Teun Schröder
22 september 2022, 10:47

Koelen zonder elektriciteit: MIT ontwikkelt koelbox 2.0

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) ontwikkelden een koelsysteem dat tot 10 graden kouder koelt dan de omgevingstemperatuur. Het bijzondere: de technologie werkt zonder gebruik van elektriciteit.

Koelbox Een paneel bestaande uit verschillende lagen zorgt ervoor dat de spullen eronder koel blijven. | Credits: Cell Reports Physical Science

De technologie bestaat in feite uit drie lagen die één paneel vormen. Dat klinkt eenvoudig, maar elke laag bevat unieke eigenschappen die er samen voor zorgen dat de producten onder het paneel koel blijven. Het MIT, dat haar bevindingen beschreef in het wetenschappelijk tijdschrift Cell Reports Physical Science, ziet toepassingen voor het bewaren van voeding en medicijnen in afgelegen gebieden ver weg van energievoorziening.

Zonlicht reflecteren

De onderste laag van het paneel heeft een spiegeloppervlak waardoor zonlicht wordt weerkaatst. Deze zorgt ervoor dat de infraroodstraling van zonlicht het afgedekte product niet opwarmt. De middelste laag bevat een soort waterachtige gel. Het water in die laag warmt op, verdampt en stijgt naar de bovenste laag.

Lees ook: Wetenschappers maken slimme afvalbak die verschillende type plastics sorteert

Deze toplaag is een aerogel die voornamelijk bestaat uit luchtbellen in polyethyleen (kunststof) holtes. Zowel de waterdamp als de weerkaatste infraroodstralen kunnen door de aerogel naar buiten, waardoor verdampings- en stralingskoeling ontstaat. De aerogel reflecteert tegelijkertijd ook zonlicht en werkt isolerend. Hierdoor dring omgevingswarmte niet door de panelen heen.

Elke laag heeft zijn eigen functie waardoor warmte wordt buitengehouden. | Credit: Cell Reports Physical Science

Tropen en droge gebieden

Volgens het MIT kan op deze manier voedsel zo’n 40 procent langer veilig bewaard blijven in ‘zeer vochtige omstandigheden’, bijvoorbeeld in tropische gebieden. Onder droge omstandigheden wordt de bewaartijd van voeding zelfs verdrievoudigd dan wanneer het blootgesteld wordt aan de buitenlucht.

Airconditioning

De wetenschappers zien ook toepassingen voor airconditioners. Met de panelen kan het water dat gebruikt wordt in deze systemen afgekoeld worden. Hierdoor hebben de apparaten minder stroom nodig terwijl ze net zo effectief blijven.

Lees ook: De milieuvriendelijkste airco van Nederland gaat deze zomer in productie

Het grote nadeel is vooralsnog dat het maken van de aerogellaag een vrij kostbaar proces is. Vervolgonderzoek zal zich dus vooral richten op het verlagen van deze kosten.

Water bijvullen

Verder zijn de materialen ‘vrij verkrijgbaar en relatief goedkoop’, zeggen de onderzoekers. Het enige ‘onderhoud’ dat het paneel vereist, is dat het water in de hydrogel van tijd tot tijd wordt aangevuld. In droge gebieden moet dit eens in de vier dagen gebeuren, terwijl in de tropen eens in de maand volstaat.

Schrijf je in voor onze nieuwsbrief: iedere dag rond 07.00 uur het laatste nieuws

Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan! Schrijf je hier in voor onze dagelijkse nieuwsbrief.

Sneller, veiliger en meer energie: batterijbouwer GDI kraakt de silicium-noot en start in Eindhoven

“De door GDI gepatenteerde 100% silicium-anodetechnologie verhoogt de energiedichtheid en vermindert de oplaadtijd en kan daarmee een belangrijke aanjager worden van de verdere ontwikkeling van elektrische voertuigen en e-mobiliteit”, zegt CEO Robert Anstey. Het grote verschil zit ‘m in het gebruik van silicium in plaats van grafiet. “Naast de volledige vervanging van grafiet in Lithium-ion batterijen, slagen we er ook in een goede prijs-prestatieverhouding te bereiken. Dat is wat het verschil zal gaan maken voor fabrikanten van elektrische auto’s en andere eindgebruikers.” Kwartiertje opladen Silicium wordt beschouwd als een veelbelovend actief materiaal in anodes omdat het in staat is grote volumes lithium-ionen op te slaan, wat resulteert in een batterij met een aanzienlijk hogere energiedichtheid dan batterijen die gemaakt zijn met conventionele anodes op basis van grafiet. Waar veel batterijproducenten een kleine hoeveelheid silicium (minder dan 10 procent) gebruiken in hun anodes van grafiet om hun energiedichtheid te verbeteren, levert de aanpak van GDI – met 100 procent silicium – veel betere prestaties en een verhoogde veiligheid op door het voorkomen van lithiumdendrietvorming. Lees ook: Arnhems bedrijf komt met spotgoedkope batterij voor grootschalige en langdurige opslag Wat betekent dat concreet voor een eindgebruiker? “Stel dat je een Kia e-Soul rijdt met 64 kilowattuur en een bereik van pakweg 425 kilometer, dan zou je met ons silicium zeker 85 kilowattuur en 550 kilometer bereik hebben. Het opladen tot 350 kilometer bereik duurt een kwartiertje – nauwelijks genoeg om een kop koffie te halen en je benen te strekken. En dan hebben we het nog niet over de winter, wanneer die auto vanwege de kou zo 100 kilometer minder bereik heeft; bij ons is dat niet aan de orde, silicium presteert ook prima bij lage temperaturen.” Lithium De aanwezigheid van silicium op vrijwel elke plaats ter wereld is een ander groot voordeel ten opzichte van grafiet. Anstey: “Onze silicium anode technologie bevrijdt ons van de afhankelijkheid van één enkel land, zoals China, waar meer dan 90 procent van de productie van grafiet voor batterijen is geconcentreerd. Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst.” Helaas bieden Anstey en zijn collega’s geen alternatief voor lithium voor elektrische voertuigen. “Met enige regelmaat horen we allemaal de verhalen over producenten die beweren een hoogenergetische batterij te kunnen bouwen zonder lithium, maar een snelle blik op het periodiek systeem van elementen leert dat lithium het kleinste en lichtste ion is. Kalium (K) of natrium (Na) zouden alternatieven kunnen zijn, maar die zijn drie tot zes keer zwaarder of groter dan Li-ionen. Met een volumetrische energiedichtheid van een fractie van Li-ion, vooral ten opzichte van silicium, zullen Na- en K-ionenbatterijen slechts voor zeer korte afstanden geschikt zijn of worden gebruikt voor stationaire opslag. Dus voor de volledige vervanging van benzine-auto’s door elektrische auto’s zijn we echt aangewezen op lithium.” Lees ook: Geld verdienen met je thuisbatterij; Nederlandse start-up maakt het mogelijk Eindhoven GDI heeft in Eindhoven een Europese proefproductiefaciliteit opgezet. Vlak bij de luchthaven werkt het al enkele jaren samen met verschillende Europese fabrikanten, en die samenwerking wordt nu geïntensiveerd. Tegen het einde van dit jaar moet de productiecapaciteit van de GDI-anode meer dan 300 kilowattuur bedragen. Ter vergelijking: een smartphone heeft ongeveer 12 wattuur. Daarmee wordt GDI een van de wereldleiders in de productiecapaciteit van 100 procent siliciumanoden. Met de 13 miljoen euro aan financiering, gecombineerd met geplande strategische partnerschappen, verwacht GDI de productie op te schalen naar meer dan 100 megawattuur tegen het midden van 2024. “Design for manufacturing is de kern van de kracht van onze technologie.” Maar als silicium letterlijk overal op aarde te vinden is, waarom kiest GDI er dan voor om de eerste productie in West-Europa te starten? “Dat heeft alles te maken met de geschiedenis van de regio”, zegt Anstey. “Dit gebied was altijd sterk in innovatie en glasproductie en later in plasmatechnologie. Wij willen voortbouwen op die erfenis.” Daarnaast, zegt de GDI-oprichter, is ook de aanwezigheid van gekwalificeerd personeel een voordeel dat deze regio biedt. Momenteel telt de batterijontwikkelaar nog een handvol medewerkers, maar toekomstige plannen zullen daar zeker verandering in brengen, zo verwacht het bedrijf. Lees ook: hoe een poeder de levensduur van Lithium-metaalbatterijen kan verlengen EIT InnoEnergy Voor mede-investeerder EIT InnoEnergy past GDI mooi binnen de ontwikkelingen rond de European Battery Alliance. Daarbinnen werkt een groep van zo’n 750 bedrijven samen om de Europese ambities op batterijgebied een boost te geven. “Het vermogen van GDI om hun oplossing naadloos te integreren in de bestaande architectuur en productielijnen van lithium batterijen biedt aanzienlijke kostenvoordelen en maakt het mogelijk producten sneller op de markt te brengen”, zegt Roel van Diepen, Investment Director bij EIT InnoEnergy. “Maar net zo belangrijk is het dat de toepassing van een silicium anode de afhankelijkheid van traditionele materialen zoals grafiet vermindert, waardoor de Europese batterij-waardeketen veerkrachtiger wordt en het Europese productievolume verhoogd wordt.” Josh Grehan, Principle bij Helios Climate Ventures, verwacht dat deze financiering GDI zal helpen een positie in de voorhoede van de markt te verwerven. “Geavanceerde silicium anodes kunnen de toepassing van batterijen in elektrische voertuigen versnellen. Daarnaast verbeteren deze silicium anodes de prestaties van elektronische producten wereldwijd met snellere laadtijden, hogere energiedichtheid en verbeterde veiligheid.” Het bericht Sneller opladen, hogere veiligheid en 30 procent meer energie: GDI kraakt de silicium-noot en is dankzij investering klaar voor de opschaling van de batterij-anode productie verscheen eerst op Innovation Origins.Schrijf je in voor onze nieuwsbrief: iedere dag rond 07.00 uur het laatste nieuws Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan! Schrijf je hier in voor onze dagelijkse nieuwsbrief.