Wubbo Ockels vlak voor zijn ruimtevaart in 1985

In een exclusieve collegereeks vertelt duurzaamheidsexpert Wubbo Ockels over het hoe en waarom van duurzame ontwikkeling en technologie in Nederland.  De colleges vinden plaats in februari en maart 2012 en worden ‘s avonds gegeven. Voor het volgen van de colleges is geen specifieke opleidingsachtergrond nodig. Wel is interesse in de cijfers en technologieën achter duurzame ontwikkeling in Nederland een pré.
Peak oil, de kredietcrisis en klimaatverandering: Nederland gaat onzekere tijden tegemoet. Waar halen we onze energie vandaan in 2050? Hoe komen we in 2030 van A naar B? Deze uitdagingen vragen om innovatieve technologische oplossingen. Zeker is dat Nederland er over 30 jaar anders uit ziet, en dat duurzame technologie een belangrijke bijdrage levert.
Prof. Wubbo Ockels geeft zijn visie op de duurzame ontwikkeling van Nederland. Als professor Sustainable Development aan de TUDelft werkt Ockels mee aan de ontwikkeling van de allernieuwste duurzame technologieën; de Nuna zonne-auto, de superbus en zero-emission zeilschip Ecolution. Zijn jongste initiatief, Happy Energy, promoot maatschappelijke betrokkenheid bij het energievraagstuk.
Geïnteresseerden kunnen zich opgeven via het inschrijfformulier op http://www.iis.uva.nl/opleidingen/keuzeonderwijs

Aan de TU Delft gaat Van Wijk wetenschappers, studenten en bedrijven bij elkaar brengen om vanuit dit nieuwe denken efficiënte en duurzame energiediensten, energiesystemen en energietechnologie te ontwikkelen. Dit gaat Van Wijk doen door de Green Campus te ontwikkelen. “Door middel van een aantal innovatieve projecten willen we op het TU Delft terrein een duurzame, levende en ondernemende campus ontwikkelen om ‘te ontdekken, te leren en te inspireren’”. Een van deze projecten is een duurzame parkeergarage die fungeert als elektriciteitscentrale. In eerste instantie biedt de garage alleen oplaadpunten voor elektrische voertuigen. Van Wijk verwacht dat auto’s op termijn ook worden voorzien van brandstofcellen. Als de auto’s geparkeerd staan, kunnen deze brandstofcellen onder meer biogas of waterstof omzetten naar elektriciteit. De parkeergarage wordt zo een behoorlijke elektriciteitscentrale.
Van Wijk: “Als je in de parkeergarage met brandstofcellen elektriciteit opwekt, hebben we met een garage van 500 auto’s een 40 MW elektriciteitscentrale gebouwd.” Bonus voor de auto-eigenaar: die krijgt betaald voor het parkeren. Van Wijk voorspelt dat de auto met brandstofcel het nieuwe, efficiënte en flexibele elektriciteitsproductiepark van de toekomst kan worden. “In een jaar kopen we namelijk meer elektriciteitsproductievermogen via onze auto’s dan er aan opgesteld elektriciteitsproductievermogen in Nederland staat.” Het innoveren van de energie-industrie en de wet- en regelgeving is hierbij overigens nog een flinke uitdaging.

Een ander project is de Energy Wall, een energiemuur langs de Kruithuisweg, de verbindingsweg tussen A13 en station Delft Zuid. De muur wekt energie op, zorgt voor wegverlichting en reduceert zowel uitstoot van fijnstof als geluid van het verkeer. Ook is het de bedoeling dat er een ‘people mover’ over de muur gaat rijden.

Ad van Wijk is duurzaam energieondernemer en innovator. Hij studeerde Natuurkunde aan de Universiteit Utrecht en promoveerde daar op een onderzoek naar windenergie en elektriciteitsproductie. Hij was van 1982 tot 1997 universitair onderzoeker bij de Universiteit Utrecht, waarvan de laatste jaren hoofd van de onderzoeksgroep Energy and Environment. In 1984 richtte Van Wijk het bedrijf Ecofys op (later onderdeel van Econcern). Econcern leverde diensten en producten op het gebied van duurzame energie en energie-efficiëntie, zoals het offshore windpark Prinses Amalia en zonne-energieparken in Spanje. Van Wijk was tot 2009 bestuursvoorzitter van Econcern. Hij heeft diverse onderscheidingen en prijzen ontvangen voor zijn werk, waaronder Ondernemer van het Jaar in 2007 en Topman van het Jaar in 2008.
De deeltijdleerstoel Future Energy Systems wordt gefinancierd door Eneco. Met deze samenwerking willen TU Delft en Eneco de mogelijkheden en het gebruik van duurzame energieoplossingen in Nederland stimuleren.

Prof. Tom Gregorkiewicz (links) met promovendus Dolf Timmerman

Dicht opeen gepakte nanokristallen van silicium kunnen invallende lichtdeeltjes omzetten in tenminste twee keer zo veel elektrische ladingsdragers. Een groep natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam in samenwerking met een collega uit de Karel Universiteit in Praag heeft dat experimenteel aangetoond.
Omzetting van lichtdeeltjes in meer ladingsdragers was langs indirecte weg al wel bekend voor allerlei typen halfgeleiders, maar er is altijd veel discussie over de efficiëntie van het proces geweest. In tegenstelling tot de situatie in andere halfgeleiders, hebben de onderzoekers laten zien dat de multiplicatie van ladingsdragers in silicium nanokristallen zeer efficiënt is (tot 100%), en plaats vindt bij energieën die in het zonnespectrum aanwezig zijn. Daarmee zouden dicht gepakte silicium nanokristallen een manier kunnen vormen om zonnecellen met een veel hoger rendement te maken. Vervolgexperimenten zullen dat moeten aantonen. De onderzoekers  hebben hun bevindingen in een Advance Online Publication van Nature Nanotechnology op 9 oktober jl gepubliceerd.
De experimentatoren in Amsterdam maakten voor hun onderzoek gebruik van twee typen nanokristallen van silicium. Het ene type produceerden ze door een dunne laag silicium en siliciumdioxide op een ondergrond van kwarts op te dampen. Dit materiaal gloeiden ze vervolgens bij hoge temperatuur uit. Er blijven dan silicium nanokristallen met afmetingen van ongeveer 3 tot 4 nanometer over die ingebed in siliciumdioxide zitten. Het andere type maakten ze door kristallijn silicium elektrochemisch te etsen, waardoor er poreuze siliciumkorrels achterbleven die bestaan uit vele nanokristalllen (1 tot 3 nanometer in diameter). Monsters van beide typen beschenen ze vervolgens met licht van steeds één kleur. De energie van de fotonen uit dat licht wordt door de kristallen opgenomen en vervolgens als fotoluminescentie weer uitgezonden. De opbrengst die dat geeft is een maat voor het opwekken van ladingsdragers in de monsters.
Anders dan gangbaar is in halfgeleider nanokristallen bleek in de nu onderzochte nanokristallen de opbrengst met toenemende fotonenergie toe te nemen. Naarmate de concentratie aan nanokristallen hoger is blijkt dit proces ook aanzienlijk beter te verlopen. Het proces van het verveelvoudigen van ladingsdragers begint al binnen het golflengtebereik van het zichtbare zonlicht. Daarom lijkt het aanbrengen van nanokristallen van silicium in een hoge concentratie een veelbelovende manier om de opbrengst van gewone zonnecellen van silicium aanzienlijk te verhogen. Dit idee zal nu in fotovoltaïsche devices beproefd moeten worden om te zien of er dan nog een steeds een verhoogde productie aan ladingsdragers is.

Panda dieet bestaat voor 99% uit bamboe

Eerst was het een bijna bedreigde diersoort, nu lijkt ie voorbestemd voor een vorstelijk bestaan. En dat dankzij zijn uitwerpselen. We hebben het over de Panda, waarvan bacteriën in de uitwerpselen kunnen zorgen voor een revolutie in de productie van biobrandstoffen, zo meldt de Belgische site MO.  We moeten dan wellicht wel opschieten: er leven nog maar 2500 panda’s op de wereld, waarvan 200 in gevangenschap.
Wetenschappers van de Mississippi State University verzamelden en analyseerden een jaar lang verse uitwerpselen van mannelijke en vrouwelijke panda’s in de dierentuin van Memphis. Ze vonden zo verschillende types bacteriën die in staat zijn lignocellulose af te breken, een bijzonder moeilijk te verteren stof in gras, stengels van gewassen en hout.
De ontdekking kan een belangrijke doorbraak betekenen, omdat biobrandstoffen tot nog toe vooral gewonnen worden uit gewassen zoals maïs en suikerriet, en dus concurrentie vormen voor de menselijke voeding. De bacteriën in de Panda-poep kunnen veel hardere gewassen aan, zoals bamboe.
Onderzoekers vermoedden al lang dat in het darmstelsel van panda’s bacteriën te vinden zijn die lignocellulose kunnen afbreken. Het dieet van de dieren in het wild bestaat immers voor 99 procent uit bamboe, en een volwassen panda eet 9 tot 18 kilogram per dag. Maar het is voor het eerst dat wetenschappers op zoek gaan naar de specifieke bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de vertering.
De gevonden bacteriën zijn vergelijkbaar met de varianten die gevonden werden in termieten, maar lijken meer beloftevol voor de productie van biobrandstoffen omdat ze efficiënter zijn in de afbraak van plantenmateriaal.
De wetenschappers vermoeden dat, in optimale omstandigheden, de bacteriën in staat zijn om 95 procent van de biomassa van planten om te zetten in eenvoudige suikers. De bacteriën zijn zo efficiënt dat daarvoor geen hoge temperaturen nodig zijn zoals nu wel het geval is in de productie van biobrandstoffen. Daardoor wordt het proces mogelijk een stuk minder tijdrovend en bovendien schoner en goedkoper.

Kleine zonnepanelen als blaadjes aan een boom gegroepeerd

Traditioneel worden zonnepanelen in een rijtje geplaatst in een hoek van 36% en gericht op het zuiden of het zuidwesten. Dit levert het meeste rendement op. Op deze wijze gegroepeerd, zetten zonnepanelen zo’n 15% `à 16% van de instraling om in elektriciteit. Maar er zijn natuurlijk altijd bollebozen die denken het anders moet kunnen. Zo ook de 13-jarige Amerikaanse scholier Aidan Dwyer uit Northport, New York. Hij heeft een (voorlopig) patent toegezegd gekregen van het United States Patent and Trademark Office voor zijn opstelling van panelen, waarbij hij gebruik maakt van de Fibonacci reeks: elk element van de rij is steeds de som van de twee voorgaande elementen, beginnend met 0 en 1. Dat leidt tot de volgende reeks: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, etc. De rij blijkt interessante eigenschappen en verbanden te bezitten met onder andere de gulden snede. Maar ook veel natuur verschijnselen, zoals de groepering van bladeren aan een boom, blijken aan deze reeks te voldoen.
Met toepassing van de Fibonacci reeks bleek bij metingen dat de kleine zonnepanelen die hij gebruikte 20% meer energie opleverde dan vergelijkbare panelen opgesteld in een traditionele reeks. Het hogere rendement kan verklaard worden doordat de panelen als gehele groep langer op de zon gericht zijn en daardoor ruim 2 uur meer instraling opvangen. In de wintermaanden, met een laaghangende zon is deze opstelling zelfs 50% efficiënter.

Moleculaire structuur van azobenzeen dat zonne-energie kan vasthouden

Onderzoek naar innovaties met zonne-energie niet stil. Er wordt naarstig gezocht naar nieuwe materialen om een hoger rendement met zonnepanelen te halen, en er wordt in allerlei andere hoeken en gaten gezocht naar nieuwe producten. Hoewel de innovaties niet snel op de markt zullen komen, is het fundamentele onderzoek wel een randvoorwaarde voor het verbeteren van de concurrentiepositie van zonne-energie.
Een van de instellingen die veel onderzoek doet op dit terrein is het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology (MIT), dat een prominente plek inneemt als het gaat om de ontdekking van nieuwe mogelijkheden voor zonne-energie.  Zo heeft Professor Jeffrey Grossman van MIT met zijn team een nieuw molecuul ontwikkeld, azobenzeen. Dit molecuul kan de warmte uit de zon voor lange tijd opslaan en pas gebruiken wanneer het nodig is, bijvoorbeeld in de nacht. Het materiaal zet de energie om en slaat de energie op. Het wordt niet afgebroken en het is goedkoop. Een team onder leiding van professor Karen Gleason heeft een manier ontdekt om fotovoltaïsche cellen op papier of stof te produceren. Dat gaat bijna net zo eenvoudig als het afdrukken van een document. Het printen van de cellen is goedkoper en duurzaam. De papiercel kan meer dan 1000 keer opnieuw worden gevouwen zonder prestatieverlies.
Professor Chen Gang werkt aan een revolutionair zonnepaneel dat 8 keer zo goed werkt als het beste zonnepaneel van dit moment. Dit paneel kan zelfs opwarmen van omgevingslicht, ook op een bewolkte dag en het paneel is goedkoop in productie.
Afgestudeerde MIT-studenten hebben een M13-virus ontworpen. Het virus kan koolstof nanobuisjes structureren, zodat deze effectiever zijn in het omzetten van zonne-energie. Dit hulpmiddel zorgt ervoor dat de efficiency van een zonnepaneel flink omhoog gaat.
Steden over de hele wereld zijn gevuld met ramen, waar men efficiënter gebruik van kan maken. Hoogleraar Elektrotechniek Vladimir Bulovic onderzoekt de mogelijkheid om ramen te gebruiken als zonnepaneel. Hij wil daarvoor een laag van transparante organische zonnecellen aanbrengen op de beglazing. Het is wel de bedoeling dat je nog steeds naar buiten kunt kijken.

De techniek lijkt heel simpel en makkelijk opschaalbaar. Belangrijk is dat het gaat om twee elementaire, goedkope materialen – water en grafiet – waarmee een nieuw nanomateriaal wordt gemaakt met opmerkelijke eigenschappen.
Als het wordt gebruikt voor energie-opslag levert grafeengel aanmerkelijk betere prestaties dan de gangbare technologie op koolstofbasis, zowel wat betreft de hoeveelheid lading die kan worden opgeslagen als de snelheid waarmee de lading kan worden geleverd.
Als het materiaal helemaal wordt beheerst, kun je een iPhone binnen enkele seconden opladen. Waarschijnlijk zelfs sneller, zo stellen de onderzoekers. Maar volgens Li biedt deze nieuwe nanotechnologie niet alleen voordelen voor de consumentenelektronica. “Snelle, betrouwbare en goedkope energie-opslagsystemen zijn essentieel voor de toekomstige levensvatbaarheid  van elektriciteit uit duurzame bronnen. Dergelijke systemen zijn ook de sleutel tot grootschalige  acceptatie van elektrische voertuigen.”

De superbus van TU Delft hoogleraar Wubbo Ockels

Máire Geoghegan-Quinn, eurocommissaris voor onderzoek, innovatie en wetenschappen, reed vorige week als eerste hoogwaardigheidsbekleder over de campus van de TU Delft in de Superbus, het openbaarvervoersconcept van professor Wubbo Ockels.
Ockels wil snel, comfortabel en duurzaam openbaar vervoer dichterbij brengen met de elektrische Superbus.  De Superbus combineert het reizen met hoge snelheid met de flexibiliteit van een auto. De gestroomlijnde vorm en het gebruik van lichte materialen zorgen voor een laag energieverbruik. Op een aparte superbaan kan de Superbus snelheden van 250 kilometer per uur bereiken met het verbruik van een normale bus bij 100 kilometer. Passagiers kunnen de bus ‘bestellen’ via internet of sms. Ze reizen dan samen met mensen die dezelfde vertrekplaats en/of bestemming hebben, praktisch van deur tot deur. Met een luxe en comfortabel interieur, zestien vleugeldeuren, lage ligging en aerodynamische vormgeving lijkt de Superbus meer op een verlengde sportlimousine dan op een bus.