Wat is het meest interessante en belangrijke recente wetenschappelijke nieuws?

Die vraag stelde John Brockman, de oprichter van discussieplatform dit jaar aan zijn netwerk van beroemde auteurs, kunstenaars en wetenschappers.

De Amerikaanse kunstenaar gelooft (net als ik) in de snelle ontwikkeling van de batterij - die ons in zijn woorden binnenkort terug naar de toekomst brengt. Lees hieronder zijn hoofdstuk uit het boek Wetenschappelijke parels, waaruit we mogen voorpubliceren.

In je ene hand heb je 5 liter benzine, met een gewicht van ruim 3,5 kilo, in de andere een accu van 1,5 kilo; stel je nu eens voor dat die twee evenveel energie kunnen bevatten. Spoiler alert: dat kunnen ze al.

De opwindendste en belangrijkste wetenschappelijke vooruitgang is de enorme toename in dichtheid van accu’s, waardoor die straks benzine kunnen vervangen en een oplossing bieden voor de problemen van nachtelektriciteit, actieradius van voertuigen en windmolens bij windstilte.

Een ontwikkeling die sneller gaat dan verwacht

De actieradius van elektrische auto’s neemt elk jaar toe en inmiddels kun je best een flinke rit heen en terug maken zonder achterbak vol reserveaccu’s. Maar in 2011 keek menigeen verbaasd op over de winnaar van de Daarin werd een geldprijs van zeven cijfers uitgeloofd voor een vliegtuig dat met een passagier aan boord in minder dan twee uur 320 kilometer kon vliegen, op minder dan één gallon [3,78 liter] brandstof.

Drie vliegtuigen deden mee – twee elektrische en een hybride – en alleen de elektrische vliegtuigen haalden het binnen de tijd. De winnaar bereikte een gemiddelde snelheid van 183 km/u met een oplaadbaar elektrisch vliegtuig zónder verbrandingsmotor. Vijf jaar daarvoor was dit nog een fantasie à la jeugdboekenheld Tom Swift, omdat de accu’s toen veel te zwaar waren voor een vliegtuig – zelfs al was het mogelijk geweest om ze in de romp te persen. Maar het gewicht en de omvang van accu’s zijn steeds verder afgenomen, terwijl hun opslagvermogen groter is geworden.

Een accu die lucht aanzuigt

De grootst mogelijke energiedichtheid van accu’s is nu 250 wattuur per kilogram, heel wat groter dus dan de 150 Wh/kg van een paar jaar geleden, maar nog steeds veel kleiner dan die van petroleum, die 12.000 Wh/kg is. Er is een bedrijf dat binnenkort met een accu van 400 Wh/kg komt, maar binnen een paar jaar kunnen er accu’s worden ontwikkeld die een grotere energiedichtheid hebben dan fossiele brandstoffen.

De opwindendste en meest tegenintuïtieve accu die is bedacht, is de lithium-luchtaccu. Deze zuigt lucht aan voor de zuurstof die nodig is voor zijn chemische reactie en blaast die lucht weer uit als hij klaar is.

Doet dit een belletje rinkelen? Benzinemotoren zuigen lucht aan en voegen daar een benzinenevel aan toe; de uitzettende lucht levert energie, maar stoot vervolgens een luchtvervuiler uit. De lithium-luchtaccu bestaat uit vaste materie en blaast schone lucht uit. Het MIT heeft al een lithium-luchtaccu gedemonstreerd met een energiedichtheid van meer dan 10.000 Wh/kg.

Elektromotoren zijn veel efficiënter dan benzinevoertuigen

Accu’s hoeven niet de energiedichtheid van benzine te hebben om die te kunnen vervangen. De fysische eigenschappen van benzine-energie zijn gebrekkig; slechts 15 procent van de energie in je tank drijft de auto voort over de snelweg; de rest gaat verloren aan warmte, gewicht van de motor en de versnellingsbak, wrijving en stationair draaien. In de praktijk zijn accu’s in de laboratoria al voorbij de nuttige energiedichtheid van fossiele brandstoffen, met een energiedichtheid die een elektrische auto met een bescheiden accu een actieradius van 750 kilometer geeft, en een klein vliegtuig waarschijnlijk meer.

De tweede belangrijke verandering is dat grotere accudichtheid zowel de afmetingen als de kosten van opslag van elektriciteit heeft verlaagd en zo de brug heeft geslagen tussen enerzijds onbestendige wind en alleen overdag te produceren zonne-energie en anderzijds de eisen die de huidige consument 24 uur per dag stelt.

Accu’s kunnen de pieken in gebruik opvangen

Zolang het behoorlijk waait, produceren windmolens meer dan genoeg energie, maar bij windstilte leveren ze geen spatje op; accu’s moeten dan een gestage aanvoer van elektriciteit leveren, tot er weer een briesje opsteekt. Dankzij een nieuwe accu-installatie kan een windpark bij Elkins, West Virginia, constant stroom aan het net blijven leveren en blijven de 98-megawattturbines een wezenlijk onderdeel van het systeem: schone elektriciteit met de betrouwbaarheid van een conventionele fossiele-energiecentrale.

Bovendien draaien fossielebrandstofcentrales op een hoger vermogen dan nodig is, voor het geval er een piek in de vraag optreedt. Een nieuwe megawatt-accu-installatie in de Chileense Atacama-woestijn heeft gezorgd voor stabiliteit op het stroomnet en vermindering van brandstofgebruik.

Opeens is de langverwachte groene-energierevolutie daar, onwaarschijnlijk genoeg dankzij de nederige accu. Een eeuw geleden reden er meer auto’s op elektriciteit dan op benzine. Heel binnenkort zijn we terug in de toekomst.

Meer lezen? Dit is een voorpublicatie uit het boek Wetenschappelijke parels, dat binnenkort bij Maven Publishing verschijnt. Bekijk het boek op de site van de uitgever

Meer uit dit boek?

Een dodo als huisdier of neanderthaler als collega, wil je dat? Goed nieuws voor liefhebbers van uitgestorven beestjes. Spoedig wekken we ze weer tot leven dankzij paleo-DNA, voorspellen sommige wetenschappers. Welkom terug: moa, dodo en mammoet. Maar wat te doen met de uitgestorven bijna-mens? Een voorpublicatie van een verhaal van evolutiebioloog W. Tecumseh Fitch. Lees het verhaal van W. Tecumseh Fitch hier terug Overal op aarde lekt, schuift en slinkt het ijs. Wat betekent dat voor de mensheid? Het is niet de eerste keer dat het klimaat verandert, maar wel de eerste keer dat 7,4 miljard mensen de gevolgen ervan zullen merken. In deze voorpublicatie: paleoantropoloog Milford H. Wolpoff en geograaf Laurence C. Smith over de toekomst van de mensheid op een warmere aarde. Lees het verhaal van Milford Wolpoff hier terug

Meer over accu’s op De Correspondent

Zo probeert deze Nederlandse start-up zijn nieuwe batterij in onze auto’s te krijgen Als je het nieuws mag geloven, wordt er elke maand wel een nieuwe revolutionaire batterijtechnologie uitgevonden. Aan de Nederlandse start-up LeydenJar Technologies vroeg ik: hoe zorg je ervoor dat jouw doorbraak daadwerkelijk in een mobieltje of elektrische auto terechtkomt? Lees mijn verhaal hier terug Batterijen schadelijk voor het milieu? Ze gaan het redden! Batterijen zijn schadelijk voor het milieu, vertelt de overheid ons al jaren. Het is een achterhaalde en verkeerde boodschap. Batterijen maken niet alleen schone auto’s mogelijk, ze vormen ook een herbruikbare grondstoffenbron die steeds planeetvriendelijker wordt. Lees mijn verhaal hier terug Wil je mijn werk volgen of helpen? Schrijf je in voor mijn nieuwsbrief, dan hou ik je per mail op de hoogte van de stukken die ik schrijf en de vragen die ik heb. Abonneer je hier