Marc Seijlhouwer 13 augustus 2020, 12:42

Experimentele zonnecellen kunnen revolutie zijn voor de ruimtevaart

Experimentele zonnecellen, gemaakt van perovskiet en organische materialen, werken in de ruimte. Dat blijkt uit een nieuw Duits onderzoek. Het experiment laat zien dat de ruimtevaart een hoop kan winnen als een raket niet de rigide, zware silicium-zonnecellen mee hoeft te nemen.

Csm 200812 organischesolarzellen pi 2be713868c

De zonnecellen gingen mee op een raket die tot 240 kilometer hoogte kwam en daarna terugkeerde naar aarde. In totaal waren de cellen dus maar 7 minuten in de ruimte – maar dat was lang genoeg om allerlei interessante informatie te krijgen. Allereerst bleken de zonnecellen te werken, ook in de extreme omstandigheden van de ruimte. Maar ze bleken zelfs – in tegenstelling tot silicium-cellen – een beetje stroom op te wekken als ze niet richting de zon stonden. Het licht dat reflecteert van de aarde en de maan, was genoeg om een beetje elektriciteit op te wekken.

Lees ook: Wondermiddel grafeen bescherpt perovskieten zonnecellen

Lichtgewicht zonnecellen

De resultaten van het onderzoek laten volgens de onderzoekers zien hoe nuttig perovskiet en organische zonnecellen kunnen zijn. Nu ze stevig genoeg blijken om een lancering te overleven, biedt dit een heleboel mogelijkheden voor de ruimtevaart. De cellen wekken per gram gewicht namelijk veel meer stroom op dan silicium-zonnecellen. En dat is belangrijk in de ruimtevaart, waar elke kilo extra gewicht liters meer brandstof kost.

Een kilo perovskietcellen of organische cellen heeft een vermogen van 30.000 watt. Dat is genoeg om driehonderd 100-watt-lampen van stroom te voorzien. Het is tien keer meer dan er nu mogelijk is met zonneceltechniek in de ruimte, volgens de Duitse onderzoekers. Bovendien zijn deze zonnecellen makkelijker te produceren dan silicium en kunnen ze op een flexibele ondergrond geplaatst worden. Dat geeft de ontwerpers van ruimteschepen meer vrijheid.

Deep space

Dat de zonnecellen ook reflecterend licht konden gebruiken bij de test, opent nog meer deuren. De onderzoekers denken dat die eigenschap onmisbaar is bij ‘deep space’-missies, waar raketten voorbij ons zonnestelsel gaan en in gebieden komen waar de zon niet schijnt. Als de cellen dan licht van verre sterren op kunnen vangen om het ruimtevaartuig van stroom te voorzien, worden zulke missies realistischer. Er zijn dan wel een heleboel zonnecellen nodig – maar omdat ze zo weinig wegen, hoeft dat geen probleem te zijn.

Het klinkt allemaal mooi, maar dit soort zonnecellen heeft nog genoeg problemen. Ze zijn bijvoorbeeld erg kwetsbaar: regen of straling kan de kristallen stuk maken. Bovendien is de productie voorlopig nog duurder dan van silicium-cellen, waar al een gigantische industrie voor is. Toch zijn deze cellen veelbelovend. En als de ruimtevaart ze gaat gebruiken, is er een grote kans dat innovaties uit die sector toepassing op aarde ook dichterbij brengen.

Lees ook: Vijf duurzame toepassingen van techniek uit de ruimtevaart

Bron: TUM/Joule | Beeld: Wei Chen / TUM

Waterstofauto neemt het op tegen supercars op benzine

Woensdag onthult het studenteam de Forze IX. De negende versie van een waterstofauto die studenten van de TU Delft al sinds 2007 bouwen. Elke nieuwe versie is een stap vooruit; dertien jaar geleden begon het met een go-kart. “Inmiddels zijn we opgegroeid en bouwen we volwaardige raceauto’s”, vertelt teammanager Jesper Frijns aan de telefoon.Dat betekent dat de Forze IX mee kan doen op het hoogste niveau van de Supercar Challenge, een racewedstrijd in de Benelux. In de hoogste klasse, de GT, rijden ook superwagens van bekende merken zoals Porche en BMW. “Dat is uniek: nog nooit reed een waterstofauto op dit niveau mee”, vertelt Frijns trots.Sneller in de bochtenDe andere auto’s in de Supercar Challenge rijden op benzine. Daarmee hebben ze een belangrijk voordeel: benzine heeft veel meer energie in relatief weinig volume. Daarmee kan snel veel vermogen worden geleverd. Waterstof is anders: het gas bevat weinig energie, dus moet je (onder druk) veel waterstof in de auto stoppen.“Het is belangrijk om een waterstofauto zo efficiënt mogelijk te laten werken”, legt Frijns uit. “Dus zorgen we dat we zo aerodynamisch mogelijk zijn, en veel energie terugwinnen bij het remmen.” Frijns denkt dat bij de races de Forze het verliest op lange rechte stukken, maar in de bochten een inhaalslag maakt. “Elektrische auto’s trekken veel sneller op, en daar heb je bij bochten en stukken waar je moet remmen profijt van.” Het zal volgens Frijns een heel spannende race worden.Twee brandstofcellenDe Forze is in ieder geval state-of-the-art, en bevat techniek die je niet in andere waterstofauto’s vindt. Het belangrijkst is dat er twee brandstofcellen inzitten, die de waterstof omzetten in elektriciteit. “Dat is een vernieuwing die ervoor zorgt dat we de auto nog efficiënter kunnen maken. Bovendien verdubbel je het vermogen.”Daardoor kan de auto straks veel harder dan zijn voorganger - de Forze IX haalt in simulaties topsnelheden van boven de 300 kilometer per uur. “En twee brandstofcellen zorgen ook voor meer tactiek. Wij stellen de auto zo af dat hij op elk moment optimaal rijdt. Door soms maar één brandstofcel te gebruiken, soms allebei - maar ook met de all-wheel-drive die in de auto zit.” Het inregelen van de waterstoftechniek is volgens Frijns een van de grootste uitdagingen. “Aerodynamica en ophanging, dat kan je afkijken van andere raceauto’s. Maar waterstof op dit niveau gebruiken is uniek en daar moeten we dus alles zelf ontdekken.”Wanneer de Forze het precies op gaat nemen tegen de GT-wagens is nog een vraagteken. Frijns en zijn team ontwierpen de Forze IX, maar gaan hem niet bouwen - dat doet het volgende team, dat donderdagochtend meteen begint. En afhankelijk van de ontwikkeling zal de IX eerst nog meedoen in een klasse onder de GT. “Maar het einddoel is absoluut racen in de topklasse”, verzekert Frijns.Lessen voor de industrieForze werkt samen met de auto-industrie en hoopt dat de waterstofauto dankzij hun werk verder komt. “De wagen is een soort lab op wielen; wij proberen onderdelen uit onder extreme omstandigheden, en de industrie kan daar van leren.”Frijns hoopt ook dat het project overheden en bedrijven inspireert om meer te kijken naar de mogelijkheden van waterstofauto’s. “Nu zijn duurzame personenauto’s vooral batterij-elektrisch, maar met genoeg infrastructuur kan waterstof ook een belangrijk onderdeel worden van duurzaam rijden.”Formule 1 op waterstof?En de racewereld, zal die straks massaal overstappen op waterstof als de Forze IX zijn spierballen laat zien? “Waterstof heeft absoluut voordelen tegenover batterij-racewagens - die worden snel te warm. Maar het zal wel even duren voor de Formule 1 overstapt op waterstof, dat vraagt nog om veel ontwikkeling. Wel krijgt de 24-uursrace van Le Mans vanaf 2024 een aparte waterstofcompetitie.”Bron & beeld: Forze