Hernieuwbare energie: welke toekomst?

« Elektriciteit is slechts een nieuwe kracht voor de kunsten en de industrie, en ongetwijfeld zullen de komende generaties met belangstelling naar deze eeuw kijken, waarin het voor het eerst werd toegepast op de wensen van de mensheid. » — Alfred Smee

Net zoals onze generatie terugkeek naar de transformatie van de vorige eeuw door de productie van elektriciteit uit fossiele brandstoffen, zullen toekomstige generaties zich richten op de adoptie van nieuwe hernieuwbare bronnen in deze eeuw.

Ook interessant : Ontdek alle onmisbare trends en tips in de beautysecties van Beauty Girl

De toekomst zou die moeten zijn waarin we energie uit volledig hernieuwbare bronnen halen. Dit zal leiden tot een schonere en minder verspilde menselijke realiteit. Hier verkennen we 5 van de meest veelbelovende hernieuwbare energiebronnen van de toekomst.

1. Ruimtelijke zonneboerderijen
2. Menselijke energie
3. Basis geothermische energie
4. Quantum Dot zonnecellen
5. Kernfusie
Onze volgende stappen

1. Ruimtelijke zonneboerderijen

Het belangrijkste hiervan:

Lees ook : Ontdek het laatste nieuws en de trends die de stad Rennes in beweging brengen

Kan overal op aarde energie leveren
Omzeilt de huidige nadelen van traditionele zonne-energieproductie
Kan commercieel levensvatbaar zijn binnen de komende 30 jaar

Deze technologie werd voor het eerst voorgesteld door een ruimtevaartingenieur genaamd Peter Glaser in 1968. Mensen beschouwen hem ook als de « vader van de zonne-satelliet ».

Sindsdien is het idee om zonne-energieboerderijen in de ruimte te creëren een onderwerp van interesse voor de wetenschappelijke gemeenschap geweest. Echter, ze hebben het nooit volledig gerealiseerd.

Dit model voor energie-exploitatie is gebaseerd op het feit dat zonlicht in de ruimte grotendeels ononderbroken is. De huidige zonne-technologie is afhankelijk van de weersomstandigheden. Het kan alleen energie produceren tijdens de daguren.

Ruimtelijke zonneboerderijen overwinnen deze obstakels door nachtelijke uitval en slecht weer te elimineren. Bovendien is het zonlicht dat buiten de atmosfeer van de aarde wordt aangetroffen 30% intenser dan het zonlicht dat we op het aardoppervlak ontvangen.

Om een functionele zonneboerderij te creëren, zouden bedrijven opblaasbare modules de ruimte in sturen om een structuur te vormen die lijkt op een klok, die spiegels bevat die het zonlicht richten en concentreren op zonnepanelen. Ze zouden deze energie vervolgens naar de aarde kunnen sturen.

Echter, de uitdagingen van ruimte-exploitatie kunnen de ontwikkeling van deze toekomstige technologie vertragen.

De grootste uitdaging is om de geëxtraheerde energie terug naar de aarde te brengen. De energie die door deze zonneboerderijen wordt geproduceerd, kan in de vorm van microgolven of een krachtige laser worden verzonden. Het probleem is dat de kosten van het hele proces momenteel opwegen tegen het voordeel van de verhoogde energieproductie die het biedt.

De energieoverdracht kan ook schadelijk zijn door bewapening of een ongeluk. Ondanks deze zorgen zijn de mogelijkheden voor deze technologie geweldig. Het zal in staat zijn om energie te leveren op afgelegen plaatsen waar dan ook op aarde, wat van grote waarde is.

Met de opkomst van particuliere ruimtevaartbedrijven hebben sommigen voorspeld dat deze technologie commercieel levensvatbaar zou kunnen zijn binnen 30 jaar. China overweegt momenteel de bouw van een ruimtelijke zonneboerderij. Ze beweren al de technologie te testen en streven ernaar een operationele ruimtelijke zonneboerderij te hebben vóór 2050.

Terug naar boven

2. Menselijke energie

Het belangrijkste hiervan:

Levensvatbaar voor drukke stedelijke gebieden
Kan de warmte en kinetische energie die door mensen wordt geproduceerd omzetten in elektrische energie
Benut energie die anders verspild zou worden

Mensen verzamelen calorieën door voedselconsumptie, dat ons lichaam verandert in bruikbare energie. In veel opzichten is ons lichaam vergelijkbaar met een machine, net als elke andere die energie gebruikt om werk te verrichten. We gebruiken deze energie voor vitale functies, zoals het laten kloppen van ons hart of het voeden van onze hersenen.

Echter, een groot deel van de energie die door onze lichamen wordt geproduceerd, wordt ook gebruikt in de vorm van warmte en kinetische energie door beweging. Een groot deel daarvan gaat verloren en blijft onbenut door mensen.

Dit kan een gemiste kans lijken gezien het aantal mensen op aarde en de oppervlakte van het land dat wordt gebruikt om de enorme bevolking te voeden.

In feite is menselijke kracht gedurende het grootste deel van de menselijke geschiedenis de belangrijkste vorm van mechanische energie geweest die we tot onze beschikking hadden. Menselijke of dierlijke energie heeft al onze structuren, huizen, landbouwgrond en gereedschappen gecreëerd en gebruikt.

De energie die door menselijke lichamen wordt omgezet, is gebruikt om de schop in de grond te duwen bij het graven van een dam en wanneer de hamer werd gezwaaid door een beeldhouwer. Het is pas relatief recent dat wij, mensen, zijn begonnen andere vormen van energie te gebruiken, namelijk fossiele brandstoffen.

In rust produceert het lichaam van de gemiddelde persoon ongeveer 100 watt vermogen. De productie is veel hoger tijdens het uitvoeren van intensieve activiteiten.

Bijvoorbeeld, de fietser kan 400 watt vermogen per uur genereren. Echter, de meest presterende fietsers zijn geregistreerd met een productie tot 1800 watt. Dit was tijdens korte uitbarstingen van inspanning.

Als je de gemiddelde hoeveelheid warmte en kinetische energie die door mensen in een enkele stad wordt geproduceerd (energie die niet wordt benut) overweegt, kun je beginnen te begrijpen waarom wetenschappers deze veelbelovende hernieuwbare energiebron opmerken.

Dus, met al deze energie die verloren gaat, moeten we ons de vraag stellen: hoe kunnen we deze energie benutten? Er zijn twee grote problemen met het benutten van menselijke energie.

Het eerste is dat de huidige strategieën voor energie-oogst niet erg efficiënt zijn. Dit zou echter in de toekomst moeten veranderen. Wetenschappers ontwikkelen technologieën die deze energie gebruiken voor efficiëntiewinsten en lagere kosten.

Het tweede probleem dat voorkomt dat menselijke energie een levensvatbare hernieuwbare energiebron is, is die van moderne batterijtechnologie. De batterij systemen die momenteel tot onze beschikking staan, zijn te groot, zwaar en omvangrijk om dit soort technologie levensvatbaar te maken. Echter, recente doorbraken op het gebied van energiestorage-technieken zouden binnenkort in het verschiet kunnen liggen.

Wetenschappers hebben steden in gedachten die voldoende menselijke kracht kunnen benutten om hele gebouwen te beheren door alleen onze dagelijkse acties. In feite is er een straat in Londen omgevormd met materialen die kinetische energie benutten terwijl mensen eroverheen lopen.

In het kader van het Human Power Plant-project overweegt de Universiteit van Utrecht, gevestigd in Nederland, de oprichting van een studentenhuis. Het wordt volledig aangedreven door de studenten die er wonen.

Deze 750 studenten zullen het 22 verdiepingen tellende gebouw activeren met menselijke mechanische energie. Dit omvat verlichting en verwarming, zonder het gebruik van fossiele brandstoffen.

Terug naar boven

3. Basis geothermische energie

Het belangrijkste hiervan:

Is overal op aarde toegankelijk
Levert een onbeperkte energievoorziening zonder vervuiling
Kan energie produceren die gelijkwaardig is aan die van kerncentrales

Hoewel we al technologie bezitten om geothermische energie te benutten op sommige plaatsen waar vulkanische activiteit dicht bij het aardoppervlak is, is het in de meeste delen van de wereld absoluut niet beschikbaar.

Echter, diep onder het aardoppervlak bevindt zich de gesmolten kern, die voldoende energie bevat om te voldoen aan de behoeften van de mensheid in een onbeperkte voorraad. Als we tot de kern konden boren, zouden we in staat zijn om ongelooflijke hoeveelheden schone en niet-vervuilende energie te bereiken die mensen overal op aarde zouden kunnen benutten.

De kern van de aarde is ongelooflijk heet, rond de 6.000 graden Celsius, wat net zo heet is als het oppervlak van de zon. Deze warmte is een combinatie van de resterende warmte van de aarde uit de vorming, warmte van de desintegratie van radioactieve materialen en warmte die wordt gegenereerd door de wrijving wanneer de dichte kern naar het centrum van de aarde zakt.

Dus, met deze ongelooflijke hoeveelheid energie onder onze exploitatie, waarom hebben we er dan niet meer van geprofiteerd? Om toegang te krijgen tot deze energie, zouden we tot een diepte van 10.000 kilometer of meer moeten boren om de diepe geothermische warmte te bereiken. De warmte die op deze diepten wordt aangetroffen, is vergelijkbaar met de energie die door een nucleaire reactor wordt geproduceerd.

Echter, deze ongelooflijke diepte bemoeilijkt het boorproces vanwege extreme temperaturen. Een ander verlammend probleem is om deze energie naar de oppervlakte te brengen met de materialen die we hebben. Koper smelt bij deze temperaturen, net als de meeste andere levensvatbare materialen.

Wetenschappers hebben misschien het antwoord gevonden dankzij een recente ontwikkeling in grafiettechnologie. Dit is de ontdekking van grafeen.

Grafeen is een verbazingwekkend materiaal, dat 200 keer sterker is dan staal, en is een uitstekende thermische en elektrische geleider. Dit materiaal is 100 keer beter geleidend dan koper en begint pas te smelten bij een temperatuur van ongeveer 4.000 graden Celsius.

Het gebruik van grafeenstaven die naar gebieden dicht bij de kern van de aarde dalen, zou ons een onbeperkte energie kunnen bieden die 100% vrij is van vervuiling, wat ongetwijfeld de energie-industrie zou transformeren.

Terug naar boven

4. Quantum Dot zonnecellen

Het belangrijkste hiervan:

zal de huidige zonne-technologie revolutioneren met zonne-ramen
Converteert aanzienlijk meer zonne-energie
De technologie kan op veel materialen worden toegepast

Niet alleen zal de toekomst nieuwe manieren bevatten om hernieuwbare energiebronnen te benutten, maar het zal ook zeer geavanceerde versies van de technologieën die we momenteel gebruiken bevatten. We zijn erin geslaagd om zonne-energie al een tijdje te benutten en deze technologie is niet gestopt met vooruitgang.

Meer recentelijk heeft de wetenschapper de technologie van quantum dot zonnecellen ontwikkeld.

Quantum dots zijn nanokristallen die zijn opgebouwd uit halfgeleider-materialen. Een dunne coating van deze cellen kan op een zonnecel worden aangebracht. De quantum dots absorberen het zonlicht om de nanokristallen te exciteren.

De bandgap van deze quantum dots komt overeen met de frequentie van het zonlicht dat ze ontvangen, waardoor ze meer dan 65% van het zonlicht in energie kunnen omzetten.

Dit is veel meer dan welke zonne-technologie dan ook die we vandaag de dag hebben, waarbij de gemiddelde zonnecel die vandaag wordt gebruikt een rendement van ongeveer 15% bereikt.

Dit, in combinatie met het feit dat quantum dot zonnecellen veel lichter, veelzijdiger en duurzamer zijn dan onze huidige zonnecellen, betekent dat deze technologie het potentieel heeft om veel materiaalsurfaces te transformeren.

Een veelbelovende toepassing voor deze technologie zijn de zonne-ramen. Deze ramen zouden elektriciteit kunnen produceren terwijl ze tegelijkertijd isolatie en schaduw bieden. De ramen zijn ongelooflijk efficiënt omdat de voorkant het blauwe licht absorbeert terwijl de tweede laag de rest van het spectrum absorbeert.

De quantum dots in de tweede laag van een zonne-venster zenden fotonen uit op een langere golflengte, waardoor de zonnecellen die in het raamframe zijn geïntegreerd, de energie in elektriciteit kunnen omzetten. Deze technologie zou relatief goedkoop zijn en de prijs van zonne-technologie aanzienlijk kunnen verlagen.

Terug naar boven

5. Kernfusie

Het belangrijkste hiervan:

Heeft het meeste potentieel om het gezicht van energieproductie te veranderen
Kernfusie-energie is 100% schoon, in vergelijking met de huidige kernsplitsingsenergie
Kleine productie-installaties zouden draagbaar zijn

Mensen beschouwen soms nucleaire technologie als een « vuile » manier om energie te produceren, aangezien de huidige methode van kernsplitsing aanzienlijke hoeveelheden radioactief afval produceert.

Echter, mensen zouden een duidelijk onderscheid moeten maken tussen kernsplitsing en kernfusie. Kernsplitsing splitst een groot atoom in twee kleinere, waarbij energie en neutronen vrijkomen, wat de splitsing van andere atomen veroorzaakt. Dit resulteert in een mogelijke kettingreactie.

Kernfusie daarentegen vindt plaats wanneer twee atomen samenkomen om een zwaarder atoom te creëren dat energie vrijgeeft, maar exponentieel meer dan bij splitsing. Fusie produceert geen langlevend radioactief afval zoals splitsing, waardoor het een schone energiebron is.

Fusie kan ook worden uitgevoerd met overwegend onuitputtelijke en overvloedige materialen. In feite is zonne-energie een soort fusie-energie omdat de zon energie produceert door een fusieproces in zijn kern.

Met de capaciteit van kernfusie om ongeveer vier miljoen keer meer energie te produceren dan bij de verbranding van steenkool, zouden we slechts een fractie van het aantal elektriciteitscentrales op aarde vandaag nodig hebben om te voldoen aan de energiebehoeften van de menselijke bevolking. De hoeveelheid energie die door fusie wordt geproduceerd, is zo groot dat deze praktisch onbeperkt kan worden beschouwd.

Hoewel fusie een ongelooflijk veelbelovende energiebron is, is het niet zonder zijn tekortkomingen. Het proces is ongelooflijk moeilijk te realiseren. Dit komt omdat de reactie alleen kan plaatsvinden onder extreme omstandigheden. Fusie vereist extreme hoeveelheden warmte (100 miljoen kelvin) en enorme hoeveelheden druk.

Deze vereisten betekenen dat het realiseren van kernfusie op aarde vaak meer energie vereist dan het produceert. Echter, naarmate de technologie vordert en wetenschappers verder onderzoek doen, komen we dichter bij de creatie van een levensvatbare fusie-reactor.

De Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor (ITER) in Frankrijk is een samenwerking van 35 landen. Het zoekt naar een manier om deze potentiële energiebron te benutten.

Sommigen voorspellen dat ITER in 2045 kernfusie-energie aan het net zou kunnen leveren. Dit is de eerste weg naar schone en onbeperkte energie.

Particuliere bedrijven hebben ook geprobeerd het volledige potentieel van kernfusie te benutten. Dit omvat Lockheed Martin en Tokamak, een bedrijf in het Verenigd Koninkrijk.

Lockheed Martin beweert dat ze een fusie-reactor zouden kunnen produceren die klein genoeg is om op een vrachtwagen aanhanger te passen en die in staat zou zijn om 100.000 huishoudens van energie te voorzien. Tokamak zou al in 2030 kernfusie-energie kunnen produceren.

Terug naar boven

Onze volgende stappen

Menselijke technologie heeft zich in een exponentieel tempo ontwikkeld, en de energiesector is daar geen uitzondering op. Wetenschappers zijn het er bijna unaniem over eens dat we de overgang zullen maken naar een wereld die uitsluitend op hernieuwbare energie is gebaseerd in de levensduur van iemand die in de afgelopen 20 jaar is geboren.

Deze overgang is een absolute noodzaak gezien de bedreiging die klimaatverandering voor ons als soort vormt. Hoewel mensen de toekomst niet altijd optimistisch tegemoet zien, is het zeker een duidelijker en schoner vooruitzicht als we de toekomst van energieproductie overwegen.