Gaat verdamping ons voldoende energie leveren?

De verdamping van oppervlaktewater is een bron van energie, in potentie voldoende om in een groot deel van de elektriciteit te voorzien, schrijven onderzoekers van universiteiten in New York

Het is een opmerkelijk bericht, waar gerenommeerde nieuwsbrieven over onderzoek (zoals Eurekalert) aandacht op vestigden, en vandaag publiceerde ook NRC Handelsblad erover. Waterdamp lijkt een tot nu toe vergeten duurzame energiebron, die de Verenigde Staten in een groot deel van zijn elektriciteitsbehoefte kan voorzien. Wat een fantastisch nieuws. Onderzoekers van de Columbia en City University van New York publiceerden erover in Nature.

Vanwaar een energiebron?

Van alle zonne-energie die op aarde terecht komt, wordt ongeveer de helft gebruikt om water te verdampen. Daardoor ontstaan onze wolken en uiteindelijk de regen.

Er zijn verschillende manieren om die verdampingsenergie te oogsten. Bijvoorbeeld door materiaal te gebruiken dat uitrekt als het vochtig wordt, en krimpt als het opdroogt. Hang een kastje met een strook van dat materiaal boven het water en sluit het af met beweegbare, doorzichtige kleppen. In gesloten toestand neemt binnen de vochtigheid toe, waardoor de strook uitzet, en via een gekoppeld mechanisme de klepjes opendraaien. De luchtvochtigheid neemt weer af, de strook krimpt en de klepjes gaan weer dicht. Die cyclus herhaalt zich eindeloos zolang de zon zorgt voor de toevoer van verdampingswarmte. Via een generator is die beweging om te zetten in elektriciteit, en voilà, daar is de verdampingsgenerator.
 

Maar is hiermee ook in een groot deel van de VS van elektriciteit te voorzien?

Groot potentieel

In hun gepubliceerde artikel rekenen de auteurs met een verdampingspotentieel van 10 W/m² oppervlaktewater. Vervolgens brengen ze daar twee correcties op aan. De ene is dat elk mechanisme dat wordt gebruikt om de verdampingsenergie te oogsten, direct een negatieve invloed heeft op de mate van verdamping. In het voorbeeld hierboven sluiten de klepjes de waterdamp periodiek af, waardoor er minder verdampt dan zonder de klepjes. De auteurs noemen dat zelf een voordeel om uitdroging van meren tegen te gaan. De andere correctie is dat de energie die wordt gewonnen, logischerwijs niet beschikbaar is voor verdamping, en dat heeft dus invloed op de hoeveelheid verdampend water.

Rekening houdend met die corrrecties komen de auteurs tot hun opmerkelijke resultaat: het energiepotentieel van verdampende meren in de VS is groot genoeg om in tweederde van de elektriciteitsbehoefte van de VS te voorzien.

Hoe te oogsten?

Het artikel vertelt niet hoe je al dat potentieel efficiënt kan winnen. Bij zonnepanelen zitten we nu op een efficiency zo’n 25 % van de zonne-energie, bij windturbines is het zo’n 50 % van de kinetische energie van de wind.

Maar hoe zit het met het oogsten van die verdampingsenergie? In een eerder artikel publiceerden de onderzoekers over het hierboven genoemde apparaat met het uitzettende en krimpende strookje, de kleppen en de generator. Bij een laboratoriumtest met een apparaatje dat 9,6 bij 7,6 cm van het water bedekt, leverde de verdampingsgenerator een vermogen van 1,8 µW (1µ W= 10-6 W). Simpel opgeschaald tot een vierkante meter is dat gelijk aan 250 µW/m². Vergelijk de twee getallen met elkaar: voor het theoretisch potentieel gaan de auteurs uit van 10 W/m² is, hun apparaatje oogst 250 µW/m², een verschil met een factor 40.000.

Efficiency van 0,04 %

Nu was dat apparaatje een testopstelling, die ongetwijfeld veel efficiënter kan. Maar zelfs de eerste op halfgeleiders gebaseerde zonnecel haalde altijd nog een efficiency van 4 %, een factor honderd beter dan de verdampingsgenerator.

Het energiepotentieel van verdamping mag erg hoog zijn, en het is de verdienste van de auteurs dat ze dat hebben uitgerekend. Maar als we die energie niet met enige mate van efficiency kunnen winnen dan hebben we er niet veel aan. Die kanttekening was zeker op zijn plaats geweest in de al te enthousiaste berichtgeving.

Openingsfoto: de Grote Meren van de VS en Canada.