Onderzoekers ontwikkelen stoomgenerator op zonne-energie

Medewerkers van de Rice-universiteit in de Verenigde Staten hebben een methode ontwikkeld om water met behulp van zonne-energie in stoom om te zetten. De methode, waarbij nanodeeltjes voor de warmteontwikkeling en stoomvorming zorgen, heeft een hoog rendement.

De techniek kan gebruikt worden om energie op te wekken met behulp van stoom, maar zou bovendien een rol kunnen spelen bij het zuiveren van water. Door nanodeeltjes met water in contact te brengen en in zonlicht te plaatsen, wordt zonlicht omgezet in warmte. Die warmte wordt direct aan het water afgegeven, waarbij op het contactgebied tussen nanodeeltjes en water stoom ontstaat. De 'zonne-stoomcellen' werken daarmee anders dan normale thermische zonnepanelen; daarmee wordt water langzaam opgewarmd.

Het rendement van de Rice-zonnecellen zou met 24 procent zeer hoog zijn. Dat komt doordat de warmte die door de nanodeeltjes uit het zonlicht wordt opgevangen, zeer lokaal aan het water wordt afgegeven. De temperatuur die daarbij wordt ontwikkeld is zo hoog dat direct stoom ontstaat, zelfs in koud water.

De geproduceerde stoom kan gebruikt worden om elektriciteit op te wekken. Omdat de zonneboilers zo compact zijn, zouden ze echter eerder ingezet kunnen worden als autoclaaf om medische instrumenten te steriliseren, of om water te zuiveren.

Reacties (38)

Ik snap niet waarom de focus bij apparaten op zonne-energie altijd op het rendement ligt.

Het is opzich wel handig dat je minder oppervlakte nodig hebt voor je zonnepanelen/zonneboiler/ stoomgenerator, maar het lijkt me belangrijker wat je voor ervoor moet betalen en hoeveel watt er uit komt.

Rendement en kostprijs zijn toch met elkaar verbonden?

Als ik 1 liter benzine heb en ik wil die energie via een verbranding omzetten naar kinetische energie verlies je pakweg 70% aan warmte en andere mechanische verliezen. Slechts 30% van de originele potentiële energie kan gebruikt worden.

Stel 1liter = 1euro en je kan de verliezen beperken tot 50%, dan heb je toch meer energie voor dezelfde hoeveelheid brandstof? = meer energie per euro = goedkoper.

Rendement is waar alles om draait.

Nee, in dit geval niet. De "brandstof" is immers gratis: zonneergie.

Het is ontzettend leuk dat dit systeem een hoog rendement heeft, maar als het apparaat daarmee tien keer zo duur is als een apparaat met een lager rendement (die dus wat groter moet zijn voor dezelfde effectieve energieopbrengst), so what?

Het interessante voor toepassingen is niet het percentage invallend zonlicht dat gebruikt kan worden voor de opwekking van energie, maar de kosten per opgewekte bruikbare joule energie.

Het is net als met zonnepanelen. Er zijn ontzettend efficiente panelen op de markt. Die kosten alleen een vermogen, en zijn daarmee alleen interessant voor heel specifieke toepassingen zoals in de ruimtevaart waar het omhoogbrengen van een extra kilo panelen een vermogen kost. Op je dak boeit het een stuk minder, en kunnen dat soort efficiente panelen dus niet uit omdat ze simpelweg te duur zijn voor de energie die ze opleveren.

Zelfs als de "brandstof" niet gratis was zoals in jouw voorbeeld, is de prijs van de motor ook nog altijd relevant. Leuk dat je een motor kan bouwen die absurd efficient is, maar als die motor vervolgens een veelvoud extra kost van wat je in de levensduur van de auto zou besparen aan benzine, dan is het nog altijd geen goede investering.

Hoeveel iets kost is in sterke mate afhankelijk van hoever het is door ontwikkeld en op welke schaal het geproduceerd wordt. In het onderzoeksstadium zijn dit soort dingen nog totaal onduidelijk en kan er vaak nog niks zinnigs over gezegt worden. Het rendement is echter wel te berekenen en is een goede indicatie van de potentie van een techniek (en dus hoe interessant het is om geld te steken in die ontwikkeling).

Een goed voorbeeld is de lithium-ion batterij. De eerste experimenten met batterijen met lithium werden in de jaren 70 gedaan en sinds 1991 zijn ze commercieel beschikbaar, maar pas in 2004 kwam de grote technische doorbraak waardoor ze nu standaard zijn in bijna alle draagbare electronica.

Eehhmm.. moeten ze hier eens in Nederland komen kijken.. wij noemen dat "Zonneboilers"

edit: dit was redelijk offtopic en onnodig maar kon het niet laten bij het lezen van de titel..

[Reactie gewijzigd door maniak op 20 november 2012 16:06]

Probeer je eens voor te stellen wat goedkoop schoon water in de wereld kan betekenen, of portable autoclaven die zonder extra energievoorziening kunnen werken.

Ik denk dat de reactie van TheekAzzaBreek de hoofdprijs verdiend.

In landen met verontreinigd (zee-) water kan zo'n apparaat autochtoon en betrouwbaar (geen bewegende delen) gezuiverd (gedemineraliseerd) drinkwater produceren. Gewoon een plastic zakje om de emmer met te zuiveren water binden en de stoom zal condenseren aan de binnenkant en naar beneden lopen zodat het in bijv. een fles opgevangen kan worden.

Na de massale adoptatie van mobiel en off-grid PV in ontwikkelingslanden kan deze vinding de levensstandaard van miljoenen mensen enorm verbeteren.

Dan moet er natuurlijk ook wel (vuil) water aanwezig zijn. Als je alsnog 40km moet lopen om dat te halen zal het verder weinig uithalen denk ik? Kan je het iig naderhand toch nog wel een keer zuiveren. Hoe duur zou dit zijn, is het rendabel voor die ontwikkelingslanden?

In veel ontwikkelingslanden is op zich voldoende water beschikbaar maar is dat water te sterk verontreinigd om te drinken. Denk dan bijvoorbeeld aan zwaar verontreinigde rivieren en meren. Sterfte door diaree en andere ziekten als gevolg daarvan is dan ook een veel voorkomend probleem.

Prijs speelt altijd een belangrijke factor maar doordat je hier in ieder geval geen energie voor nodig hebt zal het eerder betaalbaar zijn dan andere systemen die wel energie gebruiken.

In landen met verontreinigd (zee-) water kan zo'n apparaat autochtoon en betrouwbaar (geen bewegende delen) gezuiverd (gedemineraliseerd) drinkwater produceren.

Geinig gebruik van het woord 'autochtoon'. Moet dat apparaat persé uit het land zelf komen, of mag hij ook geïmporteerd zijn? Of bedoelde je "autonoom"?

Haha, ja dat was een flinke verspreking. Ik bedoelde natuurijk autonoom

gedemineraliseerd water is toch niet-drinkbaar?

Drinken van gedemineraliseerd of gedestilleerd water

Quote: Er wordt vaak beweerd dat het drinken van gedemineraliseerd of gedestilleerd water erg gevaarlijk is, omdat het de lichaamseigen osmotische processen zou aantasten. In zijn algemeenheid is dat niet waar.

Wat denk je dat ze in duikboten en in het ISS drinken dan?

Wel wat het betekent is een bevolkingstoename wanneer je deze vinding in arme landen gebruiken gaat.
Mijn probleem of bezwaar met techniek is dat aspect waar men over zwijgt. Dingen om mensenlevens te redden betekenen meer mensen die overleven door schoon drinkwater bijvoorbeeld. Die krijgen dan weer kinderen...en dat gaat maar door. En die kids dragen bij aan de verbetering van het land. Immers, meer werkenden doet het BNP stijgen. Dat betekent meer handel en rijkere mensen op termijn, die dan weer meer goederen kopen.

En dat gaat weer ten koste van klimaat en grondstoffen voorziening. En zo krijgt elke 'goede' vinding toch een wat nare bijsmaak voor me. De wereld heeft genoeg mensen, eigenlijk al te veel. Maar het is niet moreel om van zo'n techniek iets negatiefs te zeggen. We moeten mensenlevens redden en verder denken is immoreel.

De laatste conclusies die ik heb meegekregen gaan er van uit dat de bevolkingscijfers op een punt stabiliseren eens een land voldoende ontwikkelt is. (inb4 vergrijzing) Ik heb op een TED fragmentje gezien, dat dit wereldwijd zou betekenen dat we naar een wereldbevolking van rond de 10 miljard gaan, en dat het daar dan zou ophouden of stagneren. Wat er bij vooruitgang gebeurt is dat de bevolking een korte periode uit gewoonte nog groeit (lekker veel kinderen maken omdat het moet) maar daarna houd de groei door de verbeterde omstandigheden (beter onderwijs) gewoon op.

Wat veel erger is voor het klimaat en grondstoffen zijn het gebrek aan deze vindingrijke oplossingen. Je kunt toch beter een zonneboiler hebben staan voor 2, dan in je eentje wat kool te staan scheppen?

[Reactie gewijzigd door Mijiru op 21 november 2012 07:27]

Maar de wereld kan 7 miljard mensen al niet aan, vooral vanwege het feit dat wij tweakers zijn en elke 2 jaar de nieuwste snufjes consumeren. Feit is dat wij westerse lui te veel resources gebruiken terwijl in arme landen schoon drinkwater nog niet eens beschikbaar is.

Maar dat is de situatie. En we zijn in onze maatschappij niet zover dat we mensen mogen verbieden meer kinderen te nemen. Dat zou zoals je terecht aangeeft niet zo veel helpen. De meeste ouders nemen al maar een of twee kids. Niettemin kun je van een westers kind een heel dorp voorzien van wat nodig is in een derde wereld land.

Onze westerse waarde is dat je mensen niet verbieden mag kinderen te nemen, erger, als je ziet op het journaal hoe hysterisch mensen worden als je de kinderopvang duurder maakt of zelfs maar 3 peuters op een groep van 9 er bij wil plaatsen, dan snap je wat ik bedoel. M.a.w. meneer en mevrouw werken beide, hebben dus een goed inkomen en elven daarnaar, ze kopen een te duur huis en dus kan de kostprijs van de kinderopvang niet omhoog want dan komen ze in de problemen. Als ze nu een goedkoper huis hadden genomen...

En dan nog, men parkeert de kinderen op kosten van de samenleving de hele dag in de opvang maar wordt hysterisch als door economische stagnatie meer gevraagd wordt van meneert en mevrouwt de tweeverdienerts.

Laat staan dus dat je zoals China een één kind beleid gaat voeren.

Dus er komen nog 3 miljard mensen bij volgens de schattingen. Dat zijn arme mensen, die overal heen migreren. En wij zullen alles doen om ze van schoon drinkwater ter plekke te voorzien, om ze daar en arm te houden,w ant als ze eenmaal hier in een daklozenopvang zitten, dan krijgen ze 3 maaltijden per dag, energie, gas, water en zijn ze al zo'n beetje eerste wereld burgers.

Vindingrijke oplossingen, dat baseer je op een westers paradigma, nameliojk dat techniek en technologie oplossingen zijn. Maar zoals je ziet zijn ze dat niet per definitie. Immers, al die snufjes waarmee wij onze PC's bouwen is het resultaat van technologische 'vooruitgang'. Maar men rekent alleen de kostprijs van het product in geld en grondstoffen, overduidelijk niet in de kosten in klimaat, milieu en immateriële, dus hoe een open mijn er uit ziet op de aarde, of de afgetopte bergen in Virginia in de vsa.

Het is een illusie te denken dat met steeds meet technologie we alle problemen kunnen oplossen. Het is eerder zo dat technologie problemen veroorzaakt, die we dan weer willen oplossen met technologie.

Als technorealist stel ik dat we verkeerd denken. Het is alleen moeilijk op een site zoals dit deze boodschap te verkopen.

3 miljard meer mensen betekent niet dat wij minder technologie en gadgets gaan consumeren. Die 3 miljard zullen ondanks alles toch weer mensen in vrijwel hopeloze situaties zijn.

De landbouw in de wereld trekt het niet. Er zal meer voedsel nodig zijn. Men zal schreeuwen om genetische gemodificeerde junk wat de naam voedsel niet mag dragen. Landbouwgronden zijn al uitgeput en alleen omdat we er mest letterlijk inspuiten groeit er nog wat.

Al dit soort vindingen, zoals simpel te onderhouden waterpompen en zonnecel radio's en allerlei andere snufjes om de levens van arme mensen te verbeteren zou niet nodig zijn als wij minder zouden consumeren.

Ik bene r hoe dan ook voor om onmiddellijk China's voorbeeld te volgen. We beginnen met het annuleren van ALLE subsidies en tegemoetkomingen voor elk kind na het eerste. Als mensen kids willen dan is dat hun eigen verantwoordelijkheid en moeten ze alles zelf betalen. Kinderopvang wordt afgeschaft. Laat een van de ouders thuis blijven. Dat scheelt weer een baan. Een baan die niet gecreeerd hoeft te worden. Dat betekent dat bedrijven niet kunnen groeien omdat er te weinig mensen zijn, dat betekent economische krimp. En dat is goed voor het klimaat.

Eén kind per gezin doet de bevolking stabiliseren en dan dalen en we leggen in de wet vast dat bedrijven geen buitenlandse arbeidskrachten kunnen inhuren. De bevolking daalt, er is minder bedrijvigheid, meer ruimte voor natuur, de wegen raken leger, we schalen alles terug, precies het omgekeerde van het paradigma van eeuwige economische groei op basis van eindige voorraden grondstoffen.

Terug naar 10 miljoen Nederlanders, die soberder leven, minder een aanslag vormen op klimaat, natuur en milieu. Er is werk voor iedereen, nooit te weinig arbeidsplaatsen en nooit te veel arbeiders, waardoor de economie moet groeien.

En nooit te veel kinderen die arbeiders worden. De gespaarde resources zijn beter te delen met arme landen, zonder dat wij hypocriet zijn en technologie brengen naar de arme mensen terwijl we zelf weer een nieuwe videokaart in de pc douwen voor de laatste game.

Een zonneboiler warmt water toch alleen maar op? Maar niet zo hoog dat het tot stoomvorming leidt. Dus niet te vergelijken..

Dat hangt er vanaf hoeveel water je door de zonnecollector laat stromen en of je gebruik maakt van geconcentreerd zonlicht.
Op een mooie zomerdag kan je het water in een zonnecollector aan het koken krijgen als je het water niet rondpompt. Dan heb je niet eens een vergrootglas nodig zoals ze in het filmpje doen

Het spectaculaire is vooral de efficientie van het systeem. Een verhoogd rendement is altijd leuk voor de ontwikkeling.
Bovendien warmt de zonneboiler water alleen maar op voor bvb douchen en dergelijke, maar dit is nog niet bruikbaar om er elektriciteit mee op te wekken

Zonneboilers op zich zijn er natuurlijk legio, er zijn zulke mega-projecten zoals deze. dus mijn eerste gedachte was ook: Oud nieuws.

Dit artikel gaat echter niet zozeer om de stoomgenerator, maar een nieuwe techniek om de zonne-energie op te vangen en direct om te zetten. De techniek is in ieder geval een flinke stap vooruit wat efficiëntie betreft.

Ik zou toch graag gezien hebben waar de efficiëntie nu werkelijk vandaar komt. Het is nu een erg vaag verhaal.
De voordelen die genoemd worden zijn natuurlijk erg interessant maar een uitleg hoe het werkt zou mooi zijn.

Het verhaal dat je stoom kan maken zonder water to koken kan natuurlijk niet. Stoom is water boven de 100°C (bij atmosferische druk).
Dat je stoom produceert in een bakje ijswater betekend alleen dat je lokaal het water aan het koken bent.
Ik wil wel eens horen wat het verschil is als je in dat buisje water en roet doet (ook mooie zwarte nanodeeltjes)

Helemaal mee eens. Elk totaal zwart object neemt een groot deel van de lichtenergie in zich op. Wat ze hier doen is het lokaal zo heet maken dat het lokaal stoom wordt. Maar die stoombolletjes moet je wel uit het water krijgen zonder dat ze opgaan in de rest van het water dat nog "koud" is. Dat lukt volgens mij alleen als je een zeer dun laagje water toepast. En dan krijg je toch snel opschaalproblemen.

Ook vraag ik mij af hoe lang die nanodeeltjes blijven werken als je vuil water schoon wilt maken door het te verdampen. Dat laat heel veel troep achter en daar gaan je nanodeeltjes.

In het originele artikel zeggen ze ook “It does not require acres of mirrors or solar panels. In fact, the footprint can be very small. For example, the light window in our demonstration autoclave was just a few square centimeters.” Met een paar vierkante centimeters zal je toch niet ver komen. De efficientie is wel hoger dan die van zonnecellen, maar geen factoren hoger. En probeer maar eens wat water in stoom om te zetten met een paar vierkante centimeters aan zonnecellen. Dat duurt eeuwen.

Dus ik zie dit nog niet in de praktijk werken. Maar misschien mis ik iets?

Slim, door zeer lokaal extreem te verhitten verwijder je in feite de verliestermen a.g.v. advectie en diffusie binnen de vloeistof, scheelt een behoorlijke slok op een borrel. Ik heb alleen mijn vraag over hoe je voorkomt dat de nanodeeltjes met de explosief stijgende lucht meegaat; maar misschien is dat vrij goed te filteren.

Edit: na het lezen van de bron lijkt het erop dat de deeltjes echt veeeel te klein zijn om fatsoenlijk te filteren, de vraag is hoe dat dan geregeld wordt.

[Reactie gewijzigd door vistu op 20 november 2012 16:10]

Hergebruik stoom..

Natuurlijk, maar ik kan me goed voorstellen dat je die deeltjes niet in je turbine(s) wilt hebben rondvliegen, gezien de grootte van de deeltjes zou het zelfs kunnen dat ze door de wanden diffunderen.

dit zou betekenen dat ziekenhuizen in arme landen hun instrumenten kunnen steriliseren.

Ik ben wel benieuwd hoe lang de nanodeeltjes meegaan. Ik kan me niet voorstellen dat die tot het einde der tijden zonneenergie kunnen omzetten in hitte.

Kunnen ze niet gewoon een sterling motor gebruiken? Dat om vijf redenen, 1) er zitten geen patenten op, 2) het is relatief simpel te maken, 3) er zijn geen extra onderzoekkosten nodig, 4) geen dure materialen nodig om een ontwerp te realiseren en 5) omdat het nog steeds de meeste efficiënte manier is om (warmte) energie om te zetten in mechanische energie.

Die mechanische energie kun je omzetten in elektriciteit, een algemene energiebron die nog diverser is dan stoom.

[Reactie gewijzigd door Dead Pixel op 20 november 2012 16:28]

Maar dan kun je beter gewone PV panelen gebruiken, dan ben je hoogstwaarschijnlijk efficienter. En geen bewegende delen, geen rondpompend water. Hoewel PV panelen vaak wel gekoeld worden geloof ik...

Dit lijkt mij een zeer mooi concept voor in de ruimte.
voldoende zonlicht om via de stoom electriciteit op te wekken. de restwarmte kan aan de ruimte worden afgegeven.
Daarnaast wordt aangegeven dat de module compact is en je kunt er water mee zuiveren dus recyclen van je afvalwater

misschien zelfs een deel van de restwarmte gebruiken om water op te warmen om de boel op te warmen(of whatever ze gebruiken in de ruimte, dat weet ik niet).. is wel erg tof

Er zijn PV panelen met een rendement van +/- 40 procent.
Die leveren rechtstreeks elektriciteit, zonder bewegende delen en zonder rondpompend water/stoom. Deze techniek moet je gebruiken als je warmte wil hebben in plaats van elektriciteit.

Dit kan misschien voor een opkrikkertje zorgen binnen de zonne panelen markt want die heeft het het voorbij jaar zwaar te voorduren gehad.

Cool! Dit begint er op te lijken qua efficientie!

Doorontwikkelen tot een 'commercieel' product, het liefst voor de prijs van een pallet gebotteld drinkwater. dan hoeft --VoegWillekeurigeHulporganisatieIn-- maar een keer zo'n apparaat te doneren, in plaats van elke maand een pallet water. Het zou in een klap een einde betekenen aan heel veel problemen in de wereld die, nu al, ontstaan door een tekort aan (drinkbaar) water.