwenteling arbeid geleverd aan de krukas, in plaats van om één op de twee omwentelingen. Maar een Scuderi motor heeft dus uiteraard steeds minimum twee cilinders.

Door de taken van de zuiger te verdelen over twee verschillende zuigers hebben de ontwerpers heel wat vrijheden in het ontwerp van de motor en op de controle van de motor. In het geval van de Scuderi motor zijn er twee verschillende zaken die sterk veranderen, namelijk ten eerste is het moment wanneer de verbranding in de cilinder plaatsvindt anders. In het algemeen, zal de verbranding in een benzinemotor plaatsvinden wanneer de zuiger helemaal bovenaan in de cilinder is. Maar bij de Scuderi motor vindt de ontsteking van het brandstofmengsel plaats wanneer de zuiger al terug aan het zakken is in de cilinder. Dit is voordeliger omdat deze positie zorgt voor een andere krachtenwerking tussen de zuiger en de krukas. Door de hefboomwerking tussen deze twee elementen - de zuiger en krukas - is het koppel die overgebracht wordt veel groter wanneer de ontsteking plaatsvindt als de zuiger al aan het zakken is. Een grote koppel aan de krukas betekent dat het gemakkelijker is om de versnellen en dus dat er daarbij minder brandstof verbruikt wordt.

Maar wanneer men in een gewone motor de ontsteking zou laten plaatsvinden wanneer de zuiger al aan het zakken is, dan zou het volume in de verbrandingskamer veel te snel gaan toenemen. En doordat het volume te snel toeneemt, kan er geen voldoende hoge druk opgebouwd worden. En uiteindelijk zal het koppel te klein zijn om de auto vooruit te duwen. En dit is de reden waarom men in een gewone conventionele benzinemotor de ontsteking laat plaatsvinden wanneer de zuiger helemaal bovenaan de cilinder staat. Maar in een type motor van het 'split cycle engine' design is de zaak anders dan in een conventionele benzinemotor. In deze motoren kan de verbranding van het lucht-brandstofmengsel veel - zo'n 3 tot 4 maal - sneller plaatsvinden. Door deze snelle verbranding kan er toch een voldoende grote druk opgebouwd worden, ondanks dat het volume toeneemt aangezien de zuiger al aan het zakken is.

Een tweede zaak die verschillend is, is dat het nu mogelijk is om een extra element aan de motor toe te voegen. Namelijk gaat het hier over een tank waarin er perslucht opgeslagen kan worden. Dit wordt mogelijk aangezien de compressie en de arbeidsslag in afzonderlijke cilinders gebeuren. En een dergelijke tank heeft op zijn beurt weer een heleboel voordelen. Namelijk kan men nu een groot nadeel van de benzinemotor gaan aanpakken. Een benzinemotor heeft een slechte werking bij een lage belasting van de motor. Een lage belasting van de motor treedt onder andere op wanneer je aan het cruisen bent met de wagen tegen een constante snelheid. Bij dergelijke omstandigheden is de hoeveelheid lucht die aangezogen wordt tijdens de inlaatslag vrij dicht bij de minimale hoeveelheid lucht die nodig. Dit omdat de snelheid van een wagen met een benzinemotor geregeld wordt door de hoeveelheid aangezogen lucht te regelen. En bij een constante cruisesnelheid zorgt dit ervoor dat motor harder moet 'werken' om de wagen vooruit te duwen en dus meer brandstof gaat verbruiken.

Maar bij een Scuderi motor wordt de snelheid van de wagen niet geregeld door de hoeveelheid lucht die naar de motor stroomt te regelen. Dus blijft de inlaatklep voor de lucht steeds wagenwijd open staan. En de overtollige lucht die in dit geval gecomprimeerd zal worden kan nu opgeslagen worden in de persluchttank. Eens deze tank 'vol' zit met perslucht, dan stopt de eerste cilinder met lucht te comprimeren en wordt de lucht in de persluchttank gebruikt door de tweede cilinder. Een tweede voordeel van de persluchttank is dat er energie kan gerecupereerd worden tijdens het remmen. Wanneer men de rem van de wagen indruk, dan drijven de wielen van de wagen de eerste cilinder van de motor aan. Deze cilinder gaat nu dus lucht blijven comprimeren en deze perslucht wordt dan opgeslagen in de persluchttank. Daarna kan er later dan gebruik gemaakt worden van deze perslucht.

Een paar jaar terug heeft men bij Scuderi Group een prototype gebouwd van hun ontwerp om de technologie te demonstreren aan het grote publiek. Dit prototype toonde aan dat de verbeteringen met deze technologie van een andere orde zijn dan gewoonlijk. Sinds de autobouwers voor het eerste kennis maakten nieuwe type motoren met een betere werking dan de huidige is de verbeteringen meestal rond de 20%. Maar met de Scuderi motor is het brandstofrendement zo'n 50% groter dan bij een gewone verbrandingsmotor. Maar toch blijven er nog onzekerheid of de Scuderi motor het zal halen bij de grote autofabrikanten aangezien deze nog niet getest geweest is in een echte wagen. Op een simulatiemodel zag alles er al veelbelovend uit maar er blijven steeds onzekerheden over de werkelijke werking van de motor wanneer deze in een wagen gemonteerd is. Maar indien de Scuderi motor geen succes wordt in de transportsector, dan is er nog een kans dat hij in andere sectoren en dus voor andere toepassingen gebruikt zal worden. Autofabrikanten zijn in het algemeen niet zo happig om een licentie voor een motor te kopen. Men ontwikkeld namelijk veel liever een eigen ontwerp voor hun motoren. Maar momenteel hebben al 9 grote autofabrikanten interesse getoond in het ontwerp van de Scuderi Group. Dus is er wel grote hoop dan één van de negen wel bereid zal zijn om een licentie voor het ontwerp van Scuderi Group te gaan kopen.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]

CO2-afvang & -opslag project in China krijgt veel belangstelling

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Thu, 10 Feb 2011 05:00:00 +0000

De grote hoeveelheid broeikasgassen die er jaarlijks uitgestoten worden door de mens dreigen een steeds groter probleem te worden. Momenteel wordt er jaarlijks ongeveer zo'n 22 gigaton (22 . 10^9 ton) CO2 uitgestoten door de mens. Omdat men nog niet exact kan voorspellen wat de gevolgen zullen zijn van deze extra hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer heeft het een tijdje geduurd vooraleer men er echt aandacht is aan beginnen geven. Maar er kan wel gezegd worden dat de laatste jaren er steeds meer en meer belang aan gehecht wordt.

En hiermee is men beginnen zoeken naar manieren om deze uitstoot van broeikasgassen te reduceren. Eén van deze manieren waarmee men dit wil bereiken is via de ontwikkeling van een nieuwe technologie die belet dat er steeds meer broeikasgassen (voornamelijk dan CO2) in de atmosfeer zullen terecht komen. Deze kreeg de naam CO2-afvang en -opslag ofwel Carbon Capture and Storage (CCS). Het algemene idee hierachter is om het CO2, die ontstaat tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen niet zomaar vrij in de atmosfeer te gaan uitstoten. Maar daarvan zou het gas opgevangen worden en opgeslagen worden. Met deze technologie zou men theoretisch fossiele brandstoffen "klimaatneutraal" gebruikt kunnen worden. Of anders gezegd kan hiermee ervoor zorgen dat het gebruik van fossiele brandstoffen geen impact meer zou gaan hebben op het klimaat. Het doel van deze technologie kan eigenlijk ook gezien worden als een poging om het vermogen van de aarde om CO2 vast te leggen artificieel te gaan verhogen. Dit omdat het afgevangen CO2 gas ook ergens moet opgeslagen worden.

Het opvangen van het CO2 kan in principe gedaan worden bij allerhande processen, voornamelijk dan bij energieprocessen waarbij er fossiele brandstoffen verbrand worden. Maar dit is ook mogelijk bij andere industriële processen zoals bijvoorbeeld bij cementproductie, kunstmestproductie, of staalproductie. Bij deze processen wordt er namelijk ook een heleboel CO2 geproduceerd en momenteel komt die allemaal vrij in de atmosfeer terecht. CCS helpt rechtstreeks in tegen klimaatverandering, namelijk het beperkt de hoeveelheid CO2 er in de atmosfeer terecht komt. En in plaats van in de atmosfeer wordt het gas opgeslagen. Algemeen wordt CCS gezien als een soort van tussenoplossing voor tijdens de transitie naar een volledig duurzame energiemix. CCS zou kunnen helpen om de mens meer tijd te geven om deze transitie te doorlopen. Fundamenteel zijn er twee soorten uitwerkingen mogelijk van het principe van CCS. Namelijk kan het CO2 op twee plaatsen afgevangen worden in de proces van energieproductie uit fossiele brandstoffen. Deze twee plaatsen zijn ofwel voor de verbranding of na de verbranding van de fossiele brandstof.

Wanneer men het CO2 wil afvangen voor de verbranding dan moet de fossiele brandstof, die dient als grondstof voor de energieproductie, voor het verbrandingsproces bewerkt worden. Namelijk moet de fossiele brandstof eerst omgezet worden in syngas. Syngas of SNG is een gasmengsel dat koolstofmonoxide (CO) en waterstofgas (H2) bevat. Men kan syngas verkrijgen door een fossiele brandstof te verbranden in een zuurstofarme omgeving en stoom te gaan toevoegen tijdens dit proces. Simpel uitgelegd is het doordat bij de verbranding van de fossiele brandstof er een tekort is aan zuurstof zullen er zuurstofatomen 'ontrokken' worden van de watermoleculen. Het zuurstofatoom gaat reageren met de koolwaterstoffen van de fossiele brandstof en zo wordt er koolstofmonoxide (CO) gevormd. Van de watermoleculen zijn de zuurstofatomen verdwenen waardoor er enkel nog waterstofatomen overblijven, en twee zo'n atomen samen vormen waterstofgas. Eenmaal het syngas gevormd is, dan kan men het koolstofmonoxide gaan afscheiden onder de vorm van CO2. En zo verkrijgt men een gas dat nagenoeg enkel maar waterstofgas bevat. Dit waterstofgas kan dan gebruikt worden voor energieproductie. En wanneer men het waterstofgas verbrandt (oxideert), dan wordt er enkel maar water gevormd en geen CO2. Dus kunnen de restgassen vrij in de atmosfeer uitgestoten worden zonder kwalijke gevolgen.

Wanneer men het CO2 wil afvangen na de verbranding dan gaat het proces op een compleet verschillende manier in zijn werk. Dan moet de fossiele brandstof geen voorbehandeling ondergaan. De fossiele brandstoffen worden dan verbrand net zoals dit gedaan wordt zonder CCS. Maar nu worden de rookgassen die ontstaan tijdens de verbranding niet zomaar uitgestoten in de atmosfeer. Deze gassen worden na de verbranding eerst gewassen in een gaswasser. In een gaswasser wordt er gebruik gemaakt van absorptie om de rookgassen te ontdoen van CO2. Dit wordt gedaan met speciaal ontwikkelde absorbenten die het CO2 op nemen en daarna weer kunnen afgeven op een andere locatie en in andere omstandigheden. Dit laat dus toe om deze absorbenten te hergebruiken.

Tot nu toe heeft deze technologie zijn grote doorbraak nog niet gekend. En dit is hoofdzakelijk te wijten aan het feit dat het relatief veel kost. Uiteraard is de meerkost voor de opvang en opslag van de geproduceerde CO2 afhankelijk van welke fossiele brandstof er gebruikt wordt bij de energieproductie. En daarnaast is de kostprijs ook afhankelijk van welke technologie er gebruikt wordt bij de energieproductie. Indien men CCS zou doorvoeren bij de bestaande elektriciteitscentrale waarbij er gebruik gemaakt wordt van fossiele brandstoffen dan zou de kostprijs van de geproduceerde elektriciteit enorm gaan stijgen. Naar schatting zou de kostprijs per kilowattuur van de elektriciteit van een steenkoolcentrale tussen de 60% en 230% gaan toenemen, en voor een aardgascentrale tussen de 40% en 70% wanneer men de geproduceerde CO2 wil afvangen en opslaan. Deze toename van de kostprijs is echt aanzienlijk ligt hoogstwaarschijnlijk aan de oorzaak van het uitblijven van een echte doorbraak van deze technologie. Daarnaast is er in het algemeen ook een publieke afschuw voor de opslag van CO2 nabij bewoonde gebieden.

Maar nu blijkt er toch een manier te zijn om de opvang en opslag van CO2 te realiseren tegen een aanvaardbare kostprijs. Namelijk is men er in China blijkbaar in geslaagd om dit te realiseren. De Shidongkou No. 2 is een elektriciteitscentrale nabij Sjanghai die gebruikt maakt van steenkool voor de productie van elektriciteit. Deze centrale heeft een capaciteit van ongeveer 1320 megawatt. En momenteel is heeft men er ook een installatie bijgebouwd waarmee het geproduceerde CO2 afgevangen kan worden. Het systeem zou jaarlijks 120.000 ton CO2 uit slechts 3% uitlaatgassen van de centrale kunnen halen. Deze hoeveelheid is inderdaad relatief gezien niet zo veel, namelijk bedraagt dit 0,000545% van de totale jaarlijks CO2 uitstoot door de mens. Maar wat wel erg opmerkelijk is aan deze installatie is de prijs waartegen dat de CO2 uit de rookgassen gehaald kan worden. Per ton CO2 zou het 'slechts' $30 à $35 kosten. Dit is een heel stuk lager dan wat men voordien steeds had verwacht, namelijk dat het voor een steenkoolcentrale ongeveer tussen de $66 à $135 per ton CO2 zou kosten. En daarom kreeg de installatie bij de Shidongkou No. 2 elektriciteitscentrale heel veel aandacht.

Bij eerdere projecten lag de kostprijs steeds veel hoger dan bij Shidongkou No.2. En daarom kijkt iedereen vol bewondering naar de technologie die men daar gebruikt. Deze technologie zal wellicht 'het' hulpmiddel worden voor steenkoolcentrales om te zorgen dat hun impact op de klimaatverandering sterk verminderd. Indien men van plan is om deze technologie te gaan exporteren naar andere steenkoolcentrales dan lijkt het erop dat CCS veel eerder zijn grote doorbraak zal maken dan dat men origineel had verwacht. Veel experts zijn enorm geïnteresseerd om erachter te komen hoe de Chinezen dit voor elkaar gekregen hebben.

Deze CCS installatie volgt het principe van het afvangen van het CO2 na de verbranding van de fossiele brandstoffen. De rookgassen die ontstaan tijdens de verbranding, die rijk zijn aan CO2, worden eerst door een vat, met daarin een amine gebaseerd solvent geleid. Dit solvent reageert met de rookgassen en neemt zo het CO2 in de rookgassen op. Het solvent wordt daarna, eenmaal het een bepaalde hoeveelheid CO2 heeft opgenomen, afgevoerd naar een ander vat. Daar wordt het opgewarmd en hierdoor wordt het opgenomen CO2 weer afgegeven en zo kan men het solvent opnieuw gaan gebruiken om terug CO2 te afvangen uit de rookgassen van de centrale. De CO2 die eerst opgenomen en daarna weer is afgegeven door het solvent kan dan gebruikt worden voor bepaalde toepassingen of opgeslagen worden. Normaal gezien nam dit proces zo'n 25% van de geproduceerde energie van een steenkoolcentrale op. Dit is een opmerkelijk aandeel waardoor maar weinig centrales maar weinig interesse hadden voor de technologie. Maar bij de installatie van Shidongku No.2 wordt er niet zo'n groot aandeel van de geproduceerde energie gebruikt voor het afvangen van de CO2. De kostprijs voor het zuiveren van de afgevangen CO2 ligt zo'n 5 maal lager bij de Chinese elektriciteitscentrale, namelijk bedraagt deze zo'n $20 per ton.

Wat er juist voor zorgt dat de kostprijs van de afvang van het CO2 zoveel lager ligt is tot nu toe nog steeds onduidelijk voor de buitenwereld. Sommige wetenschappers die onderzoek voeren naar CCS in de VS vermoeden dat dit simpelweg komt doordat in China zaken zoals goedkopere arbeidskracht en minder druk door de regelgevers aan de oorzaak ligt. En andere oorzaak die aan de oorzaak zou kunnen liggen van de lagere kostprijs is het feit dat alles omtrent de 'steenkool-industrie' goedkoper is in China. Gemiddeld zou alles wat met steenkool te maken heeft in China slechts één derde kosten van wat normaal gezien kost in de VS. Uiteraard zal de prijsreductie niet alleen voortkomen uit deze zaken. Namelijk zal er ook wel technologische vooruitgang geboekt zijn bij de ontwikkeling van de CCS installatie van Shidongkou No.2. Maar er is dus nog een relatief grote onzekerheid over hoeveel van de kostprijsreductie er afkomstig is van de technologische vooruitgang en hoeveel van de andere zaken.

Shidongkou No.2 is niet de eerste elektriciteitscentrale in China die uitgerust wordt met een installatie voor de afvang CO2. In China is men er al een tijdje mee bezig om de technologie van CCS verder te ontwikkeling voor commercieel gebruik. En ondanks dit wordt China toch nog veel gezien als de grote boosdoener op het vlak van de bestrijding van de klimaatverandering. Tot nu toe is het steeds een leuke statistiek geweest dat "er in China zo ongeveer elke twee weken een nieuwe elektriciteitscentrale bijkomt, en dan hoofdzakelijk steenkoolcentrales". Maar wat men er veelal vergeet bij te zeggen is hoeveel centrales er gesloten worden in China. Namelijk is het één van China's prioriteiten om zoveel mogelijk te gaan besparen op steenkool, zodat ze nog zo lang mogelijk weg kunnen met de voorraad waar ze nu nog over beschikken. Daarnaast worden de verbrandingsgassen in China een steeds groter wordend probleem, namelijk doordat deze zorgen voor zure regen en heel smog in de steden. Daarom heeft het er veel belang bij om de technologie voor de opvang en opslag van CO2 verder te gaan ontwikkelen en invoeren.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [nature]

De evolutie van het energieverbruik van de mens

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 07 Feb 2011 05:00:00 +0000

De mensen op aarde zorgen ervoor dat er een heleboel broeikasgassen in de atmosfeer terecht komen. Veel meer dan dat er op natuurlijke wijze terechtkomen. De mens doet dit vermoedelijk al vanaf het moment dat hij hier voor het eerst was. Maar door de evolutie is hij steeds meer en meer broeikasgassen gaan uitstoten. De activiteit van de mens die zorgt voor deze uitstoot, is hoofdzakelijk de productie van energie en dus uiteraard het verbruik van deze geproduceerde energie. In het begin dat de mens hier op de aarde was verbruikte hij, per persoon, een heleboel minder energie dan dat hij dat nu doet. In het begin, toen de mens nog niets van technologie ter beschikking had, werd de enige energie die hij produceerde diegene die geproduceerd werd door zijn lichaam. En dus de enige grondstof die de mens toen nodig had was voedsel. Naar schatting zou men toen dagelijks zo'n 2000 kilocalorieën nodig gehad hebben om te kunnen overleven. Dit is ongeveer equivalent aan 100 Watt.

Toen de mens dan later leerde vuur maken en eten koken nam zijn dagelijkse energieconsumptie toe, vermoedelijk verbruikte hij dan zo'n 300 W per hoofd van de bevolking. De volgende grote opmerkelijke stap in de energieproductie van de mens was, rond zo'n 4000 jaren voor Christus, toen men begon dieren te gebruiken als energiebron. Dit was voornamelijk voor transportdoeleinden en voor het bewerken van de akkers. Maar naast de energie van dieren begon men toen ook gebruikt te maken van zonne-energie. Dit namelijk voor het drogen van granen en om bouwmaterialen te produceren zoals bijvoorbeeld bakstenen. Op dat moment zal de energieconsumptie van de gemiddelde mens waarschijnlijk zo'n 800 Watt. Na deze stap bleef verdere evolutie een lange tijd uit. Voor een lange tijd bleef de mens hoofdzakelijk dezelfde energiebronnen benutten terwijl andere onbenut bleven, ook al was de technologie ervoor beschikbaar. Op het eerste zicht lijkt dit vrij onlogisch maar volgens experts komt dit hoofdzakelijk door culturele redenen.

Het duurde tot de middeleeuwen vooraleer er terug een grote omschakeling plaatsvond naar andere energiebronnen. Het was toen dat de opkomst van de windmolens en watermolens plaatsvond. De technologie voor water- en windmolens bestond echter al een heel tijd maar werd voor de middeleeuwen nooit op grote schaal gebruikt. Maar ook andere zaken begon begonnen steeds meer in gebruikt te geraken, zoals open haarden om de huizen te verwarmen, meer geavanceerde landbouw, windenergie bij de zeilschepen en nog vele andere zaken zorgden ervoor dat het gemiddeld energieverbruik van de mens verder steeg. Namelijk rond 1200 na Christus zou in Europa, het gemiddeld energieverbruik toegenomen zijn van zo'n 300 Watt naar ongeveer 2000 Watt per inwoner, maar elders in de wereld bleef het gemiddeld energieverbruik waarschijnlijk lager dan in Europa. En vanaf dat ogenblik is het energieverbruik van de mens steeds sneller gaan toenemen.

Tijdens de industriële revolutie in het Westen nam de snelheid waarmee het gemiddeld energieverbruik toenam zoveel malen sneller toe dan ooit tevoren. Maar de industriële revolutie zorgde enkel voor een toename in Europa en later ook in de VS. Maar in de andere landen bleef het energieverbruik in grote lijnen hetzelfde of nam het maar vrij langzaam toe. En tot op de dag van vandaag heeft dit gezorgd voor een enorm grote ongelijkheid op het vlak van energieverbruik per inwoner in de wereld. Momenteel is het nog steeds zo dat een relatief kleine groep mensen verantwoordelijk zijn voor het grootste verbruik van energie. En dat daarentegen een zeer grote groep mensen maar een relatief klein gemiddeld energieverbruik heeft. Namelijk 72% van de wereldbevolking verbruikt minder dan 2000 Watt per inwoner, 22% verbruikt tussen de 2000 Watt en 7000 Watt per inwoner en 6% van de wereldbevolking verbruikt gemiddeld meer dat 7000 Watt per inwoner.

Maar over deze periode is niet alleen het gemiddeld energieverbruik van de aardbewoner gestegen van 100 Watt tot het huidige niveau, maar ook de wereldpopulatie is over deze periode enorm toegenomen. Dus is de mens is niet alleen steeds meer en meer energie gaan verbruiken maar daarnaast zijn er ook steeds meer en meer mensen op de wereld bijgekomen. Op zich zou het energieverbruik van de mens geen probleem mogen zijn. Namelijk want in het begin dat de mens op aarde was al de geproduceerde energie uitsluitend afkomstig van hernieuwbare energiebronnen. Maar dit is hij niet blijven doen, over deze periode is hij meer en meer gebruik gaan maken van fossiele brandstoffen, en dan zeker in de laatste 150 jaar. Fossiele brandstoffen zijn uiteraard geen hernieuwbare energiebron wat dus betekent dat de voorraad aan deze energie niet oneindig groot is. Daarnaast is het voorkomen van deze fossiele brandstoffen relatief geconcentreerd op een beperkt aantal locatie op aarde. Zeker ten opzichte van het voorkomen van vele van de hernieuwbare energiebronnen. Dit betekent dat het een stuk moeilijker is om fossiele brandstoffen toegankelijk te maken voor alle mensen op aarde omdat de grondstoffen voor fossiele brandstoffen slechts op een 'beperkt' aantal locatie kunnen ontgonnen worden.

Om de energie vrij te krijgen uit fossiele brandstoffen moet men deze gaan verbranden. Bij het verbranden van fossiele brandstoffen komt er thermische energie vrij die moet 'opgevangen' worden en dan eventueel omgezet moet worden naar een andere bruikbare vorm van energie. En tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen komt er niet alleen een bepaalde hoeveelheid energie vrij maar ook broeikasgassen. Deze gassen belanden dan uiteindelijk nagenoeg altijd in de atmosfeer. Wanneer deze gassen in de atmosfeer zijn, gaan ze het klimaat beïnvloeden. De manier waarop deze gassen het klimaat beïnvloed heeft allerhande gevolgen voor het leven op aarde. Wanneer het klimaat verandert kan dit zeer grootschalige gevolgen hebben en deze zijn meestal niet zo'n aangenaam voor de mens.

En wanneer men naar de toekomst kijkt, lijkt het er op het eerste zicht op dat deze trends - van toenemend energieverbruik, toenemende wereldpopulatie en toenemend verbruik van fossiele brandstoffen - zich nog zullen verder zetten. En daarom kan het wel eens van belang zijn om nu voorzorgsmaatregelen te gaan nemen om deze trends te gaan afremmen. Het probleem is om een manier te vinden om deze trends te gaan afremmen en veelal is dit niet zo eenvoudig. Er zijn vele verschillende mogelijkheden om dit aan te pakken. En van al deze mogelijke manieren zal waarschijnlijk elke manier afzonderlijk een deel van de totale oplossing worden. Bijvoorbeeld, zo kan men de verdere toename van de wereldbevolking gaan afremmen door de kindersterfte en de armoede aan te pakken. Maar bijvoorbeeld daarnaast zorgt beter onderwijs (vooral dan voor de meisjes in het land) voor een minder snelle toenamen van de bevolking. En dus kan/zal beter onderwijs in die landen waar het bevolkingsaantal snel toeneemt een deel van de oplossingen zijn. Maar de aanpak waar er momenteel de meeste hoop op gevestigd is uiteraard de technologische aanpak van het probleem. Namelijk kijkt iedereen uit naar nieuwe technologieën waarmee dit probleem kan verholpen worden.

Momenteel is CO2 het broeikasgas dat voor de meeste problemen zorgt. En dus probeert men de uitstoot van CO2 eerst aan te pakken. Hiervoor zijn er op technologisch vlak verschillende strategieën mogelijk. Namelijk kan een eerste strategie is om ervoor te zorgen dat het gemiddeld energieverbruik afneemt. Zodat er minder energie geproduceerd moet worden en zo wordt er dan ook minder CO2 uitgestoten. Een tweede strategie is om het rendement van onze energieprocessen en energiesystemen te verhogen zodat er minder energie verloren gaat bij het gebruik van de geproduceerde energie (dus om het rendement te verhogen van het verbruik van energie). Een derde strategie is om ervoor te gaan zorgen dat er minder broeikasgassen wordt uitgestoten per eenheid energie er geproduceerd wordt. Dit zorgt ervoor dat er tijdens de productie van energie minder CO2 uitgestoten wordt wanneer er eenzelfde hoeveelheid energie geproduceerd wordt. Maar bij deze strategie moet er terug een soort van opdeling gemaakt worden tussen twee verschillende mogelijkheden waar men dit doel kan bereiken. Namelijk al eerste mogelijkheid kan men werken aan het rendement van de energieproductie uit fossiele brandstoffen. Zodat er minder CO2 vrijkomt wanneer men eenzelfde hoeveelheid energie produceert. Maar een tweede mogelijkheid is om meer hernieuwbare energiebronnen, die slechts een nagenoeg verwaarloosbare CO2 uitstoot kennen in vergelijking met fossiele brandstoffen, toe te voegen aan de energiemix. Dit zorgt ervoor dat over de volledige energiemix, de gemiddelde CO2 uitstoot per hoeveelheid energie die geproduceerd wordt afneemt. Een vierde strategie is om ervoor te zorgen dat wanneer er dan toch broeikasgassen geproduceerd worden, deze niet zomaar vrij in de atmosfeer terecht komen.

Deze vier strategieën pakken het probleem telkens op een ander niveau in de energiecyclus aan. Waarschijnlijk zullen deze vier strategieën, samen met nog andere, nodig zijn om het probleem in al zijn aspecten te gaan aanpakken op technologisch vlak. Op technologisch vlak kent elk van deze vier strategieën bepaalde uitdagingen waaraan er nog gewerkt moet worden. Maar naast deze uitdagingen bestaan er momenteel al een aantal sterk uitgewerkte technologieën die nagenoeg klaar zijn voor commercieel gebruik. Voor deze zaken is het enige wat nog in de weg staat voor een grote doorbraak het invoeren ervan. Het invoeren van een nieuwe technologie gebeurt veelal niet onmiddellijk nadat klaar is voor commercieel gebruik. Dit omdat de infrastructuur van de bestaande 'oude' technologie nog niet aan vervangen toe is. En dus moet de grote doorbraak steeds wachten op het uitfaseren van de oude technologie.

Het is dus zeer belangrijk dat men momenteel voldoende aandacht besteed aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor onze energieprocessen, dit zodat wanneer de infrastructuur voor de 'oude' bestaande technologieën aan vervanging toe is, er al een alternatieve technologie ontwikkeld is. Daarnaast moet men bij het vervangen van de oude infrastructuur open staan voor vernieuwingen en het invoeren van nieuwe technologieën.

Geschreven door Emile Glorieux

Een manier om de intelligente netwerken nog slimmer te maken

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Thu, 20 Jan 2011 06:00:00 +0000

Smart Grid ofwel intelligent elektriciteitsnetwerk is zowat de naam voor wat de update van het huidige elektriciteitsnet zou moeten worden. Het huidige elektriciteitsnet laat enkel toe om elektrische energie uit te sturen vanuit een centraal punt, namelijk vanuit een grote elektriciteitscentrale. Vanuit dit centraal punt vertrekt er dus een netwerk van elektrische kabels naar de vele aangesloten gebruikers. Ons huidige elektriciteitsnet dat in het algemeen wisselspanning vervoert, is het resultaat van een graduele evolutie.

Het is de Servisch-Amerikaanse uitvinder, elektrotechnicus en natuurkundige Nikola Tesla die aan de basis ligt van het oorspronkelijk ontwerp van ons elektriciteitsnet. Hij is zowat ongeveer dé uitvinder van de meeste belangrijke componenten, die ook vandaag nog gebruikt worden bij het elektriciteitsnet. Deze apparaten waren in rudimentaire vorm echter meestal al voor Tesla's tijd ontwikkeld door eerdere ingenieurs maar Tesla's grootste verdienste was dat hij het wisselstroomprincipe veel verder ontwikkelde en bijna alle benodigde infrastructuur om een op wisselstroom gebaseerd en betrouwbaar elektriciteitsnet op te zetten zelf uitvond of bestaande apparaten sterk verbeterde. Tesla was tijdens zijn leven al reeds een bekend en beroemd geleerde - merkwaardig want vele wetenschappers worden pas bekend na hun overlijden - maar verloor veel prestige door zijn bizarre onbewezen technisch-wetenschappelijke beweringen op latere leeftijd. Hij werd in de Verenigde Staten het toonbeeld van de gekke geleerde, anderen noemden hem liever idealistisch en niet commercieel en daarin een tegenpool van zijn eveneens beroemde concurrent-uitvinder Thomas Edison.

Veel van de implementatie-beslissingen omtrent het ontwerp van een elektriciteitsnet, die in de tijd van Tesla genomen werden, zijn tot op de dag van vandaag nog steeds onveranderd gebleven. Maar veel van die beslissingen en keuzes van toen zijn genomen op basis van de beschikbare technologie op dat moment. In de 120 jaar tussen toen en nu zijn er heel wat nieuwe technologieën bijgekomen en veel van de bestaande technologieën zijn nu al veel verder ontwikkeld. Deze specifieke aannames en eigenschappen omtrent de verschillende technologieën die gebruikt worden bij het elektriciteitsnet van toen zijn, ondanks dat ze al sterk verouderd zijn, momenteel vaak nog in gebruik. Dit komt deels doordat beheerders van elektriciteitsnetten niet staan te springen om nieuwe technologieën in te voeren. Zeker niet wanneer ze nog nooit op commerciële schaal getest werden. Dit omdat een elektriciteitsnet kritische infrastructuur is die zich slechts een heel beperkt aantal of eigenlijk nagenoeg geen fouten kan veroorloven. En daarom is voor hen het in gebruik nemen van een 'ongeteste' nieuwe technologie erg riskant aangezien de gigantische gevolgen wanneer deze zou falen.

In de afgelopen 50 jaar zijn daardoor de elektriciteitsnetten niet mee-geëvolueerd met andere technologieën op het vlak van het bewaken van de veiligheid zowel tegenover de afnemers op het net als van aanvallen van buitenaf. Een ander punt waarop ze niet mee geëvolueerd zijn is om zich aan te passen voor het behalen van de doelstellingen van vele landen om meer alternatieve energiebronnen, die een niet-constante elektriciteitsproductie afleveren, toe te voegen aan het net . Veelal is het elektriciteitsnet niet voldoende robuust om met sterke variaties in elektriciteitsproductie om te gaan.

Het huidige elektriciteitsnet kan wel een bepaalde hoeveelheid van dergelijke energiebronnen met een variabele energieprodcutie meester, maar dit zou naar schatting beperkt zijn tot zo'n 30%. En dit is een ernstige beperking voor de intrede van de hernieuwbare energiebronnen, aangezien een heleboel van de hernieuwbare energiebronnen juist een variabele energieproductie hebben. En ander punt waar er aan gewerkt kan worden, is om de grote pieken tijdens de piekmomenten in een dag in het elektriciteitsverbruik te beperken. Daarnaast is te maximaal hoeveelheid energie die ononderbroken kan vervoerd worden door de bestaande elektriciteitsnetten vrij beperkt. Toen men 120 jaar geleden het concept voor het elektriciteitsnet uitwerkte, heeft men dit gedaan voor een analoge economie. Maar nu zoveel jaar later hebben digitale technologieën hun doorbraak gemaakt en dus is het huidig elektriciteitsnet daar nu niet compatibel voor. Dit komt grotendeels doordat het elektriciteitsnet niet is mee geëvolueerd met de andere technologieën. Er bestaan momenteel al tal van digitaal aangestuurde apparaten waarbij het mogelijk is om toe te laten dat elektriciteitsmaatschappijen deze toestellen in- of uitschakelen, wanneer zij dit nodig vinden. Dit uiteraard zonder dat de gebruiker daarbij een ongemak zal ondervinden. Maar doordat het elektriciteitsnet nog steeds gelijkaardig is aan het ontwerp van 120 jaar geleden, is het niet in staat om deze technologieën te ondersteunen.

Maar sinds recent zijn vele industrieën in actie geschoten wat betreft de ontwikkeling en de verder uitwerking van het concept van de Smart Grid. In het algemeen zou het de bedoelingen zijn om het huidige elektriciteitsnet te gaan updaten zodat het zijn opgelopen achterstand op het vlak van technologie, kan inhalen. Dit is geen moment te laat aangezien er ook nog een volgende uitdaging zit aan te komen voor het elektriciteitsnet, namelijk de elektrificatie van een deel van het mobiliteitssysteem ofwel anders gezegd de opkomst van de volledige of deels elektrisch aangedreven wagens. Een nieuwe doorbraak bij de ontwikkeling van technologieën voor de smart grid zou kunnen toelaten dat de smart grid nog intelligenter zal worden dan dat er in eerste instantie gedacht werd. Namelijk door het gebruik van een nieuw soort 'op-halfgeleiders-gebaseerde' toestellen. Deze zouden kunnen toelaten dat elektrische wagens nog sneller opgeladen worden, en dat het elektriciteitsnet kan omgaan met een hoog percentage aan energiebronnen met een variabele energieproductie. Dergelijke toestellen worden al door tal van instellingen ontwikkeld, waaronder bijvoorbeeld het Advanced Research Projects Agency for Energy en de National Science Foundation.

En nu in het begin dat de netbeheerders en elektriciteitsmaatschappijen aan het overwegen zijn om de eerste nieuwe technologieën te gaan invoeren, dan ligt in eerste instantie de nadruk op het verzamelen van informatie over de real-time metingen van het elektriciteitsverbruik of /-productie van de 'gebruikers'. Dit kan via de vele 'smart meters' die men al reeds heeft geïnstalleerd in vele huizen, voornamelijk dan in de VS. Maar in een volgende stap zullen er ook andere toestellen aan het elektriciteitsnet toegevoegd worden. Een van deze toestellen zijn intelligente 'solid-state transfomers', deze zijn geschikt om gebruikt te worden voor het regelen van de hoeveelheid energie er door de geleiders van het elektriciteitsnet stroomt. Wanneer men de smart meters zou voorstellen als de hersenen van de smart grid, dan zijn deze solid-state transformers de spieren van de smart grid. Deze kunnen ervoor zorgen dat het elektriciteitsnet niet meer alleen elektrische energie kan vervoeren in één richting, maar dat dit mogelijk wordt in beide richtingen. En dit wordt stilaan een noodzaak aangezien vele huishoudens en bedrijven niet enkel meer consumenten zijn maar nu ook elektriciteitsproducenten zijn geworden. Dit door de vele zonnepanelen en windmolens die geplaatst worden op en rond de woningen en bedrijfsgebouwen.

Momenteel wordt er van transformators verwacht grofweg maar één enkele taak uit te voeren namelijk de spanning van een hoog niveau naar een lager niveau brengen. Dit is nodig omdat een elektriciteitscentrale een spanning uitstuurt met een zeer hoog voltage. En dus vooraleer deze spanningen de woningen en dergelijke bereikt moet deze tot een voltage van 120 of 230 volt gebracht wordt. Maar doordat de nieuwe solid-state transformers veel flexibeler zijn, is er ook veel meer mee mogelijk. In deze transformatoren worden er onder andere ook diode, transistors en andere halfgeleidercomponenten gebruikt. Deze componenten kunnen tegen een heel hoge snelheid geschakeld wordt maar ze verschillen wel met diegene van die in een computer, namelijk zijn ze speciaal gemaakt om met hoge vermogens te kunnen omgaan. Ze kunnen, wanneer ze een signaal ontvangen van de smart meters of van de elektriciteitsmaatschappijen, heel snel het voltage en de karakteristiek van de elektrische stroom gaan aanpassen en manipuleren. Zij kunnen ofwel een gelijk- of wisselspanning uitsturen en dit kunnen zowel wanneer ze een gelijk- of een wisselspanning aangevoerd krijgen, ook kunnen ze de frequenties aanpassen wanneer nodig. Al dit zorgt ervoor dat dergelijke transformators geschikt zijn om gebruikt te worden bij de hernieuwbare energiebronnen. Bijvoorbeeld aangezien dat zonnepanelen een gelijkspanningen opwekken is het handig dat deze transformatoren om kunnen gaan met zowel gelijk- als wisselspanningen en dat hij de ene in de andere kan omzetten. Daarnaast is het een vereiste dat hij goed weg kan met variërende elektriciteitsproductie en dat hij het elektrisch signaal kan omzetten en manipuleren indien nodig. En naast al deze fundamentele voordelen hebben deze nieuwe transformatoren ingebouwde processoren en ingebouwde communicatie-hardware. Dit laat toe dat de netbeheerders of elektriciteitsmaatschappijen kunnen communiceren met deze transformators en dat verschillende transformatoren met elkaar kunnen communiceren.

Deze nieuwe transformatoren zijn zo flexibel dat de onderzoekers nog steeds bezig zijn met het ontdekken wat er allemaal mee mogelijk is. En dus zijn ze nog niet zeker hoe men deze het best kan gaan gebruiken aangezien er zoveel verschillende mogelijkheden mee zijn. Een van de vele mogelijke toepassingen, die wel bijzonder interessant is, is voor het opladen van elektrische of hybride wagens. Dit vraagt nog steeds een bepaalde tijd vooraleer de batterij volledig opgeladen is.

Dit zou veel sneller kunnen gebeuren indien men laders zou gebruiken die werken op gelijkspanning. Met zo'n gelijkspanningsoplader zou het slechts een half uur duren om de batterij van een Nissan Leaf 100% op te laden. Maar zo'n gelijkspanningsoplader zorgt voor een te groot energieverlies, er gaat namelijk 10% tot 12% van de energie die er in gaat, verloren. Deze nieuwe solid state transformers, zouden kunnen werken als zo'n gelijkspanningsoplader maar deze zouden dan slechts 4% energieverlies kennen. En doordat deze nieuwe transformatoren uitgerust zijn met processoren en communicatie-hardware, kunnen ze een black-out voorkomen wanneer meerdere buren van één straat hun elektrische wagen op hetzelfde ogenblik kunnen inpluggen. Daarnaast kunnen deze transfo's gebruikt worden om de opgewekte energie door fotovoltaïsche zonnepanelen op het elektriciteitsnet te kunnen zetten. Dit zorgt ervoor dat de speciale uitrustingen voor deze taak niet meer aangekocht moet worden door de eigenaars van de zonnepanelen.

Er bestaan wel andere apparaten en componenten die veel van deze opgenoemde taken kunnen uitvoeren maar een belangrijk criterium is uiteraard steeds de betrouwbaarheid van de toestellen. En deze nieuwe transformators zouden ervoor kunnen zorgen dat al dit veel eenvoudiger kan uitgevoerd worden in vergelijking met wanneer men de andere geschikte apparaten en componenten zou gebruiken. En dus is het waarschijnlijker dat men deze nieuwe transformatoren zal verkiezen voor deze taken. Een ander voordeel van het gebruik van deze nieuwe transformatoren is dat deze gebruikt kunnen worden om elektriciteit te gaan besparen. Namelijk door steeds een spanningen met een minimum vereist voltage te gaan leveren naargelang welke toestellen er ingeschakeld zijn. Zo kan er energie bespaard worden wanneer men het voltage verlaagt wanneer er enkel toestellen ingeschakeld zijn die op een lagere spanningen kunnen werken.

Deze solid-state transformators bevinden zich nog steeds in de ontwikkelingsfase en zullen waarschijnlijk binnen enkele jaren klaar zijn voor commerciële toepassingen. Momenteel zijn de onderzoekers nog steeds bezig met het verbeteren van het rendement en de kostprijs van deze transfo's. En deze zullen dan hoogstwaarschijnlijk een grote bijdrage leveren bij de verdere ontwikkeling en uitwerking van de smart grid.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]

Opmerking: Indien iemand meer weet over hoe deze 'solid-state transformers' werken, in elkaar zitten of wat de correcte Nederlandse benaming is, bent u dan a.u.b. zo vriendelijk om dit eens door te spelen. Hierover was niet veel informatie te vinden en dus bleef dit een raadsel voor mij. Bedankt

De nieuwe industrielanden zijn innovatie-kampioenen

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Wed, 19 Jan 2011 06:00:00 +0000

Een halve eeuw geleden bedroeg de wereldpopulatie slechts zo'n 3 miljard mensen. Toen waren er twee soorten landen in de wereld, namelijk de ontwikkelingslanden of derde wereld landen en de ontwikkelde landen of Westerse landen (deze laatste term is eigenlijk niet zo accuraat). In een ontwikkeld land is er een hoge graad van industrialisatie en hoge levensstandaarden die volgen uit de rijkdom en technologie die beschikbaar is in die landen. In een ontwikkelingsland daarentegen is er een zeer grote armoede in verhouding tot de Westerse landen. Deze armoede gaat meestal gepaard met technologische, economische en medische achterstand.

Een ontwikkelingsland is dan meestal een land dat nog geen aanzienlijk niveau van industrialisatie bereik heeft, geen of een slechte ontwikkelde dienstensector, een grote landbouwsector, dat een lage levensstandaard en bruto nationaal product heeft. Andere kenmerken voor een derde wereld land zijn o.a. een hoge staatsschuld, een hoog sterftecijfer, ondervoeding, slechte hygiëne, laag energieverbruik, wijdverspreide armoede, grote bevolkingsgroei, snelle urbanisatie, onderbenutting van het werkkapitaal, politieke instabiliteit, veel corruptie, milieudegradatie en zo kan deze lijst nog veel langer worden. Maar ten opzichte van de toestand een halve eeuw geleden, in 1960, is er al heel wat verandert. En het is dus niet meer correct om nu nog te denken dat er nog steeds maar twee soorten landen zijn, de ontwikkelde en de ontwikkelingslanden. En doordat de wereld zo sterk veranderd is sinds 50 jaar geleden, moet het idee van 'ontwikkelde en onontwikkelde landen' eigenlijk geüpdatet worden naar die voor de huidige situatie.

In 1960 leefden er zo'n 1 miljard mensen in de ontwikkelde landen en de populatie in de derde wereld landen was toen 2 miljard. In het algemeen was er een grote kloof tussen deze twee werelden. Maar nu in 2010, zijn er 4 miljard mensen bijgekomen op de aarde aangezien de wereldpopulatie nu bijna 7 miljard mensen bedraagt. Volgens de Verenigde Naties zal dit jaar de 7 miljardste wereldburger geboren worden. Samen met deze bevolkingstoename is er ook heel wat verschoven in de verhoudingen tussen de soorten landen in de wereld. Zo hebben de ontwikkelde landen zich verder ontwikkeld.

Maar de meest succesvolle ontwikkelingslanden van in 1960 hebben ook een verandering ondergaan, namelijk zijn zij de Newly Industrialized Countries ofwel NIC's of ook de nieuwe industrielanden genoemd. En dus kunnen we momenteel niet enkel meer spreken over de ontwikkelde landen en de onontwikkelde landen, maar moeten we daar nu een derde categorie aan toevoegen, die van de nieuwe industrielanden. Momenteel leven er nog steeds ongeveer 1 miljard mensen in de ontwikkelde landen. In de onontwikkelde landen leven er ook nog steeds zo'n 2 miljard mensen. En de nieuwe industrielanden kent nu de grootste populatie, namelijk zo'n 4 miljard mensen. Het is alsof de 4 miljard mensen, die er in de afgelopen 50 jaar zijn bijgekomen op de wereld, zich midden de kloof tussen de ontwikkelde en de ontwikkelde landen hebben genesteld. Maar de kloof tussen de rijksten en de armsten op deze wereld is momenteel wel groter dan ooit tevoren, want de ongelijkheid tussen deze twee groepen mensen is steeds blijven groeien. Er is wel een algemene trend dat steeds meer landen zich verder ontwikkelen en zo komen er steeds meer mensen in de buurt van de ontwikkelde landen. Bijvoorbeeld heeft Japan al de ontwikkelde landen 'ingehaald' en het ziet er sterk naar uit dat China dat binnenkort ook zal doen.

Maar er is ook nog een andere opmerkelijke trend waargenomen. Het algemeen idee over de ontwikkeling in de ontwikkelingslanden was dat deze landen niet hoeven te investeren in nieuwe onderzoek en ontwikkeling. Althans niet voordat ze de levensstandaard en de graad van ontwikkeling hebben kunnen opkrikken tot ongeveer het niveau van de huidig ontwikkelde landen. Maar deze stelling werd ontkracht door een recent gepubliceerd rapport van de Organisatie voor Economische Samenwerling en Ontwikkeling of kortweg de OESO. Het OESO is een samenwerkingsverband van 34 landen om sociaal en economisch beleid te bespreken, bestuderen en coördineren. De aangesloten landen proberen gezamenlijke problemen op te lossen en trachten een internationaal beleid af te stemmen. Al de landen aangesloten bij het OESO zijn allemaal ontwikkelde landen. En deze ontwikkelde landen zullen, samen met andere ontwikkelde landen, in de nabije toekomst blijven een leidende positie innemen op het vlak van onderzoek en ontwikkeling. Maar wat er wel zal veranderen, is dat andere landen een opmars zullen maken in dit gebied. Namelijk toont het rapport aan dat de nieuwe industrielanden een rol zullen gaan spelen in onderzoek en ontwikkeling op wereldniveau. Het OESO houdt namelijk een 'Global Science, Technology and Industry Map' bij. En door de opkomst van de nieuwe industrielanden zal deze 'mondiale wetenschap, technologie en industrie' kaart hertekend worden. Het OESO, die deze kaart bijhoudt, vernieuwd deze om de twee jaar. En op de nieuwe kaart opgesteld in 2010 is deze opkomst van de nieuwe industrielanden al merkbaar. Het gaat dan vooral om de landen zoals China, Zuid-Afrika Indonesië en Vietnam, daar werden brede innovatie strategieën op gesteld, die zowel nieuwe als bestaande technologieën omvat, maar onder andere ook tal van sociale innovaties.

Er is ook een verschil in aanpak in deze opkomende economieën in vergelijking met die van in de Westerse landen, namelijk dat in de nieuwe industrielanden er veel 'globaler' gedacht wordt dan in de Westerse landen. Namelijk, in 2007 - het laatste jaar dat er data beschikbaar was over geografische verdeling van nieuwe patenten - was er al iets merkwaardig te zien. Toen, in dat jaar, was in de BRIICS landen - dat zijn de landen Brazilië, Rusland, Indië, Indonesië, China en Zuid-Afrika - waren 1,07% van patenten voor technologieën voor hernieuwbare energie-systemen. En merkwaardig genoeg is dit hoger dan het wereldwijde gemiddelde namelijk 0,89%. In Europa is dit percentage het allerhoogst in de wereld, namelijk daar hebben 1,19% van de patenten te maken met technologieën voor hernieuwbare energie. Maar wat wel opmerkelijk is dat de BRIICS landen in dit lijstje boven de Verenigde Staten staan. Dit omdat in de Verenigde Staten slechts 0,67% van de patenten over hernieuwbare energie. En Japan staan staat heel erg laag in de lijstje namelijk hebben daar 0,47% van de patenten te maken met hernieuwbare energie.

Deze data toont, samen met vele andere cijfers, aan dat in de nieuwe industrielanden een meer globale en pragmatische aanpak wordt aangehouden bij onderzoek en ontwikkeling in vergelijking met de cijfers van vroeger. Vroeger vond er enkel een uitwisseling van technologieën plaats tussen de ontwikkelingslanden en de Westerse landen maar momenteel zijn de nieuwe industrielanden ook bezig met andere minder ontwikkelde landen aan het helpen op vlak van onderzoek en ontwikkeling. Zo wordt er bijvoorbeeld heel veel hulp verleend door Aziatische landen aan de minst ontwikkelde landen in Afrika. De nieuwe industrielanden beginnen ook samen te werken bij onderzoeken en ontwikkeling van nieuwe technologieën. En door deze samenwerkingsverbanden tussen ontwikkelings- en nieuwe industrielanden wordt er het vermogen gecreëerd voor deze landen om te gaan innoveren, ook al hebben ze nog niet de graad van ontwikkeling bereikt zoals die van in de ontwikkelde landen. Het gecreëerde vermogen om te innoveren wordt in deze landen wijselijk gebruikt om 's werelds grootste problemen aan te pakken, zoals die zijn de energieproblematiek en -armoede, de klimaatverandering en de armoede.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [nature]

Hans Rosling: Population Growth Explained with IKEA Boxes

Nieuwe olie - en een enorme uitdaging - voor Ghana

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Wed, 12 Jan 2011 06:00:00 +0000

Ghana, officieel de Republiek Ghana is een land aan de westkust van Afrika dat grenst aan onder andere Ivoorkust, Burkina Faso. Het land telt zo'n 23.832.495 inwoners waarvan er volgens het ontwikkelingsprogramma van de Verenigde Naties 28,5% onder de armoedegrens leeft. Nochtans heeft het land een heleboel natuurlijke rijkdommen zoals onder andere, cacao, goud, hout, industriediamant, mangaan, bauxiet, vis, rubber, palmolie, waterkracht en nog andere. Maar de periode 1973-1983 was economisch gezien rampzalig voor Ghana, als gevolg van verschillende factoren zoals corruptie, droogte, wanbeleid, machtswisselingen en de gedwongen repatriëring van één miljoen Ghanezen uit Nigeria in 1983. In datzelfde jaar werd het Economic Recovery Program gestart. Door deze maatregel is situatie wel verbeterd, maar een probleem blijft de grote afhankelijkheid van het exporteren van cacao, nu ongeveer 35%. Maar een ander probleem is dat, in tegenstelling tot Ghana zelf, omringende landen zoals Ivoorkust, Liberia en Sierra Leone instabiel zijn, waardoor buitenlandse investeerders worden afgeschrikt. In 1999 vertegenwoordigden landbouw, industrie en dienstensector respectievelijk ongeveer 36, 25, 39% van de Ghanese economie.

In december is men in Ghana ook gestart met de productie van aardolie van uit een gigantisch offshore-olieveld. Maar Ghana wil bij de productie aardolie niet dezelfde fout gaan maken die zovele Afrikaanse landen maken toen er aardolie werd gevonden. Het olieveld, Jubilee field, werd ontdekt in 2007 en ligt zo'n 60 km van de kustlijn van Ghana. Er wordt geschat dat het veld meer 600 miljoen vaten ruwe aardolie bevat maar dit getal kan oplopen tot 1,8 miljard vaten door de onzekerheid op deze schatting. De diepte waar deze aardolie teruggevonden wordt bedraagt 1250 meter. Deze diepte is relatief gezien niet zo diep voor olieboringen maar vroeger zou het niet zo vanzelfsprekend geweest zijn. In 1970 kon men in de zee slechts een paar meter diep boringen maar tegen 2003 werden boringen tot op een diepte van meer 1600 meter routinematig uitgevoerd. Er wordt verwacht dat het olieveld Jubilee honderden miljoen dollars zou kunnen opleveren voor de lokale overheid en bevolking. In de regio zou het geld er zeer goed gebruikt kunnen worden voor het investeren in onderwijs, gezondheidszorg, de industrie, en andere infrastructuur.

Maar Ghana staat voor een aantal bijzonder grote uitdagingen. Het land wordt geprezen voor zijn politieke stabiliteit en democratie maar het heeft een bijzonder slechte reputatie als het aan komt op transparantie omtrent het overheidsgeld en de bescherming van het milieu. Sommige partijen vrezen dat Ghana binnenkort een kleinere versie van Nigeria zal worden. In het nabijgelegen Nigeria wordt er namelijk al een tijdje aardolie geproduceerd omdat er verschillende olievelden in de bodem zitten. Maar sinds en door de ontginning van aardolie wordt Nigeria geplaagd door corruptie, etnisch geweld en regelmatige olielekkages en al dit is ook vaak gekoppeld met vandalisme. De ontginning van aardolie heeft al niet alleen in Nigeria voor burgeroorlogen en dergelijke gezorgd, maar ook in andere Afrikaanse landen het een gelijkaardig scenario zich voorgedaan.

In het verleden is er aardolie geproduceerd in Ghana, maar in die gevallen waren de reservoirs steeds relatief klein. Men heeft er nog nooit een olieveld gekend van de omvang als dat van Jubilee. Naast de geschatte 1 miljard vaten ruwe aardolie zou er ook nog eens zo'n 28 miljoen kubieke meter aardgas. Maar Jubilee in niet het enigste nieuwe olieveld in de Golf van Guinee. Het is maar één van de vele die men sinds recent heeft ontdekt. Deze nieuwe olievelden moeten helpen om in de toekomst te kunnen voldoen aan 's werelds stijgende vraag naar energie. Jubilee krijgt het meeste belangstelling omdat het van alle ontdekte olieveld de meest beloftevolle opbrengst. Het zorgde in eerste instantie voor veel nieuwe hoop bij de Ghanese bevolking. Namelijk omdat de nationale oliemaatschappij van het land voor 13.75% deelneemt in de ontginning van Jubilee samen met ook nog een aantal andere Ghanese oliemaatschappijen. Maar de Ghanese overheid tracht sinds recent de hoop een beetje te temperen en verkondigen dat de Ghanese bevolking het er niet onmiddellijk beter zal door hebben. De Ghanese overheid vermoedt dat de productie van aardolie en -gas zal zorgen voor $ 500 miljoen voor de staat. Dit is slechts 3% van het bruto binnenlands product van Ghana.

Eénmaal de productie op volle toeren zal zijn, zullen er zo'n 120 000 vaten ruwe aardolie per dag geproduceerd worden en dit zo'n 3 tot 6 maanden lang. Om dit aantal in een perspectief te kunnen zetten, kan men de vergelijkingen maken met Nigeria. Nigeria waar er tal van olievelden zijn produceert 2 miljoen vaten ruwe aardolie per dag. De minister van energie van het land meent dat de aardolie en -gas niet alleen de economie kunnen doen expanderen. Deze hangt ook nog van een heleboel andere producten af waaronder zeker de productie en uitvoert van cacao en mineralen. Zo is het land bijvoorbeeld ook gekend voor de productie van goud, dat goed is voor zo'n 5% van het bruto binnenlands product. Maar ondanks deze mededelingen is het wel bekend dat de Ghanese overheid niet verstandig omspringt met de inkomsten van de ontginning van de grondstoffen van het land. Het lijkt er sterk op dat de overheid de natuurlijke rijkdommen als inkomsten beschouwt, in plaats van deze te gaan investeren. En er is een hoge nood aan investeringen door de overheid in dit land, want namelijk staat het land als 130ste van de 169 gerangschikt in de lijst van ontwikkelende landen, en staat het in de categorie van "low human development". Het jaarlijks inkomen van de gemiddelde Ghanees is $ 1500.

Maar niet alleen wat er met het geld gebeurt is van belang maar ook dient er zorgzaam omgegaan te worden met de natuur. Zeker wat betreft olielekkages aangezien veel Ghanese leven langs de kustlijn. Er wordt er veel gevist en voor vele van die mensen leven er van de visvangst. Een olielek zou voor deze mensen rampzalige gevolgen hebben aangezien hun broodwinning dan weggenomen wordt. Volgens de lokale rapporten zou er tijdens proefboringen door het afgelopen jaar 706 vaten toxische substanties geloosd zijn in het water. Het betrokken bedrijf, Kosmos Energy werd aangeklaagd en moest een boete van $ 30 miljoen dollar. De lokale bevolking die leeft langs de kustlijn heeft wel niets van compensatie ontvangen wat uiteraard leidde tot een heleboel protest. Maar zowel de overheid als het betrokken bedrijf reageerde niet op het protest. Er is wel een gespannen relatie tussen de Ghanese overheid en Kosmos. Want onlangs blokkeerde de overheid de verkoop van het aandeel van Kosmos in de ontginning van Jubilee aan Exxon. Dit omdat de overheid liever niet wil dat het olieveld in de handen komt van een buitenlands bedrijf. Daarom hoopte de overheid door de verkoop te blokkeren dat ze dan zelf het aandeel van Kosmos zouden kunnen opkopen. Maar Kosmos weigerde dat te doen.

Er moet dus nog een heleboel zaken uitgeklaard en worden vooraleer de aardolie en -gas in Ghana op een 'rechtvaardige manier' worden ontgonnen.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [news.nationalgeographic]

Efficiëntere vliegtuigmotoren door speciale versnellingen

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Thu, 06 Jan 2011 06:00:00 +0000

Onze atmosfeer bevat tal van natuurlijke en door de mens 'gemaakte' gassen. Eén van deze gassen zijn de verbrandingsgassen van de motoren van het luchtverkeer. Deze gasdeeltjes gaan zich samen met andere gaan combineren tot kleine vaste deeltjes. Deze kleine vaste deeltjes kregen de naam 'fijnstof'. En fijnstof is uiteindelijk een vorm van luchtvervuiling en is de verzamelnaam voor alle vaste deeltjes in de atmosfeer die kleiner zijn dan 10 micrometer( 0,000 0001 meter). Deze deeltjes blijken ook schadelijk te zijn voor de gezondheid bij het inademing ervan. Zelfs in België en Nederland sterven er jaarlijks enkele duizenden mensen enige dagen tot maanden eerder door acute blootstelling aan fijnstof. Maar bovendien is de morbiditeit door chronische blootstelling aan fijnstof enorm hoog. Bij mensen met luchtwegaandoeningen en hart- en vaatziekten verergert chronische blootstelling aan fijnstof hun symptomen en het belemmert de ontwikkeling van de longen bij kinderen. Daarom bestaan er vele landen al normen voor de concentratie aan fijnstof in de lucht.

De Wereldgezondheidsorganisatie, een gespecialiseerde organisatie van de Verenigde Naties met als doel wereldwijde aspecten van gezondheidszorg in kaart te brengen, schatte in 2004 dat er jaarlijks ongeveer één miljoen mensen sterven aan de gevolgen van luchtvervuiling. Verschillende epidemiologische studies hebben vastgesteld dat luchtvervuiling zorgt voor meer cardiovasculaire en respiratoire aandoeningen, zoals longkanker en dergelijke. Bij deze studies werden duizenden mensen gevolgd en verzamelde data over hun blootstelling aan vervuilde lucht en terwijl volgde men ook de gezondheidstoestand op van deze mensen. Wanneer men al deze data analyseerde en corrigeerde voor bijvoorbeeld personen die roken. Daarna paste men er statistiek op toe en zag men dat chronische blootstelling aan fijnstof zorgt voor meer gezondheidsproblemen zoals chronische bronchitis, slecht werkende longen en vroegtijdig overlijden.

Om deze gezondheidsproblemen te voorkomen moet dus de luchtvervuiling aangepakt worden, zodat de mensen in sterk verminderde mate, zowel acuut als chronisch blootgesteld worden aan te hoge concentraties aan fijnstof. Eén van de zaken die verantwoordelijk is voor een bijdrage aan de luchtvervuiling is het luchtverkeer. Een nieuwe studie stelt vast dat de luchtvervuiling door het luchtverkeer verantwoordelijk is voor wereldwijd zo'n 8000 sterfgevallen. Ondanks het feit dat de luchtvervuiling door de vliegtuigen plaatsvindt op een hoogte rond de 10500 meter. Bij studie heeft men enkel de uitgestoten verbrandingsgassen beschouwd die vrijkomen bij het cruisen op grote hoogtes. Dit gevolgen van deze die vrijkomen tijdens het opstijgen en het landen horen hier dus niet bij want voor deze is er een ander verhaal van tel. De uitgestoten gassen zijn onder andere stikstofoxides (NOx) en zwaveloxides (SOx). Deze twee gassen gecombineerd met andere gasdeeltjes die zich al reeds in de atmosfeer bevinden zorgen voor de vorming van fijnstof.

De huidige regelgeving omtrent de uitstoot van luchtvervuilende gassen door vliegtuigen is slechts geldig tot op een hoogte van 914 meter. Dit doordat de regelgevende instanties ervan uitgaan dat het uitstoten van luchtvervuilende gassen op een hoogte groter dan 914 meter geen gevolgen heeft voor het leven op het aardoppervlak. Alhoewel meer dan 90% van de brandstof bij een vliegtuig wordt verbrandt tijdens het cruisen, toch vallen enkel de de luchtvervuilende verbrandingsgassen van tijdens het opstijgen en landen onder een wetgeving. En dus worden, bij het testen van een vliegtuigmotor, enkel de uitstoot van luchtvervuilende stoffen opgemeten tijdens een simulatie van het opstijgen en het landen. En dus over wat er gebeurt éénmaal boven de 914 meter, heeft er niemand niet echt een exact beeld van, toch niet van de uitstoot van luchtvervuilende gassen.

Steven Barrett, een onderzoeker van MIT, voerde een onderzoek uit naar of het wel correct is om te veronderstellen dat de uitstoot van luchtvervuilende gassen boven de 914 meter geen effect heeft op het leven van de mensen op het aardoppervlak. Om het effect van de 'cruise-uitstoot' van de vliegtuigen te onderzoeken gebruikte Steven Barrett een computermodel om een idee te krijgen over hoeveel van deze luchtvervuilende gassen er uitgestoten worden door alle vliegtuigen in de wereld die op zo'n hoogtes vliegen. Dit is niet zomaar een simpele taak, namelijk door de grote omvang aan data die er verwerkt moet worden. Het computermodel combineerde data over de vluchtroutes en de frequentie van hun gebruik, met de hoeveelheid brandstof vliegtuigen verbranden tijdens het cruisen op die hoogtes. Door deze twee sets aan data te combineren kan er een relatief nauwkeurige schatting gedaan worden over de hoeveelheid luchtvervuilende gassen er op deze manier in onze atmosfeer terecht komen.

De resultaten van dit computermodel combineerde hij dan met een ander computermodel van de atmosfeer die men gebruikt voor simulaties van de luchtstroming. Zoo verkreeg hij een idee over waar deze uitlaatgassen door de vliegtuigen terechtkomen en waar er dus fijnstof zal ontstaan. Daarna gebruikte hij data over de bevolkingsdichtheid en het gezondheidsrisico in de verschillende delen van de wereld. Uiteindelijk bekwam hij dan een wereldkaart met daarop het voorkomen van fijnstof ten gevolge van de cruise-uitstoot van vliegtuigen en de gezondheidsrisico ten gevolgen van luchtvervuiling. Op deze manier kan hij kijken of er een correlatie bestaat tussen het voorkomen van fijnstof ten gevolge van de cruise-uitstoot en het risico op aandoeningen ten gevolgen van fijnstof. Wanneer er geen correlatie zou geweest zijn tussen deze twee elementen, dan zou dit een bevestiging zijn van de veronderstelling dat boven de 914 meter, de uitstoot van vliegtuigen geen effect hebben op het leven van de mens op aarde.

Maar uit de analyse van deze data en de daarmee opgestelde kaart toonde het tegengestelde aan, namelijk dat er wel een correlatie is tussen het voorkomen van fijnstof ten gevolge van de cruise-uitstoot van vliegtuigen en het risico op aandoeningen ten gevolge van fijnstof. De cruise-uitstoot bleek het grootst te zijn boven Noord-Amerika en Europa, wat uiteindelijk niet echt een grote verrassing is. Maar toch uiteindelijk komt het fijnstof, dat ontstaat door de cruise-uitstoot van vliegtuigen, terecht in het oosten. In landen zoals China en India is een groot deel van het fijnstof aanwezig ten gevolge van het luchtverkeer en in deze twee landen sterven er jaarlijks zo'n 3500 mensen aan de gevolgen van het fijnstof van cruise-uitstoot. In China in India leeft zo'n Dit ondanks dat slechts 10% van de totale wereldwijde vliegtuigbrandstof wordt verbrandt boven deze landen. En andere opmerkelijke bevinden is dat het overgrote gedeelte van de cruise-uitstoot ontstaat in het noordelijk halfrond, en een heel stuk minder in het zuidelijk halfrond. En er zijn ook nagenoeg geen sterfgevallen in het zuidelijk halfrond ten gevolge van de cruise-uitstoot, dit in tegenstelling tot het noordelijk halfrond.

En deze fenomenen die heeft waargenomen uit de analyse van al deze gegevens kunnen nagenoeg verklaard worden. Namelijk het feit dat men in oosten de sterkste gevolgen kent van de cruise-uitstoot, is ten gevolge van de luchtstroming op de beschouwde hoogtes. Daar treden er snelle luchtstromen op die steeds naar het oosten toe blazen. Eén van deze is de straalstroom, dit is een zeer sterke wind (windkracht 11 of zelfs nog meer) en is gemiddelde enkele duizenden kilometers lang, enkele honderden kilometers breed en slechts een paar kilometer hoog. En het is dus een zeer langgerekte maar smalle band met hoge windsnelheden, die door de atmosfeer kronkelt, van west naar oost, als een rivier in het landschap. En onder andere de straalstroom zorgt er dus voor dat het fijnstof door de cruise-uitstoot in het oosten terecht komt. Ook moet er in acht genomen worden dat ook de lokale luchtvervuiling op die locaties er een grote rol speelt in het verhaal van het fijnstof door de cruise-uitstoot. Namelijk in die regio's wordt er veel aan landbouw gedaan en door de landbouw komt er ammoniak in de lucht terecht. Ammoniak in combinatie met NOx en SOx zorgt dat ontstaat er fijnstof. En dus ligt het onder andere ook aan de ammoniak concentratie in de lucht, dat er een verhoogd voorkomen is van fijnstof in die gebieden in China en India.

De conclusie van de studie is dus dat er ook een regelgeving moet komen voor de uitstoot van vliegtuigen boven 914 meter. Maar één van de reactie van de industrie is dat het luchtverkeer slechts een klein onderdeel is van een groot probleem. En dat het niet nodig is dat er een regelgeving zou komen aangezien jaarlijks het luchtverkeer voor 'maar' 8000 doden zorgt, wat relatief weinig is in vergelijking met andere vormen van transport, namelijk 60.000 doden ten gevolge van scheepvaart.

Het is waarschijnlijk geen reactie op deze studie maar Airbus heeft onlangs besloten om een nieuw type motoren te gaan gebruiken bij hun nieuwe vliegtuigen. Bij deze motoren wordt er een nieuw soort koppeling gebruikt en dit zorgt dat er heel wat minder lawaai ontstaat en dat de motor een stuk efficiënter werkt. Pratt and Whitney, een Amerikaanse motor-bouwer, heeft deze nieuwe motor ontwikkeld en deze zullen vanaf 2016 gebruikt worden in de nieuwe generatie van de Airbus A320. Het motorontwerp is dat van een turbofan, een turbofan is een vliegtuigmotor geschikt voor middelhoge snelheden. Een turbofan is eigenlijk een soort combinatie van een straal motor en een gewone propeller. In eerste instantie zorgt de compressor ervoor dat er lucht aangezogen en gecomprimeerd wordt en naar de verbrandingskamer gestuurd wordt. Daar wordt er brandstof aan toegevoegd en verbrandt. Waarna de verbrandingsgassen expanderen en de turbine aandrijven. Dit is de werking van een straalmotor. En hierbij die de turbine enkel om de compressor aan te drijven. De uitlaatgassen verlaten de turbine met een druk die voldoende groot is om het vliegtuig vooruit te duwen.

Maar bij een turbofan is er ook nog een bypass luchtstroom. Deze luchtstroom ontstaat doordat de compressor ervoor zorgt dat een deel van de aangezogen lucht niet naar de verbrandingskamer gestuurd. Deze lucht wordt langs de verbrandingskamer en turbine heen geduwd en verlaat de motor achteraan. Deze naar achter geduwde lucht helpt ook mee om het vliegtuig vooruit te duwen, net zoals wanneer men een propeller gebruikt. Deze 'propeller-werking' van de compressor levert de grootste bijdrage bij het vooruit duwen van het vliegtuig in vergelijking met die van de verbrandingsgassen die de turbine verlaten. En dus kan er een kleinere straalmotor gebruikt worden bij dit type motoren in vergelijking met wanneer men een straalmotor zou gebruiken. En aangezien de straalmotor kleiner is, is ook het brandstofverbruik kleiner. Daarnaast zorgt de luchtstroom rondom de straalmotor ervoor dat er een stuk minder lawaaihinder is.

Deze nieuwe turbofan zorgt ervoor dat er een stuk minder lawaai hinder is van deze motoren en dat de uitstoot en het brandstofverbruik 15% lager ligt dan bij de huidige motoren. In het nieuwe ontwerp is de compressor niet meer gekoppeld op dezelfde as als de turbine maar is deze verbonden met speciale versnellingen. Deze versnellingen laten toe dat zowel de turbine als de compressor steeds op optimale snelheid kunnen draaien zodat de juiste hoeveelheid lucht naar de verbrandingskamer gestuurd wordt en de rest optimaal naar achteren wordt geduwd voor de 'propeller-werking'. Het concept van een turbofan met versnellingen tussen de turbine en de compressor is niet echt een nieuw concept. Het bestaat namelijk als sinds de jaren '80 maar het is nooit echt van de grond gekomen omdat de vliegtuigindustrie niet echt happig is voor veranderingen. Daarnaast zijn versnellingen berucht voor hun hoge gewicht en vele problemen, twee zaken die men ten alle tijde wil vermijden in de luchtvaarttechnologie. Het probleem van het extra gewicht wordt al snel weggenomen door het verhoogde rendement van deze motoren.

Bij de huidige turbofans wordt 1/9 van de aangezogen lucht naar de verbrandingskamer gestuurd en stroomt 8/9 langs de straalmotor naar buiten. Deze lucht die langs de straalmotor naar achteren stroomt levert de grootste bijdrage bij het vooruit duwen van het vliegtuig. Bij deze nieuwe motoren met versnellingen tussen de turbine en de compressor gaan 1/13 van de aangezogen lucht naar de verbrandingskamer en stroomt 12/13 langs de straalmotor naar buiten. Dus een grote aandeel van de aangezogen lucht duwt het vliegtuig vooruit terwijl een kleiner aandeel nodig is om de compressor aan te drijven. Met andere woorden is er minder brandstof nodig om een vliegtuig even hard of zelfs harder vooruit te duwen. Wat dus wil zeggen dat deze motor een stuk efficiënter zijn brandstof benut.

Deze type motoren werden in 2008 al uitvoerig getest sinds dien heeft men er al meer dan 75 uren mee gevlogen. En over de komende twee jaar zullen er 15 van dergelijke motoren gemaakt worden om deze verder te gaan testen. Er wordt verwacht dat eind 2012 dat deze motoren hun certificaat zullen krijgen.

Geschreven door Emile Glorieux, bronnen [web.mit] & [technologyreview]

Hoe zullen wolken reageren op de klimaatverandering?

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Wed, 29 Dec 2010 06:00:00 +0000

De opwarming van de aarde is momenteel één van 's werelds meest dreigende problemen. Maar dit probleem zit vrij complex in elkaar en tot nu toe is het nog niet gelukt het volledig te snappen. Bepaalde aspecten zijn relatief eenvoudig en anderen zijn dan weer een stuk moeilijker. Aan de basis van het probleem ligt de verandering van de gemiddelde temperatuur op aarde. Wanneer de temperatuur op aarde gaat variëren dan heeft dit gevolgen voor onnoembaar veel zaken, waaronder het klimaat op aarde, het smelten van de gletsjers en nog vele andere, op de vele verschillende ecosystemen.

De temperatuur van het aardoppervlak wordt bepaald door een evenwicht van een aantal factoren. Zo zijn er de factoren die bijdragen tot een stijging van de temperatuur, namelijk de stralen van de zon die niet meteen wordt teruggekaatst en de aardwarmte. En dan zijn er ook de zaken die zorgen dat er warmte onttrokken wordt van het aardoppervlak, namelijk de verdamping van water, warmte-convectie, en infrarode straling van het aardoppervlak naar het heelal. Eén van de zaken die een zeer grote invloed heeft op de temperatuur op het aardoppervlak is de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer. De concentratie aan deze gassen beïnvloed de hoeveelheid infrarode straling die teruggekaatst wordt naar het heelal en hoeveel er teruggekaatst wordt naar de aarde toe. Want broeikasgassen zijn niet volledig transparant voor infrarode stralen. De broeikasgassen in de atmosfeer worden van twee kanten bestraald met infrarode stralen. Namelijk er komen infrarode stralen uit het heelal van de zon naar de aarde toe, maar er komen er ook infrarode stralen van de aarde die naar het heelal toe gestraald worden.

In het algemeen bevat de invallende straling van de zon 3 soorten elektromagnetische straling, namelijk infrarood, ultraviolet, en zichtbaar licht. De straling van de zon bestaat grotendeels uit zichtbaar licht en ultraviolet straling en in mindere mate uit infrarode straling. Éénmaal deze stralingen het aardoppervlak bereikt hebben, wordt het overgrote deel van deze straling geabsorbeerd. Door het absorberen warmt het aardoppervlak op. En daardoor gaat het aardoppervlak terug hoofdzakelijk infrarode straling gaan uitstralen want stralingswarmte is namelijk van de vorm van infrarode straling. In principe is infrarode straling is een andere naam voor stralingswarmte. De broeikasgassen in de atmosfeer beletten dat deze uitgestraalde warmte direct volledig verdwijnt naar het heelal. En doordat deze broeikasgassen niet transparant zijn voor infrarode straling houden zijn deze warmte rond de aarde. En zo zorgen zij ervoor dat de gemiddelde temperatuur hoger is/blijft.

Van de broeikasgassen zoals CO2 en CH4 is hun effect op de klimaatverandering gekend, hoe meer er zich van deze in de atmosfeer bevinden, hoe meer de aarde gaat opwarmen. Maar over andere broeikasgassen, is er nog onzekerheid over het effect op de klimaatverandering. Eén van deze broeikasgassen is namelijk waterdamp of dus anders gezegd gaat het hier dus over de wolken. Het was tot voor kort nog niet duidelijk hoe de computermodellen, die men gebruikt om voorspellingen te doen over de klimaatverandering, moeten omgaan met de invloed van de wolken. Deze onzekerheid was er omdat het afhankelijk is van de soort wolk of dat deze zou zorgen dat de temperatuur op aarde gaat toenemen of afnemen. De ene soort wolken zorgen ervoor dat het minder warm zal zijn op aarde omdat deze de invallende straling van de zon zullen tegenhouden. De andere soort wolken zorgen voor een omgekeerd effect, namelijk laten zij de invallende stralen van de zon door tot aan het aardoppervlak maar houden ze dan wel de stralen die door de aarde uitgestraald worden tegen. En dus zorgen ze dat de temperatuur op aarde zal toenemen. Aangezien wanneer de aarde gaat opwarmen, veel ijs zal gaan smelten van zowel de gletsjers als van het poolijs en dan gaat er ook meer water gaan verdampen. En dus is het vermoedelijk dat de concentratie waterdamp in de atmosfeer een invloed heeft wanneer men voorspellingen wil doen omtrent de opwarming van de aarde en de klimaatverandering.

En tot onlangs zorgden de wolken voor een grote onzekerheid bij de voorspellingen gedaan met behulp van de computermodellen van het klimaat. Want het is moeilijk te bepalen welk type wolken er het meest gaan voorkomen en dus welk effect er het meest dominant zal zijn. Er worden meerdere computermodellen gebruikt om de verandering van het klimaat in de toekomst te gaan simuleren op basis van bepaalde ingegeven data. De verschillende modellen gingen veelal op een verschillende manier om met de invloed van de wolken. En dit zorgde dan uiteraard dat deze modellen een verschillende uitkomst weergaven ook al werden dezelfde gegevens ingegeven. Er waren bepaalde computermodellen die zelfs de invloed van de wolken negeerden. Dit omdat met het ene type wolken de temperatuur toeneemt en met het andere type de temperatuur afneemt. En dus wanneer men verondersteld dat beide type even vaak voorkomen dat is hun invloed inderdaad neutraal en mag de invloed van de wolken genegeerd worden. Maar er bestaat wel geen zekerheid over de veronderstelling dat beide type wolken even vaak zullen voorkomen en dat dit steeds zo zal blijven ook wanneer het klimaat veranderd. Maar ook zijn er computermodellen die ervan uitgaan dat wolken zorgen voor opwarming van de aarde. En dus wanneer de concentratie aan waterdamp toeneemt in de atmosfeer, dan zal dit ertoe leiden dat de temperatuur op aarde zal stijgen.

Andrew Dessler, een professor van Texas A&M University aan het departement van atmosfeer wetenschappen, heeft de invloed van de wolken uitvoerig onderzocht om een antwoord te vinden op de vraag wat nu juist het gevolg zou zijn wanneer de concentratie aan waterdamp stijgt in onze atmosfeer. En zo kan men in de toekomst ook een groot element van de kritiek op de voorspellingen over de verandering van het klimaat gaan vermijden. Namelijk is er een heleboel kritiek op de resultaten van de computermodellen die men gebruikt om het klimaat te gaan simuleren. Een groot punt van kritiek is de invloed van de concentratie waterdamp in de atmosfeer, vele critici verwijten dat de computermodellen een verkeerd resultaat tonen omdat ze deze invloed verkeerd in rekening brengen. Zijn conclusie in het gepubliceerde werk over dit onderwerp was dat wanneer de temperatuur stijgt op aarde dat dit zal zorgen voor een stijging van de concentratie aan waterdamp in de atmosfeer, doordat er meer water zal verdampen. En deze grotere concentratie aan waterdamp zal ervoor zorgen dat de temperatuur op aarde verder zal toenemen.

Maar er komt kritiek op het werk van Andrew Dessler, namelijk verteld Roy Spencer, een klimatoloog van de University of Alabama, dat Andrew Dessler het verkeerd op heeft. Roy Spencer publiceerde een paper waarin hij concludeer t dat wanneer de concentratie waterdamp in de atmosfeer zal toenemen, dit ervoor zal zorgen dat de temperatuur op aarde zal afnemen in plaats van stijgen. Maar andere wetenschappers zijn het dan weer eens met de conclusie van Andrew Dessler. Eén van hen is Dennis Hartmann, een professor in de atmosfeer wetenschappen van de University of Washington. Hij verteld dat, op basis van de beschikbare gegevens en data, dat een negatieve feedback van een stijging van de waterdamp-concentratie in de atmosfeer op de gemiddelde temperatuur op aarde een heel stuk onwaarschijnlijker is dan een positieve feedback van de waterdamp-concentratie op de temperatuur. De feedback verschilt heel erg uitlopend verschillend wanneer men de huidige klimaatmodellen bekijkt. Maar hij is van mening dat wanneer men een algemeen consensus zou moeten opstellen, gebaseerd op wat de modellen tot nu toe al verspeld hebben, dat het overduidelijk is dat er een positieve feedback bestaat tussen de waterdamp-concentratie en de temperatuur.

De studie die Andrew Dessler heeft uitgevoerd maakt gebruik van de data die verzameld geweest is door NASA's Terra satelliet. Deze satelliet is uitgerust met een instrument genaamd CERES, wat staat voor Clouds and Earth's Radiant Energy System. Met CERES dient om stralingen te gaan opmeten in de atmosfeer en men is hiermee in staat om straling de infrarode straling van de zon, die terug het heelal in gereflecteerd wordt te onderscheiden van de infrarode straling die uitgestraald wordt door de aarde. En dit kan men gaan doen op verschillende hoogte in de atmosfeer, van boven tot onder. Deze satelliet werd in maart 2000 de ruimte ingestuurd en dus heeft men er al 10 jaar lang data meer verzameld.

Doordat 10 jaar een relatief korte tijd is om voldoende data in te zamelen, is het resultaat dus nog niet echt 100% betrouwbaar. Er is nood aan data van over een langere periode om deze zaak verder te gaan uitpluizen, zeker wanneer men deze data wil gebruiken om voorspellingen te gaan doen op lange termijn. En dit is juist wat men wil doen bij de klimaatmodellen. Om een idee te krijgen over wat er zal gebeuren met de wolken wanneer het een lange tijd warmer is op aarde, moet er gewacht worden tot het een relatief lange tijd warmer is op aarde. Pas dan kan men met zeker gaan zeggen wat het effect is en kan ervan uitgegaan worden dat het ervaren verschijnsel zich opnieuw zal voordoen wanneer het een volgende keer warmer is of verder warmer wordt op aarde. Maar tot dat dit zich voordoet, kan men enkel voorgaan op de waargenomen verschijnselen tijdens de relatief korte periodes dat het warmer was op aarde. En uit deze korte periodes kan men ergens al een idee krijgen wat men kan verwachten indien het een lange periode warmer is.

Maar in het algemeen kan men er wel over eens zijn dat de analyse die Andrew Dessler heeft uitgevoerd, toch wel een handig diagnostisch hulpmiddel is. Het kan gebruikt worden om de bestaande klimaatmodellen te gaan 'ijken'. Met ijken wordt bedoeld dat men kijkt in hoever de voorspellingen overeenkomen met de waarnemingen. Namelijk, bij de klimaatmodellen heeft men nu ergens een richtlijn over hoe men de invloed van de wolken of dus de concentratie waterdamp moet in rekening brengen. En men kan dit gaan controleren de voorbije 10 jaar te gaan simuleren en te kijken of de resultaten overeenkomen met de waarnemingen die men heeft opgenomen met de Terra satelliet. Zo kan men, in het mate van het mogelijke, zeker zijn dat het beschouwde klimaatmodel een betrouwbaar resultaat geeft.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [scientificamerican]

Lithium-ion batterijen en de test op de koeling

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Mon, 20 Dec 2010 06:00:00 +0000

Er staat de wagens voor personentransport een aantal grote veranderingen te wachten in de komende jaren. Er zijn een aantal technologieën die bezig zijn met hun opmars aan het maken in de commerciële markten. Eén van deze technologieën zijn uiteraard de elektrische en de hybride wagens, die dus deels of volledig aangedreven worden door een elektromotor. Eén van de eerste wagens die één van deze nieuwe technologieën gebruikt is de Toyota Prius. De Toyota Prius is tot nu toe het icoon geweest van de hybride wagens. Maar daar dreigt verandering in te komen, namelijk want ook andere autofabrikanten hebben een wagen ontwikkeld die gebruik maakt van een nieuwe technologie voor de aandrijving van de wagen.

Deze andere automerken zijn Chevrolet en Nissan. Wel is het zo dat de twee fabrikanten kiezen voor een lichtjes verschillende technologie. Nissan heeft een nieuw model ontwikkeld namelijk de Nissan Leaf. Leaf staat voor Leading Environmentally friendly, Afforble Family car en de wagen is een vijfdeurs hatchback met een actieradius van 160 kilometer. De Nissan Leaf is verkrijgbaar in Europa sinds 1 december en is nu ook uitgeroepen tot de auto van 2011. De Leaf is voorzien van een lithium-ion batterij die kan opgeladen worden via twee, in de voorkant van de auto geplaatste stekkers. Eén daarvan is bedoeld voor het gewone stopcontact, hiermee kan de batterij in acht uur opgeladen worden. De andere stekker waarmee de batterij van de Leaf opgeladen kan worden is bedoeld voor het 'snelladen'. Bij snelladen laadt de accu op tot 80% in slechts 30 minuten. Omdat de motor van de auto nauwelijks geluid maakt, is de Leaf uitgerust met en waarschuwingsgeluid zodat voetgangers de auto toch horen aankomen. Er is ook een apart geluid voor wanneer de wagen achteruitrijdt. De Leaf is de allereerste wagen die in massaproductie gemaakt wordt door één van de grote automerken.

De tweede grote autofabrikant is Chevrolet en zij hebben een plug-in hybride wagen op de markt gebracht. In feite is het niet echt Chevrolet die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van deze nieuwe technologie maar heeft GM hier eigenlijk voor gezorgd. Want bij de Chevrolet Volt wordt er gebruik gemaakt van Voltec, of ook gekend als E-Flex, Voltec is een aandrijflijn ontwikkeld door General Motors, speciaal voor plug-in wagens. Deze aandrijflijn maakt gebruikt van een 'plug-in capable, battery-dominant series hybrid architecture - dit wil zeggen dat het mogelijk is om de batterij op te laden via het stopcontact, dat er maar één motor is die de wielen van de wagen aandrijft en dit is een elektrische motor. Maar bij Voltec is het mogelijks om aan boord van de wagen de batterij te gaan opladen. Namelijk kan de wagen uitgerust worden met een brandstofcel of met een verbrandingsmotor die dan indien nodig elektriciteit gaat opwekken om de batterij te gaan opladen.

Dit is verschillend in vergelijking met sommige andere hybride wagens zoals bijvoorbeeld de Toyota Prius. Bij de Prius zijn er twee verschillende motor die de wielen van de wagen kunnen aandrijven. Namelijk is er een elektromotor die de wielen aandrijft zolang de batterij nog voldoende elektriciteit kan leveren, en wanneer de batterij leeg is neemt een verbrandingsmotor over en dan drijft deze de wielen aan. Daarnaast is er ook de mogelijkheid om gebruik te maken van recuperatief remmen. Recuperatief remmen is het terugwinnen van de in een bewegende massa of voertuig opgeslagen kinetische energie wanneer deze wordt afgeremd. Deze teruggewonnen energie wordt terug geleverd aan de voedingsbron van waaruit het gevoed wordt. Dit in tegenstelling tot weerstandsremmen waarbij de remenergie in elektrische weerstanden wordt omgezet in warmte. Dit wordt niet alleen gebruikt bij elektrische of hybride wagens, maar ook in vele andere elektrische tractie systemen, zoals bijvoorbeeld bij trein, tram, metro, liften en hijswerktuigen. De Chevrolet Volt is de eerste wagen waarbij het Voltec systeem van GM gebruikt wordt. En doordat het Voltec systeem verschillend is dan dat van de Toyota Prius wordt de Chevrolet Volt niet echt als een hybride wagen beschouwd. De Chevrolet Volt is begrensd tot maximumsnelheid van 160 kilometer per uur, dit omdat bij nog hogere snelheden de batterij te snel leegloopt. De auto wordt dus gevoed door een accu en deze geeft de wagen een actieradius van 60 kilometer. Maar wanneer de accu leeg dreigt te raken wordt een benzinemotor opgestart die de accu oplaadt.

Deze twee verschillende types elektrische wagens van deze twee merken zullen het komende jaar hun intrede gaan maken op onze wegen. Het feit dat de twee autofabrikanten gekozen hebben voor een lichtjes verschillende technologie is omdat ze elk overtuigd zijn dat hun aanpak ervoor zal zorgen dat de batterij zo lang mogelijk meegaat. En dus zal het binnen een afzienbare duidelijk worden welke van de twee hun batterij het langst kan doen meegaan. En dus zullen we binnen een paar jaar weten van de twee autofabrikanten het nu bij het rechte eind heeft. De technologie van die fabrikant waarvan zal blijken dat de batterij er het langst meegaat, kan het design voor de toekomst van de elektrische en hybride wagens vormen. Namelijk omdat vele automerken al hebben aangekondigd dat ze binnenkort een elektrische of hybride wagen op de markt zullen brengen maar daar tot nu toe nog niet veel concreets over hebben laten weten.

Een aantal critici zeggen dat het niet de technologie van Nissan zal zijn waarbij de batterij het langst zal meegaan. Namelijk omdat bij hun batterij een relatief simpel koelsysteem gebruikt wordt. Door dit simpele koelsysteem zouden de batterijen kunnen oververhitten en waardoor hun levensduur aanzienlijk wordt ingekort. Het is wel zo dat allebei de autofabrikanten dezelfde type batterijen gebruiken, namelijk lithium-ion batterijen, dezelfde dus als in de gsm's en laptop's. Dit terwijl ze voor de Toyota Prius hebben gekozen voor een nikkel-metaalhybride batterij. Deze batterijen zijn omvangrijk en zwaar voor in een wagen in vergelijking met een lithium-ion batterij. Maar zowel GM als Nissan nemen door deze keuze te maken wel een bepaald risico want lithium-ion batterijen hebben zichzelf nog niet bewezen dat ze betrouwbaar zijn voor het aandrijven van een wagen. De batterij van een elektrische of hybride wagen moet bestand zijn tegen relatief extreme temperaturen, harde stoten en continue trillingen afkomstig van het wegdek, en moeten zeker tot 10 jaar meegaan. Er zijn namelijk bepaalde, zeldzame gevallen bekend waarbij een lithium-ion batterij oververhit geraakte en uiteindelijk schoten deze in brand. En dus omdat de batterijen van een elektrische of hybride wagen een veel grotere hoeveelheid energie moeten gaan opslaan, is het enorm gevaarlijk indien deze in brandt zouden vliegen. En om te beletten dat dit zou gebeuren, worden de batterijen in elektrische of hybride wagen gekoeld.

En ander obstakel voor het gebruik van lithium-ion batterijen is dat deze relatief snel hun mogelijkheid om een grote elektrische lading op te slaan verliezen. Na een aantal jaren, is het niet ongewoon dat deze slechts nog de helft van de elektrische energie kunnen vasthouden dan dat ze dat in het begin van hun levensduur konden. Maar de automakers willen dat de batterij even lang mee gaat als dat het voertuig meegaat - dit is zo'n 15 jaar. Om dit obstakel uit de weg te helpen, hebben de automakers de lithium-ion batterij al aangepast opdat deze langer zou meegaan. Namelijk gebruiken ze andere materialen voor de elektrodes van de batterij als dan die van bij de batterijen in laptop's. Daarnaast zijn GM en Nissan overgeschakeld van een cilindervormige vorm naar een platte rechthoekige vorm. Een platte rechthoekige vorm is interessanter voor de inbouw-ruimte in een wagen en wordt ook beter gekoeld door het grotere contact-oppervlak met de lucht. Het allergrootste verschil tussen de batterijen van GM en Nissan zit hem in het pakket batterijen in zijn geheel - zoals de reeks cellen, elektronica, temperatuurscontrole en -beheer, etc. En het gaat hier dan vooral over het koelsysteem, Nissan heeft geopteerd voor een simpel systeem, namelijk wordt de batterij er gekoeld met een ventilator, die lucht blaast over de batterij. Bij Nissan zeggen ze dat de platte vorm van batterij voor de rest van de voldoende koeling zorgt. GM's koelsysteem is ietwat complexer dan dat van Nissan, namelijk wordt er de batterij gekoeld met koelvloeistof. De koelvloeistof wordt langs de wand van elke cel gevoerd om ze te gaan afkoelen en de koelvloeistof wordt dan op zijn beurt afgekoeld via een kleine radiator die zich buiten het batterij-pakket bevindt. Het systeem met de koelvloeistof blijkt een stuk compacter te zijn en men kan er meer warmte mee uit het batterij-pakket gaan vervoeren. Bij GM vertellen ze dat ze gekozen hebben voor een koelsysteem met koelvloeistof uit voorzorg zodat het batterij-pakket zeker niet zou oververhitten. Aangezien de levensduur van de batterij een cruciale factor is, is zo'n systeem volgens GM niet onnodig. Een koelsysteem met koelvloeistof wordt ook gebruikt door de autofabrikant Tesla Motors. Tesla Motors maakt elektrische sportwagens en gebruikt daarbij ook lithium-ion batterijen. Hun koelsysteem verzekerd dat zelf wanneer de batterijen zo erg oververhit geraken en in brand zouden vliegen dat dan de rest van wagen niet ook zal gaan branden.

Naast oververhitting, kan ook koude weersomstandigheden leiden tot beschadigingen aan de batterij. Daarom heeft GM de Chevrolet Volt uitgerust met een 1.800 watt weerstandsverwarming om te beletten dat de batterij te koud zou worden. Deze verwarming voor de batterij zit standaard in elke wagen die gebruikt maakt van de Voltec aandrijvingslijn, terwijl bij de Nissan Leaf zo'n verwarmingselement voor de batterij slechts een optie is. Het wordt uiteraard wel sterk aangeraden door Nissan maar de Leaf is er niet standaard mee uitgerust. Daarnaast is bij de Chevrolet Volt het zo ingesteld dat de batterij steeds een klein beetje opgeladen blijft, dit om wanneer de batterij ouder wordt nog een beetje reserve capaciteit overhoudt. Dit zijn maar enkele factoren die inspelen op de levensduur van de batterij van elektrische wagens. Maar er zijn er ook nog vele andere waardoor er vele voorspellingen gedaan kunnen worden over welke van de twee batterijen er nu het langst zal meegaan. Uiteindelijk zullen we pas met zeker weten welke nu het langst zal meegaan binnen een paar jaar.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]

Het omzetten van afval in winst voor de inwoners van sloppenwijken

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Fri, 17 Dec 2010 06:00:00 +0000

Meer dan 2,6 miljard mensen in de wereld hebben geen toegang tot sanitair. Hierbij horen de 10 miljoen mensen die wonen in de sloppenwijken in Kenya. In deze sloppenwijken wonen mensen in hutten gemaakt van bouwafval en andere restmaterialen. Armoede is de voornaamste reden waarom mensen er geen woning kunnen krijgen en daarom een huis bouwen in een sloppenwijk. Men kan de maandlast of de huur van een normaal huis niet opbrengen. Dit heeft vaak ook te maken met woningnood, soms kunstmatig veroorzaakt door overheden die de trek naar de steden wil indammen en dus geen betaalbare woningen bouwen. In deze sloppenwijken is er veelal vaak sprake van overbevolking, werkloosheid, slechte drinkwatervoorziening en volksgezondheid en gebrek aan riolering. Omdat de wijken meestal illegaal zijn omdat ze zonder vergunning zijn aangelegd kan de overheid ze in veel gevallen ieder moment laten plat bulldozeren. De wijken bevinden zich bovendien in voor bewoning en bebouwing ongunstig terrein: het is er bergachtig of de afwatering is slechts. Sloppenwijken zijn uiteraard meestal ongewenst voor buitenstaanders aangezien het niet direct een aangenaam zicht is en veelal ook geen aangename buren zijn.

Het is wel gebleken dat wanneer de overheid de bouw ervan niet bestrijdt en dat dus de bewoners niet telkens weggejaagd worden en moeten verhuizen, er wel verandering plaatsvindt. Namelijk doordat de bewoners er dan langer op één plek wonen steken ze meer tijd en geld in hun woning en uiteindelijk verbetert zo de toestand in zo'n sloppenwijk. Deze verbetering is zeker en vast aanwezig in de sloppenwijken maar vindt wel erg langzaam plaats. Zo worden straten er verhard en worden ze voorzien van betere afwatering. Er worden scholen gebouwd voor de kinderen die opgroeien in deze sloppenwijken, en ten slotte komt er zelfs een elektrisch netwerk in de wijken. En na een lange periode van verbeteringen kan zo'n sloppenwijk uiteindelijk veranderen in een gewone woonwijk. In totaal wonen er wereldwijd zo'n 1 miljard mensen in zo'n sloppenwijken, wat dus wil zeggen dat 1 op 6 mensen er wonen.

In sloppenwijken waar er geen sanitair aanwezig is een toilet enkel een put in de grond die omringd is met een aantal platen voor een minimum aan privacy. Deze moeten veelal gedeeld worden met meer dan 120 mensen en door gebrek aan onderhoud worden deze dan al snel onbruikbaar. Wanneer een dergelijk toilet onbruikbaar wordt dan kiezen de mensen voor 'open ontlasting', maar dit zorgt voor een grote vervuiling van het drinkwater. Het onbruikbaar worden van deze primitieve toiletten is vaak te wijten aan het feit dat deze niet zelf geïnstalleerd werden door de mensen die er wonen maar dat deze geïnstalleerd werden door hulporganisaties. Wanneer deze hulporganisaties vertrokken zijn dan blijven de mensen er zitten met het onderhoud van de toiletten. En de mensen hebben er niet het geld en de middelen ter beschikking om deze taak op zich te gaan nemen. En dit leidt er dus dan toe dat deze toiletten niet onderhouden worden en uiteindelijk onbruikbaar worden.

Om dit probleem op een duurzame manier te gaan aanpakken en op te lossen moet er niet zomaar enkel een primitief toilet gegeven worden aan de bewoners van zo'n sloppenwijken maar moet er veeleer gedacht worden aan een nieuw model. Namelijk een model die het volledige sanitaire systeem bevat en niet enkel een paar primitieve toiletten. Een compleet sanitair systeem omvat ook de productie van het systeem en het beschikbaar maken van de service. En dus het duurzaam voortbestaan van zo'n systeem kan dus eigenlijk niet afhangen van donormiddelen van buitenaf. Dit was één van de belangrijkste criteria dat gesteld werd aan dit systeem door studenten , David Auerbach en Ani Vallabhaneni van aan de MIT Sloan School of Management. Deze twee studenten hebben een dergelijk model volledig uitgewerkt als de co-oprichters van Sanergy. Sanergy is een bedrijf, opgericht door onder andere deze twee studenten, die in staat om het sanitair te verbeteren van de mensen die wonen in de sloppenwijken over gans de wereld. Sanergy punt van werken is om een duurzaam sanitair systeem te opbouwen in deze sloppenwijken. Een duurzaam sanitair systeem voor hen moet voldoen aan een heleboel criteria, namelijk het moet een positieve impact hebben op het milieu, de gezondheid, de economie en dus op de gemeenschap in deze sloppenwijken. Om aan deze criteria te voldoen moet er dus met een heleboel zaken rekening gehouden worden.

Op een presentatie gegeven door de oprichters vertelden ze dat het hun doelstelling was om duizenden modulaire, goedkope sanitatie centra te gaan bouwen. Deze sanitatie centra kosten zo'n $ 200 om deze te gaan bouwen en het zou dan de bedoeling zijn om een soort van lidmaatschap aan te bieden aan de bewoners van de sloppenwijken. Om zo'n lidmaatschap te bemachtigen moet men maandelijks $ 1 betalen. Deze sanitatie centra zijn zo'n 3 meter op 2 meter groot en bevat een proper toilet en de operators hebben de mogelijkheid om erbij dan toiletpapier te gaan verkopen. Het is niet de bedoeling van Sanergy dat hulpverleners deze centra gaan opkopen van het bedrijf en deze gaan plaatsen in de sloppenwijken. Sanergy's doel is om deze sanitatie centra te gaan verkopen aan de lokale ondernemers in de sloppenwijken. Dit brengt een extra stimulans met zich mee opdat de centra zullen blijven onderhouden worden.

Het vervolg is dan dat aannemers deze sanitatie centra zouden komen leegmaken. En het ultieme doel is dan dat deze aannemers de feces gaan gebruiken voor de productie van biogas. Zo kan men twee problemen gedeeltelijk in één stap gaan oplossen. Namelijk in eerste instantie is men op deze manier af van het afval en daarnaast heeft men er energie uit gewonnen. Deze energieproductie helpt dan mee aan het oplossen aan het energieprobleem die er veelal ook leidt tot de problematiek van energiearmoede. De feces van de mensen wordt er gebruikt als biomassa, die via anaerobe vergisting, biogas kan gaan produceren. Het restproduct van dit gistingsproces is dan een natuurlijk materiaal die gebruikt kan worden voor de bemesting van akkers en dergelijke. Dus zowel het biogas als de andere restproducten kunnen doorverkocht worden. Het is dan de bedoeling dat de winst die men verkrijgt door het doorverkopen van de geproduceerde energie en de reststoffen, gebruikt worden voor investeringen in de infrastructuur van en rondom deze sanitatie centra. Zo kan men het opgebouwde sanitair systeem gaan uitbreiden en kunnen er meer mensen gebruik van maken. En om zou een nagenoeg ongezien duurzaam business model te gaan uitbouwen.

Het concept van Sanergy kreeg zoveel lof dat ze fondsen opgehaald hebben om meer dan 25 van deze centra te gaan opbouwen als proefproject van hun idee. Het eerste prototype werd gemaakt op de universiteit van deze studenten. Daarna zijn ze met hun prototype vertrokken naar Nairobi in Kenya, waar ze een workshop hebben opgestart waar de nodige materialen en gereedschappen voor handen zijn om hun sanitatie centra te gaan maken. Momenteel hebben ze al twee van deze centra geïnstalleerd, namelijk de eerste in een school en de andere in 's werelds grootste sloppenwijk, die rond Nairobi, waar meer dan 1 miljoen mensen wonen. Momenteel, aangezien deze eerste centra als prototype dienen worden deze in uitgebaat door Sanergy zelf. Sanergy zorgt ervoor dat de centra onderhouden worden, dat de bewoners een lidmaatschap kunnen aankopen, het inzamelen van het afval en de productie van het biogas via het gistingsproces. Het biogas wordt dan verkocht en gebruikt om mee te koken.

Dit proefproject dient om zekerheid te krijgen opdat de centra en hun business model wel realiseerbaar is in werkelijkheid. En eenmaal de centra en het business model zijn aangepast en geoptimaliseerd aan de hand van de ervaringen opgedaan tijdens het proefproject. In de toekomst, zal het afval van de centra verzameld worden in een centrale behandeling faciliteit, waar het in grote hoeveelheid omgezet kan worden in biogas, zo zal de productie van het biogas veel hoger liggen dan wanneer men kleinere hoeveelheden apart laat vergisten. Het biogas, in deze grote hoeveelheid, kan dan gebruikt worden om deze te gaan verbranden in een CHP installatie. CHP - staat voor combined heat and power en zo'n installatie produceert dan zowel elektrische als thermische energie. De thermische energie wordt dan typisch gebruikt voor het verwarming van nabijgelegen woningen of gebouwen. Om dit te kunnen realiseren die de groei en het op schaal brengen van de sanitatie centra en het concept van Sanergy zorgvuldig gebeuren zodat alles tijdig wordt opgebouwd en/of ingevoerd.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [web.mit]

Terugtrekkende gletsjers zorgen voor een tekort aan drinkbaar water

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Thu, 16 Dec 2010 06:00:00 +0000

Zoals als algemeen gekend stond de stoommachine aan het begin van de industriële revolutie. Het eerste land die met deze trend werd geconfronteerd was uiteraard Groot-Brittannië en door de intrede van de stoommachine was de mens niet langer meer afhankelijk van menskracht, paardenkracht, watermolens en windmolens. De stoommachine, in eerste plaats in 1711 uitgevonden door Thomas Newcomen en later in 1769 sterk geoptimaliseerd door de welbekende James Watt. In deze tijd ken men ook een grote bevolkingstoename die ervoor zorgde dan tussen 1750 en 1850 het bevolkingsaantal in Europa verdubbelde.

Doordat er toen steeds meer mensen waren en deze o.a. allemaal kleren moesten hebben kende de textielindustrie een grote expansie. En dankzij de stoommachine kon het textiel sneller en goedkoper geproduceerd worden en bleven de loonkosten laag. Zo is de textielindustrie één van de aanjagers van de industriële revolutie geweest. Maar de stoommachines is ook de start geweest van de mens zijn overmatig gebruik van fossiele brandstoffen en later zou dit verbruik ook als een verslaving vernoemd worden. Nu zoveel jaar later is men onder ogen gekomen dat er ook niet zo'n prettige gevolgen zijn bij het gebruik van fossiele brandstoffen. Het heeft wel een hele tijd geduurd, meer dan 100 jaar, vooraleer men deze gevolgen heeft kunnen inzien. Dit ligt niet onmiddellijk aan de mens of aan de ontwikkeling in de wetenschappelijke wereld maar hoofdzakelijk aan het feit dat deze nadelige gevolgen slechts op lange termijn waarneembaar zijn. Er zit namelijk een bepaalde, relatief grote tijdvertraging in het logische oorzaak-gevolg verband, als het gaat over de klimaatverandering door de grote uitstoot van broeikasgassen. Omdat de industriële evolutie zo ongeveer het begin is geweest van de invloed van de menselijke activiteiten op het klimaat, wordt er veel refereert naar deze periode wanneer men uitspraken doet over de verandering van het klimaat of aspecten ervan.

Eén van de zaken waarover men vergelijkingen doet ten opzichte van voor de industriële revolutie is over het afsmelten van de gletsjers. Natuurlijk is bij het afsmelten van de gletsjers niet enkel de klimaatverandering die een rol speelt. Ook andere zaken hebben een invloed op de temperatuur op aarde en dus ook op het afsmelten van de gletsjers. Bijvoorbeeld vond vanaf 1550 tot 1850 op aarde de kleine ijstijd plaats. De kleine ijstijd staat voor een relatief koude periode. Tijdens deze periode lag de temperatuur zo gemiddeld zo'n 1 à 2 graden lager ten opzichte van het gemiddelde temperatuur op aarde. Vanaf 1850 tot 1940, was de gemiddelde temperatuur op aarde terug gelijk aan het normale gemiddelde. Deze temperatuurstijging tussen de kleine ijstijd en de daarop volgende periode van normale temperatuur zorgde dat de gletsjers begonnen te smelten. Maar zo'n 100 jaar na het einde van de kleine ijstijd, nam de temperatuur op aarde terug lichtjes af wat ervoor zorgde dat het afsmelten van de gletsjers werd afgeremd en zelfs voor een relatief korte tijd werd omgekeerd. En vanaf 1980, zo'n goede 150 jaar na de start van de industriële revolutie, begonnen de temperatuur onnatuurlijk toe te nemen waardoor ook het afsmelten van de gletsjers steeds sneller is beginnen plaatsvinden. En doordat de menselijke invloed op het klimaat steeds groter en groter is geworden dan de natuurlijke variatie, is het momenteel ondenkbaar dat er plots een sneller verandering zal optreden in deze trend wanneer de mensen hun gedrag niet gaan veranderen.

Het smelten van de gletsjers lijkt op het eerste zicht niet echt zo'n dreiging dan dat die eigenlijk is. Het is niet dat er zich dan gewoon een beetje minder ijs op het land bevindt. Eerst en vooral, wanneer gletsjers smelten dan moet al de smeltwater ergens naar toe. En uiteraard, al het water zal vroeg of laat zijn weg vinden tot aan de zeeën en de oceanen. Al dit extra water, zal er uiteindelijk dan toeleiden dat de zeespiegel zal gaan stijgen. En wanneer de zeespiegel stijgt dan heeft dit dramatische gevolgen voor al wie in laaggelegen gebieden wonen dicht bij een kustlijn of dergelijke. Maar het zal waarschijnlijk niet zolang duren vooraleer men problemen zal ondervinden door het versneld afsmelten van de gletsjers. Namelijk omdat de mens op vele locaties in de wereld afhankelijk is, of toch in zeer grote mate vertrouwd op het smeltwater voor allerhande toepassingen. Dus wanneer deze gletsjers versneld gaan afsmelten dan gaat na een bepaalde tijd, wanneer al een groot deel van de gletsjer is afgesmolten, de hoeveelheid smeltwater gaan verkleinen. En op dat moment zullen deze mensen leiden aan een tekort aan water voor hun activiteiten. En aangezien 87% van het zoetwater op aarde vast zit in de gletsjers gaat het hier om een belangrijke hoeveelheid drinkbaar water.

Maar naast watervoorziening vervult het smeltwater van de gletsjers ook nog een andere taak waar de mens veel gebruik van maakt. Namelijk een gletsjer verplaatst zich ook traag bergafwaarts en hierbij schuurt deze massa bevroren water over het gesteente. Daarbij wordt een deel van het gesteente verbrijzeld tot kleinere deeltjes. Deze kleinere deeltjes worden dan meegevoerd door het smeltwater naar lager gelegen gebieden. Maar deze kleine deeltjes verbrijzeld gesteente bevatten onder andere ook bepaalde mineralen. En deze mineralen komen goed van pas bij groeiende planten en aangezien veel water gebruikt wordt voor de irrigatie van akkers, komen deze meegevoerde mineralen veelal goed van pas. Maar wanneer gletsjers zijn gesmolten dan verdwijnt ook deze toevoer van mineralen naar akkers en dergelijke. Dit zorgt dat gewassen minder goed zullen groeien indien men ze niet op een andere manier gaat voorzien van de nodige mineralen daarvoor.

Het afsmelten van de gletsjers heeft ook een invloed op de interactie tussen de aarde en de zon, of eerder met de zonnestralen. Namelijk door het afsmelten van de gletsjers verandert het albedo van de aarde. Het albedo van een object, is een begrip uit de warmteleer, en is een maat voor het weerkaatsingsvermogen van dat object. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de hoeveelheid opvallende en gereflecteerde elektromagnetische straling. Het verschil is opmerkelijk groot, namelijk het albedo of dus het weerkaatsingsvermogen van verse sneeuw of ijs is 80% à 95%, van oude smeltende sneeuw is deze verschillende, namelijk 40% à 70%. En die van grondaarde is 5% à 30%, wat een heel stuk kleiner is dan die van een gletsjers.

Het gaat dus niet om zomaar een beetje ijs op een berg die smelt wanneer men het geeft over het smelten van de gletsjers. Er komt heel wat meer bij kijken. En de bevolkingsgroepen zullen één van de eersten zijn die de gevolgen van de klimaatverandering zullen ondervinden en geconfronteerd worden met de problemen ervan. En daarom heeft Noorwegen een tijdje geleden de beslissen genomen om $ 12 miljoen te spenderen aan uitbreidingen voor de metingen van de gletsjers in het Himalaya gebergte en het smelten ervan. Dit budget kent ook nog een tweede doelstelling, namelijk het helpen van de lokale bevolking in dit gebied om zich te gaan aanpassen aan de klimaatverandering en de gevolgen ervan.

Voor de mensen die er leven zullen er de komende decennia een heleboel zaken gaan vervangen als het gaat over het smeltwater van de gletsjer. In het algemeen zal het er het probleem zijn dat ze op het ene moment teveel en op het andere moment te weinig water hebben. En water is overal het kader van alles zoals landbouw, leefbaarheid, industrie, en nog heel veel andere zaken. Wanneer 'plots' - of dus op een relatief korte tijd - iets verandert in de waterkringloop van een regio of gebied en men heeft niet voldoende tijd om zich aan te passen aan de veranderingen, dan komen vele van de mensen in de problemen te zitten. En bij de gletsjers van het Himalaya gebergte gaat het hier over heel veel mensen. Namelijk zorgen deze gletsjers voor de watervoorziening van nagenoeg alle bewoners in Zuidoost Azië. Er leven zo'n 210 miljoen mensen in de directe omgeving van deze gletsjers en dan nog eens 1,3 miljard mensen leven verderop stroomafwaarts. Deze 1,3 miljard mensen zijn ook afhankelijk van de stroom van smeltwater van de gletsjers die zijn baan zoek naar de oceaan. Het is in hun belang dat er zorg gedragen moet worden voor deze gletsjers en dus voor de temperatuur op aarde.

Tot vorig jaar was men ervan overtuigd dat het nog tot 2350 zou duren vooraleer het ijs van deze gletsjers zou gesmolten zijn. Maar vorig jaar kwam er het schokkend nieuws dat dit niet in 2350 maar in 2035 het geval zou zijn. Wat heel erg binnenkort is en dus heeft deze bevolking onvoldoende tijd om zich te gaan aanpassen aan een dergelijke drastische verandering. En daarom zijn verschillende onderzoekers aan het werk gegaan om een idee te krijgen toe hoever het verdwijnen van deze gletsjers effect zou gaan hebben. En om hiervan een idee te krijgen is het noodzakelijk om informatie te hebben over de gletsjers, het smeltwater van deze gletsjers, waar het smeltwater zo overal terecht komt en waarvoor het zo allemaal gebruikt wordt. Met deze informatie kan men een transitie gaan begeleiden om zich aan te passen aan de aankomende veranderingen.

Momenteel is er een tekort aan data om een goed en betrouwbaar beeld te krijgen over het afsmelten van de gletsjers in het Himalaya gebergte. Wetenschappers hebben wel data ter hun beschikking over het smelten van bepaalde specifieke gletsjers maar dit in onvoldoende om een globaal beeld te vormen van de gletsjers in gans het gebergte. Veelal liggen dergelijke gletsjers niet in de onmiddellijke nabijheid van goed bereikbare regio's en gebieden. En dit maakt het installeren van de nodig meetapparatuur er niet echt eenvoudiger op. Bij de data die momenteel beschikbaar is over smeltende gletsjers zijn meestal over gletsjers die zich op een relatief lage hoogte bevinden. Over de toestand van de hoger gelegen gletsjers is heel wat minder bekend. En dus is het noodzakelijk om ook daar informatie over te krijgen. Zodat men een beter beeld krijgt over deze gletsjers.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [scientificamerican]

Zonne-energie bracht licht in het door de aardbeving verduisterde Haïti

noreply@blogger.com (Emile Glorieux) — Tue, 14 Dec 2010 06:00:00 +0000

Dit jaar op dinsdag 12 januari 2010 om 16:53:09 deed zich een zware aardbeving voor in Haïti. De beving met een kracht van 7.0 op de schaal van Richter vond plaats 25 kilometer ten zuidwesten van de Haïtiaanse hoofdstad Port-au-Prince op een diepte van 13 kilometer. De intensiteit van de aardbeving wordt ook getypeerd door behoorlijke schade tot verwoestend. De beving was de krachtigste aardbeving die het eiland heeft getroffen in meer dan twee eeuwen. Ook in de buurlanden van Haïti was de aardbeving ook voelbaar en er werd zelfs gewaarschuwd voor een eventuele tsunami, maar dit alarm werd na 12 uur ingetrokken. De beving werd gevolgd door meerdere naschokken, variërend van 4,5 tot 5,9 op de schaal van Richter. De aardbeving zorgde voor een dodental van 230.000 en het aantal gewonden 310.000. Door de aardbeving zijn ruim 1,5 miljoen Haïtianen, een zesde van de totale bevolking van het land, dakloos geworden. De aardbeving zorgde voor een nationale verwoesting in het land. Naast vele huizen van de inwoners, was/is een groot deel van de belangrijke gebouwen uit Port-au-Prince beschadigd of compleet verwoest door de aardbeving, waaronder het presidentieel paleis, het gebouw van het parlement van Haïti, de kathedraal van Port-au-Prince en vele ziekenhuizen. Verder nog zijn verscheidene scholen en universiteitsgebouwen ingestort.

Aangezien Haïti één van de armste landen ter wereld is, zijn de bouwvoorschriften er niet nauwkeurig bepaald en laat de veiligheid van de bouwwerken er vaak te wensen over. Dat is één van de mogelijke verklaringen voor het feit dat zovele huizen zijn ingestort. Heel wat gebouwen werden op heuvels gebouwd of waren onvoldoende van funderingen voorzien. Na de aardbeving werd de toevoer van internationale hulpgoederen en reddingsteams er de eerste dagen ernstig gehinderd doordat de infrastructuur in Haïti was weggevaagd door de aardbeving. Bijvoorbeeld was de controletoren van de enigste werkende luchthaven op het eiland ingestort waardoor er een Amerikaans team van luchtverkeersleiders ingevlogen moet worden. Ook de zeehavens waren onbruikbaar geworden door de schade van de aardbeving, kranen en kades waren verwoest en konden niet meer gebruikt worden.

Het land moest dus na de aardbeving terug her-opgebouwd worden aangezien alles er verwoest of beschadigd was. Maar het land moet niet zomaar meer terug opgebouwd worden zoals het voordien was. Het is belangrijk om lessen te gaan trekken uit een dergelijke ramp zodat men de tragedie in de toekomst kan gaan voorkomen. De Haïtiaanse zakenman, Alex Georges verteld dat hij één zaak in het bijzonder herinnerd de dag van de ramp. Namelijk spreekt hij over de duisternis en het licht. De duisternis kwam er door de dikke stofwolk die er hing na de aardbeving. De stofwolk kwam van de ingestorte huizen en gebouwen en zorgde dat het land een tijd in de duisternis vertoefde. Het licht die Alex zich herinnert is niet zozeer het terugkerende daglicht na de duisternis door de stofwolk. Hij bedoelt het licht van de straatlampen de nacht die kort volgde op de aardbeving. Aangezien de aardbeving plaats vond 21:53:09 lokale tijd, was het kort daarna nacht. Ondanks dat in het ganse land de elektriciteit was uitgevallen gaven de straatlampen toch die nacht het hoognodige licht aan de bevolking van Haïti. Hoe dit mogelijk is, namelijk om deze straatverlichting gebruik maken van zonne-energie en dus niet aangesloten zijn op het elektriciteitsnet van het land.

Het bedrijf van Alex Georges was degene die de straat verlichting op zonne-energie hadden geïnstalleerd in het land. En die nacht zag hij welke goede keuze dat geweest was om de straatverlichting op zonne-energie te laten werken. De chaos zou nog veel groter geweest zijn indien er 's nachts niets van verlichting was geweest. En een grotere chaos zou in het slechtste geval ook voor nog meer slachtoffers gezorgd hebben. Deze ervaring heeft Alex Georges aan het denken gezet, namelijk over het feit dat zonne-energie uitstekend van pas komt bij rampen voor hulp aan te bieden aan de slachtoffers.

Haïti, de eilandstaat ligt in de Caribische Zee. De Caribische Zee is een zee grenzend aan de Atlantische Oceaan. In vroeger tijden was deze zee vooral berucht door de vele piraten en boekaniers die in deze warme wateren vertoefden. Maar momenteel zijn de piraten er weg maar het gebied is er wel gekend voor dat er veel orkanen doortrekken. Aan het eind van de zomer vormen zich vaak 'doldrums' - een zone met stijgende luchtbeweging in de buurt van de evenaar, deze zone is zeer onstabiel, de ene keer erg nat en dan weer droog en vaak krachtige onweren. De stijgende luchtbeweging wordt veroorzaakt doordat het oppervlaktewater er relatief warm is. En de passaatwinden ontmoeten elkaar bij een doldrum, doordat het een gordel is van lage druk, vanwaar de aangezogen lucht opstijgt. Het warme zeewater en de opstijgende lucht is een goede voedingsbodem voor krachtige tropische cyclonen. Het orkaanseizoen in het gebied is in de maanden augustus, september en oktober. De orkanen zorgen er vaak ook voor ernstige natuurrampen in het gebied. En naast de orkanen is er ook nog eens de dreiging van hevige aardbevingen doordat de Caribische plaat er aan het opschuiven is naar het oosten en zo langs de Noord Amerikaanse plaat schuift. Er kan dus gezegd worden dat men in die regio vaak te kampen heeft men catastrofale natuurrampen.

En dus zou het geen slechts idee zijn om zonne-energie te gaan overwegen voor ook nog andere toepassingen dan straatverlichting. Zeker wanneer het gewenst is dat die toepassingen blijven werken tijdens of na een aardbeving, orkaan of andere natuurrampen. De straatverlichting van Alex Georges heeft duidelijk het nut van het vertrouwen op zonne-energie bewezen na de aardbeving in Haïti. Alex Georges is co-oprichter van het drie jaar oude bedrijf ENERSA (Energies Renouvelables S.A.), die in hun driejarige bestaan al meer dan 500 straatlantaarns heeft verkocht en geïnstalleerd in meer dan 58 steden. De technologie in hun product is van de allernieuwste op de markt, namelijk maken ze gebruik van LED lampen. En geïntegreerde zonnepanelen zorgen voor de energievoorziening, namelijk overdag produceren zij energie met de invallende zonnestralen en deze elektrische energie wordt opgeslagen in de batterij van de straatlantaarn. En 's nachts wordt de elektrische energie gebruikt door de LED lampen om de straat en omgeving te verlichten.

Voor de aardbeving, was Haïti een land waarin energiearmoede een groot probleem vormde. Het land had de laagste cijfers in verband met de toegang tot elektriciteit, namelijk amper 12,5% van de 9 miljoen inwoners was er aangesloten op het elektrische netwerk van het land en kon dus genieten van de energieservices. Voor degene die niet aangesloten waren op het elektrisch netwerk maar toch een beperkt inkomen hadden slaagden erin om een dieselgenerator te kunnen kopen en deze te laten draaien om zo elektriciteit te produceren. En na de aardbeving werd het er niet echt beter op, namelijk het elektriciteitsnet lag volledig plat en de prijs van diesel heel uiteraard heel snel de lucht in zodat die nagenoeg onbetaalbaar was voor de bevolking. Na de ramp waren de inwoners dus nagenoeg volledig afgesloten van alle denkbare manieren van energievoorziening. Dit heeft een enorme bijdrage gehad tot de chaos in het land die een hele tijd heeft aangehouden na de aardbeving.

Aangezien het met vele hernieuwbare energiebronnen wel mogelijk is om de mensen na een aardbeving of een andere ramp van gelijkaardige omvang blijven te voorzien van energie, is het misschien geen slecht idee om de integratie van deze hernieuwbare energiebronnen te gaan promoten. In de ontwikkelde landen krijgt zonne-energie vaak het verwijt veel te duur te zijn en waarschijnlijk is dit er in vele gevallen en situatie ook het geval. Maar dit wil daarmee niet zeggen dat dit ook in alle andere lande het geval is. In totaal is er een bedrag van $ 11,5 miljard vrijgemaakt door de landen van de Verenigde Naties voor de heropbouw van Haïti na de aardbeving. Indien men een land zoals Haïti wil uitrusten met meer van dergelijke installaties op zonne-energie of andere kleinschalige installatie voor de opwekking van hernieuwbare energie zou de totale kostprijs hiervan $ 400 miljoen. Op zich is dit een groot bedrag maar het is slechts een fractie van het budget vrijgemaakt voor de heropbouw van het land. En aangezien er zich nog meer van dergelijke natuurrampen voor te doen in de toekomst is het waarschijnlijk wel het waard om de hernieuwbare energiebronnen eens te overwegen.

Vijay Modi, een expert in energie van Columbia University's Earth Institute, verteld dat hernieuwbare energie een onmiddellijke rol kan gaan spelen in de vraag naar elektriciteit in Haïti. Maar daarnaast dient er in het land ook werk gemaakt te worden van de dringende nood aan energie om te koken. Energie voor te koken bevindt zich naast de energie voor verlichting en andere toepassingen die gebruik maken van elektrische energie. Namelijk omdat koken nagenoeg nergens in Haïti gebeurt met elektrische energie. Op korte termijn kan het land sterk geholpen worden door de distributie van kerosine of propaan om te koken. Maar op lange termijn is dit geen oplossing en zal er moeten gekeken worden naar duurzame land beheer om de bevolking te voorzien van hout en houtskool om mee te koken. Biomassa zoals hout en houtskool kunnen, indien zorgvuldig beheert, als hernieuwbare energiebron voor de bevolking. En naast deze twee, die al van voor de aardbeving in gebruik waren bij de bevolking, is het belangrijk dat het land ook werk zal maken van een andere energiebron waarmee gekookt kan worden. Namelijk gaat het hier 'biochar', dit is houtskool gecreëerd door pyrolyse van biomassa, met dat verschil ten opzichte van houtskool dat de biomassa hier afkomstig is van afval uit de landbouwsector en niet van uit de natuur. Zo wordt kan er geprofiteerd worden van dubbel landgebruik, namelijk wordt het land zowel voor voedselproductie als voor energieproductie gebruikt. De energie-expert duidt er ook op dat het gebruik van kerosine voor verlichting erg problematische gevolgen zal hebben op de mensen en op het klimaat. De dampen door de verbranding van de kerosine is namelijk vrij giftig wanneer deze ingeademd wordt en ook zorgt de kerosine voor brandgevaar.

De zonne-energie in Haïti zorgde na de aardbeving er niet enkel voor dat de straten verlicht waren, maar ook na de ramp bewees het ook een grote dienst in de tentenkampen waar de bewoners die dakloos geworden waren overnachten. Namelijk doordat men ook daar verlichting op zonne-energie gebruikte, was het 's nachts een stuk veiliger in deze tentenkampen. Door de verdienstelijke ervaring met zonne-energie na de aardbeving in het land, heeft men er een sterk vertrouwen in gekregen. Zo heeft de hulporganisatie 'Partners In Health' heeft een ziekenhuis opgebouwd in het land uitgerust met een zonne-energie installatie die het ziekenhuis van energie moet voorzien. Uiteraard heeft het ziekenhuis nog steeds een dieselgenerator uit voorzorg indien er ergens iets fout zou gaan. De dieselgenerator wordt enkel maar gebruikt als back-up installatie.

Deze ervaringen zijn tot op zekere hoogte ook een les voor ander gebieden in de wereld die ook vaak te kampen hebben met natuurrampen. Ook zij kunnen hoogstwaarschijnlijk hernieuwbare energiebronnen inzetten die ook na het voordoen van een ramp de bevolking de verschillende energieservices kan aanbieden.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [news.nationalgeographic]