https://bodybydarwin.com
Slider Image

Een paar ongewone ideeën voor het opruimen van auto's, vrachtwagens, schepen en vliegtuigen

2020

Bijna een eeuw geleden lanceerde de Duitse ingenieur Anton Flettner een schip in de oceaan. "Zonder zeilen of stoom, als een spookschip, bewoog het zich op mysterieuze wijze door het water zonder duidelijke voortstuwing, volgens een artikel uit 1925 dat verscheen in Popular Science Monthly . Het schip kruiste in stilte, zonder iets in de lucht te spuwen. twee vreemd uitziende, gigantische draaiende cilinders stegen op van haar dek toen 'het schip zich een weg door de ruwe wateren van de Oostzee ploegde, met bijna twee keer de vroegere snelheid, zei het artikel.

Flettner gebruikte die cilinders - rotorzeilen genoemd - om zijn schip van stroom te voorzien, gebruikmakend van dezelfde bron die schepen eerst honderden jaren eerder door de zee dreef toen ze begonnen te zeilen: de wind. Destijds kon zijn uitvinding niet concurreren met stoom, steenkool en, uiteindelijk, de moderne dieselmotor. Maar vandaag, terwijl de wereld omgaat met klimaatverandering, moet de scheepvaartindustrie - inderdaad de hele wereldwijde transportsector - manieren vinden om zich te ontdoen van fossiele brandstoffen en de overgang naar schonere energie. Onder deze inspanningen heeft het oude idee van Flettner nieuwe grip gekregen.

"Wie had ooit gedacht dat we eeuwen later eens goed zouden kijken hoe we de kracht van de wind kunnen benutten om schepen van stroom te voorzien?" zegt Bryan Comer, een senior onderzoeker in het mariene programma van de International Council on Clean Transportation. "In het begin waren alle schepen nulemissie, gebruikmakend van menselijke kracht oars wind, nu, in een poging om kosten en milieueffecten te verminderen, beginnen we innovatief gebruik van windenergie, inclusief rotor zeilen. Het lijkt erop dat we de cirkel rond zijn. "

De transportsector is goed voor bijna een kwart van de kooldioxide en andere broeikasgassen die in de atmosfeer worden geloosd. Toch beweegt energie onze auto's, vrachtwagens, bussen, treinen, schepen en vliegtuigen, alles waarvan we afhankelijk zijn om voedsel en consumptiegoederen te leveren, om naar ons werk te gaan, om te winkelen, om de kinderen naar school en voetbal te brengen, en om vlieg de baan moe naar een langverwachte vakantie. Mensen zullen hun voertuigen niet snel verlaten en als mensen niet kunnen veranderen, moeten de voertuigen dat wel doen.

Experts zijn het erover eens dat de transportsector vanaf nu fundamentele veranderingen moet ondergaan, willen we opwarmen tot 1, 5 graden Celsius, het doel dat is vastgelegd in het Klimaatakkoord van Parijs. "We moeten de technologische verschuiving in transport onmiddellijk en in een zeer hoog tempo starten om niet te voldoen aan de ambitieuze klimaatdoelstellingen van Parijs", zegt Johannes Pagenkopf, een wetenschapper en voertuigsystemen specialist bij het Duitse ruimtevaartcentrum.

Transport is tegenwoordig nog steeds sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen, met slechts een klein deel op basis van elektriciteit. We moeten onze huidige transportsystemen grondig verschuiven naar een CO2-neutrale toekomst, zegt Pagenkopf.

Schepen zijn goed voor ongeveer 3 procent van de CO 2 -uitstoot wereldwijd, volgens de International Council on Clean Transportation. Experts in de scheepvaartindustrie denken dat windondersteunde technologieën (waaronder rotorzeilen) schepen zullen helpen om de emissiereductiedoelen van de Internationale Maritieme Organisatie te bereiken. De groep heeft opgeroepen tot een vermindering van de CO2-uitstoot met 50 procent tegen 2050 in vergelijking met de niveaus van 2008.

Schepen gewapend met rotorzeilen zouden niet fossielvrij zijn, maar de technologie zou wel kunnen helpen het brandstofverbruik en de vervuiling tegen te gaan. Naast rotorzeilen konden schepen ook innovaties inzetten, zoals een blazer om luchtbellen onder het schip en over een deel van de romp te pompen, waardoor de weerstand en dus de hoeveelheid vermogen die de hoofdmotoren nodig hebben, wordt verminderd.

Naast verzending is Pagenkopf van mening dat andere vervoerswijzen moeten worden aangedreven door elektriciteit. Daarom vindt hij dat mensen meer op treinen moeten vertrouwen in plaats van op auto's en vliegtuigen, omdat de meeste spoorwegen al elektriciteit gebruiken. Op een dag hoopt hij dat hetzelfde zal gelden voor vliegtuigen en schepen. "Batterij- en brandstofcel elektrische voortstuwing voor vliegtuigen op korte en middellange afstand en schepen zullen vaart krijgen", zegt hij.

Sommige vliegtuigen op korte afstand gebruiken al batterij-afgeleide stroom voor korte afstandsvluchten die slechts een paar passagiers vervoeren. En de industrie heeft op veel zinvolle manieren het idee van elektrische vliegtuigen overgenomen, zegt Phil Ansell, universitair docent lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Veel verschillende industriële groepen doen momenteel intern onderzoek naar concepten voor elektrische vliegtuigen."

Er zijn echter grote obstakels die moeten worden overwonnen voordat batterijen routinematig van stroom zullen voorzien, vooral op langere vluchten. Huidige batterijen zijn te zwaar om vliegtuigen heel ver te dragen; onderzoek moet erop gericht zijn ze lichter te maken. Vanwege deze nadelen kijken wetenschappers naar andere opties, waaronder hybride systemen die batterijen koppelen aan brandstof.

Xianguo Li, hoogleraar mechanische en mechatronica-engineering aan de Universiteit van Waterloo, werkt aan iets soortgelijks door batterijen te koppelen aan brandstofcellen voor gebruik in auto's. Hij gelooft dat zijn systeem tot tien keer langer mee gaat dan de huidige brandstofcellen en goedkoop genoeg kan worden geproduceerd om uiteindelijk conventionele gasmotoren te vervangen. Het systeem bestaat uit een batterij en drie brandstofceleenheden van identieke grootte die onderling verschuiven, afhankelijk van de benodigde hoeveelheid vermogen.

"Tijdens het rijden op lage snelheid levert de batterij de stroom, " zei Li. “Een van de drie brandstofceleenheden zou worden geactiveerd als het batterijniveau laag is of het batterijvermogen niet voldoende is, en de brandstofceloutput zou gedeeltelijk worden gebruikt voor het rijden en gedeeltelijk voor het opladen van de batterij. Als het voertuig versnelt, zouden twee van de drie brandstofcellen worden geactiveerd en bij volledige belasting zouden alle drie de brandstofcellen worden geactiveerd. Maar hij zegt dat de brandstofcellen waarschijnlijk langer zouden meegaan omdat een voertuig slechts ongeveer één- vol vermogen nodig heeft derde van de tijd.

Evenzo heeft Li's Waterloo-collega Amir Khajepour een nieuwe kleptechnologie ontwikkeld die de efficiëntie van conventionele verbrandingsmotoren met meer dan 10 procent verhoogt. Hij heeft ook een batterijsysteem ontwikkeld dat warmte gebruikt en opslaat die een voertuig creëert wanneer het remt, maar laat nog steeds koelunits en airconditioners draaien tijdens stationair draaien.

Verbrandingsmotoren zullen de komende jaren de paardenkracht van zware transporten zijn, zegt hij. Bovendien hebben de huidige voertuigen die vooral worden gebruikt in stadsbussen of wagenparken nog minstens een decennium van levensduur. Elke technologie die het brandstofverbruik en de uitstoot van dergelijke voertuigen kan verminderen, zal een enorme impact hebben op het groener maken van het transportsysteem

Marlene Cimons schrijft voor Nexus Media, een syndicaatswetenschapper over klimaat, energie, beleid, kunst en cultuur.

Vorige week in technologie: Gadgets in de gloed na de zonsverduistering

Vorige week in technologie: Gadgets in de gloed na de zonsverduistering

De satellieten van NOAA bevinden zich op het hakblok.  Dit is waarom we ze nodig hebben.

De satellieten van NOAA bevinden zich op het hakblok. Dit is waarom we ze nodig hebben.

22 verbluffende beelden die wetenschap in kunst veranderen

22 verbluffende beelden die wetenschap in kunst veranderen