Voordat we naar de innovatie van de wetenschappers kijken is het belangrijk om te weten hoe een zonnetoren werkt. Het concept bestaat uit een metershoge schoorsteenachtige toren omringd door een groot oppervlak aan zonnecollectoren. De zon warmt lucht in de lege ruimte onder de zonnecollectoren aan de basis van de schoorsteen op, waarna de warme lucht via de schoorsteen omhoog stijgt. In de schoorsteen zitten turbines die worden aangedreven door de opwaartse luchtstroming. Het resultaat: elektriciteit.
Hoge toren, groot zonneveld
De hoogte van de output van zo’n systeem bestaat in de basis uit twee elementen. De eerste is de hoogte van de schoorsteen. Hoe hoger deze is, hoe langer warme lucht langs turbines kan opstijgen. De tweede is de grootte van het oppervlak aan zonnecollectoren en de daaronder liggende holle ruimte waar warme lucht wordt gemaakt.
In eerdere studies droomden wetenschappers over schoorstenen die tot een kilometer de hoogte in rezen, met velden zonnecollectoren die zich kilometers ver uitstrekten. Maar verder dan de papieren werkelijkheid is het nooit gekomen. Want zelfs om een kleine zonnetoren rendabel te maken zijn grote investeringen vooraf nodig.
Dubbele torens
Dan nu naar de wetenschappers uit Qatar en Jordanië, die hun ontwerp onlangs publiceerden in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Reports. Zij stellen eenzelfde concept zonnetoren voor als al langer bestaat, maar met een belangrijke toevoeging. Om de centrale schoorsteen heen plaatsen zij een bredere toren, zodat er een holle ruimte ontstaat tussen de twee torens. Via de binnenste schoorsteentoren wordt nog steeds elektriciteit met opstijgende warme lucht opgewekt. Eenmaal boven wordt deze lucht met waternevel afgekoeld, waarna de koude lucht via de buitenste toren naar beneden daalt. Deze neerwaartse luchtstroom komt opnieuw langs turbines die in de buitenste laag zijn geplaatst waardoor ook elektriciteit wordt opgewekt.
Zonneweides
Met dit ontwerp ontdekten de wetenschappers met behulp van simulaties dat een dubbelwandige zonnetoren 24 uur per dag elektriciteit kan leveren. Daarmee produceert hun toren 2,14 keer meer energie dan traditionele ontwerpen. Volgens hun berekeningen kan een 200 meter hoge dubbelwandige toren omringd door een cirkel zonnecollectoren met een diameter van 250 meter in een woestijn jaarlijks 753 megawattuur energie opwekken. Ter vergelijking: een hectare zonnepanelen in Nederland levert jaarlijks zo’n 500 tot 1.000 megawattuur op. Gezien de oppervlakte van 5 hectare die een cirkel met een diameter van 250 meter grofweg beslaat, lijkt de opbrengst per vierkante meter dus sterk in het voordeel van een zonnepark.
Gebrek aan water
De innovatie kent ook nog andere kanttekeningen. In de eerste plaats hebben de wetenschappers geen berekeningen gedaan van wat hun installatie moet kosten. Daarom is het moeilijk te zeggen wat de exacte kosten per opgewekte eenheid energie zijn. Ook geven de wetenschappers aan dat de opbrengst per seizoen kan verschillen. Droge, afgelegen woestijngebieden geven het beste resultaat. Maar, zeggen de wetenschappers, daar is de uitdaging om het systeem van de benodigde waternevel te voorzien.
In een volgend stadium gaan de wetenschappers onderzoeken in hoeverre het systeem schaalbaar is en of het mogelijk gecombineerd kan worden met andere duurzame energieoplossingen.
Lees ook:
schrijf je in voor de nieuwsbrief
Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan!
Schrijf je nu in
