Het wondermateriaal grafeen kan gebruikt worden om energie op te wekken. Bij kamertemperatuur hangt een velletje van het lichte, maar sterke materiaal niet stil, maar rimpelt het heen en weer. Die thermische beweging is nauwelijks zichtbaar. Onderzoekers willen die minuscule rimpelingen omzetten in energie.
De onderzoekers van de University of Arkansas in de Verenigde Staten waren oorspronkelijk niet op zoek naar een eindeloze energiebron. Ze wilden kijken hoe de beweging en de structuur van een velletje grafeen eruitziet bij kamertemperatuur. Hiervoor keken ze met scanning tunneling-microscopie naar de atomaire structuur van het materiaal. Ze ontdekten dat het materiaal soms ineens omklapt van hol naar bol.
Die beweging ontstaat doordat grafeen niet perfect vlak is. ‘Het materiaal vormt een structuur die lijkt op de vorm van een eierdoos’, zegt hoogleraar Paul Thibado van de University of Arkansas. Het tweedimensionale grafeen vormt dus een driedimensionale structuur. De pieken en dalen van de eierdoosvorm zijn niet helemaal stabiel. Kleine random trillingen van de atomen in het grafeen zorgen ervoor dat de omhoog gebolde delen soms ineens omklappen. De plotse omslag van bol naar hol is te vergelijken met het omklappen van een plat stukje metaal dat je tussen je duim en je wijsvinger samendrukt.
Die omklapbeweging willen de onderzoekers omzetten in energie. Dat kan door het plaatje grafeen eerst een lading te geven. Vervolgens worden aan weerszijden van het grafeen geleidende platen geplaatst. Doordat het plaatje met lading heen en weer klapt, gaat er een stroompje gaat lopen tussen de geleidende platen. Volgens de berekeningen van de onderzoekers kan een plaatje grafeen, van 0,01 bij 0,01 millimeter zo een miljoenste van een watt aan vermogen opleveren. Dat lijkt weinig, maar er passen 20.000 van dit soort plaatjes op een speldenknop. Om een redelijke hoeveelheid stroom op te wekken zijn dus geen grote constructies nodig.
Met een kleine hoeveelheid grafeen kan je bijvoorbeeld een horloge te laten lopen. Ook zou de techniek gebruikt kunnen worden voor elektrische implantaten, zoals pacemakers, zegt Thibado. Doordat het bewegende grafeen een eindeloze bron van energie is, hoeft er geen batterij meer vervangen te worden. Die eindeloze energie is trouwens niet mysterieus. Thibado: ‘Het is vergelijkbaar met zonne-energie. Als de zon de aarde niet zou verwarmen, zouden we deze energie niet kunnen opwekken.’
Ik veronderstel dat het omklappen twee kanten op gaat. Er worden evenveel elektronen de ene kant als de de andere kant opgestuurd. De som van de stroompjes is dan 0. Hoe kan er dan energie worden opgewekt?
@Hans: er word toch stroom opgewekt als het b.v. uitklapt, en als het later weer terugklapt wek je opnieuw stroom op. De som is dan niet gelijk aan nul.. want elke beweging wekt zijn eigen stroompje op. Maar dit zijn zeer interessante toepassingen, nu nog normale batterijen en echt grote (auto)accu’s van grafeen en de electrische revolutie is definitief een feit!!
Een miljoenste watt per welke tijdseenheid? Als dit continue zou zijn zou je volgens deze berekening met een oppervlakte van een pocketboek al meer dan 200w opwekken. Dat lijkt me eel onwaarschijnlijk veel!?
Dat klinkt heel erg naar een perpetuum mobile. En die zijn verboden door de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Om energie op te wekken, heb je een energieverschil nodig. Waar vind ik dat hier?
Als er wel een temperatuurverschil is zijn er ook talloze andere manieren om (elektrische) energie te winnen.
Tja, het klinkt alsof warmte energie wordt omgezet in elektriciteit, waardoor de omgeving dus af zou koelen. En dat lijkt mij ook heel erg in strijd met de tweede wet van de thermodynamica.
Hier wordt, vooral bij de comments, een interessante discussie gevoerd over hoe dit zich verhoudt tot de tweede wet van de thermodynamica (2LoT). De conclusie is dat de 2LoT niet altijd opgaat.
Als hier werkelijk gevonden zou zijn dat de tweede hoofdwet geschonden wordt zou dàt het grote nieuws zijn, niet dat er een microwattje aan elektrische energie opgewekt kan worden.
En dan zou men met een heel overtuigende onderbouwing moeten komen (“extraordinary claims require extraordinary evidence”).
Als blijkt dat de tweede hoofdwet hier niet opgaat, betekent dat het einde van de thermodynamica, en daarmee het einde van de wetenschap die al onze energie-opwekking beheerst.
Precies. Daarom geloof ik er ook niets van (die schending van de tweede hoofdwet, bedoel ik). Wat weer betekent dat er geen bruikbare elektrische energie te winnen is uit grafeen in thermisch evenwicht met zijn omgeving.
Dit schendt niet de tweede hoofdwet van de thermodynamica, zolang het grafeen maar warmer is dan het electrische circuit dat aangedreven wordt. Er is dan een netto energiestroom van warm naar koud. Het voorbeeld waarbij het grafeen energie opwekt voor een gloeilampje is dus wat merkwaardig, dan zou het grafeen warmer moeten zijn dan de ongeveer 2700K van de gloeidraad.
Helaas is door de noodzaak van een temperatuurverschil het toepassingsgebied nogal beperkt. Als je het grafeen diep onder de grond brengt zodat het door de aardwarmte verwarmd wordt, en de electriciteit gebruikt op kamertemperatuur, zou het misschien wel werken. Of het efficienter is dan andere manieren om aardwarmte te gebruiken (zoals stoom) betwijfel ik.
Als je een bron hebt die een bruikbare spanning produceert (tussen geleiders van hetzelfde materiaal, het gaat hier niet over Seebeck- of Peltiereffect) zal het die bron verder een zorg zijn op welke temperatuur die elektrische energie weer in een andere vorm (EM-straling, beweging etc.) wordt omgezet.
Met deze toepassing zou het ook mogelijk kunnen worden om bijv. gehoorapparaten te vervaardigen die geen batterijen meer nodig hebben! De energie wordt dan opgewekt m.b.v. lichaamswarmte die natuurlijk ook in de gehoorgang aanwezig is 🙂