Is de zon onze ultieme energiebron?
Gepubliceerd: 19-11-2019
Laatste update: 14-02-2023
De ene dag barst je van de energie, de volgende dag zit je zonder. Maar waar ligt dat nu aan en wat is energie eigenlijk? In dit venster over energie schieten we van Einsteins Relativiteitstheorie naar een broodje kroket, maar komen we er achter: uiteindelijk draait alles om de zon.
Redacteur: Edda Heinsman
Wat is energie?
De vraag wat is energie zal iedereen anders beantwoorden. Een natuurkundige begint over Einsteins E=mc2, energie is massa keer lichtsnelheid in het kwadraat. Een scheikundige heeft het over de chemische energie: hoeveel joule levert het op als je van een stof de chemische verbindingen kapot maakt, bijvoorbeeld door een blok hout te verbranden.
Een sporter begint ook over verbranding, maar dan over de stofwisseling in je lichaam. Hoeveel energie, hoeveel calorieën levert het eten van een boterham met pindakaas, hoe lang kun je daar op sprinten? En een fashionista denkt bij energie misschien aan een Italiaans kledingmerk, maar dat is een ander verhaal.
Over welke vorm van energie je het ook hebt, de wet van behoud van energie geldt altijd. Maar waarom lukt het ons dan niet om alle energie die er is te gebruiken?
Maar er zijn nog veel meer soorten, wat dacht je van veer-energie, dat is bijvoorbeeld die van de gespannen veer van een rolmaat. Donkere energie, die ervoor zorgt dat ons heelal niet alleen uitdijt maar dat ook nog eens steeds sneller doet. Thermische energie; hoe hard trillen de moleculen. Hoe harder ze trillen, hoe meer energie ze hebben, hoe hoger de temperatuur.
Energie laat zich dus moeilijk vatten in één omschrijving. Misschien doet Van Dale het nog wel het beste: energie is het vermogen om arbeid te verrichten. Iets waar zowel de natuurkundige als de sporter het over eens zullen zijn.
Is de zon de ultieme energiebron?
Natte grauwe herfstdagen, een lange koude kwakkelwinter die maar niet op lijkt te houden: er zijn genoeg mensen die net als zwermen vogels naar het zuiden trekken zodra de dagen korter worden, om daar te overwinteren en hun batterij op te laden. Zonlicht doet iets met de mens, je knapt er van op. Je lichaam maakt vitamine D aan en meer serotonine, een hormoon dat helpt om je vrolijk te voelen. De zon werkt dus letterlijk als energiebron voor de mens.
Een zonnetoren zet zonlicht om in warmte. Dit gebeurde al jaren geleden, om doorlopend warmte te kunnen leveren aan de industrie.
Waar misschien niet iedereen bij stilstaat die in het vliegtuig stapt naar de Spaanse Costa, is dat we eigenlijk bijna alle energie die wij mensen verbruiken op een of andere manier aan de zon te danken hebben. Bij zonne-energie denk je snel aan zonnepanelen die stroom leveren, aan zonneboilers die het water van de douche voorverwarmen, of misschien zelfs wel aan zonnetorens in de woestijn waarbij stroom opgewekt wordt met behulp van heel veel spiegels die het zonlicht focussen in één punt. Maar ook kerosine, aardolie, aardgas en steenkool zijn verre vormen van zonne-energie. Je zou dus met enige fantasie kunnen zeggen dat vliegtuigen al op zonne-energie vliegen.
Vliegen vliegtuigen eigenlijk al op zonne-energie?
Kerosine wordt gemaakt van aardolie. Aardolie is een fossiele brandstof. Al in de zestiende eeuw bedacht Andreas Libavius dat aardolie ontstaat uit plantenresten die in de loop van miljoenen jaren onder hoge druk en temperatuur in de aardkorst zijn omgevormd. Hij had gelijk.
Fossiele brandstof ontstaat als volgt: organisch materiaal zoals plankton overlijdt en dwarrelt naar de zeebodem. Daar wordt het afgebroken door bacteriën. Er ontstaat een dikke laag organisch materiaal die in de loop van de tijd afgedekt wordt door zand. De laag organisch materiaal raakt steeds verder afgedekt, er komt meer druk op te staan, het wordt warmer. Langzaam – denk aan de geologische tijdschaal, miljoenen jaren - wordt het materiaal omgezet en ontstaat er aardolie, of afhankelijk van de condities, aardgas of steenkool.
Diederik Jekel legt uit hoe steenkool in een proces van een paar miljoen jaar ontstaat. De hele aflevering zien? Kijk op NPO Start.
Maar het begint dus met organisch materiaal: dieren en planten. En waar halen die hun energie vandaan? Dieren eten dierlijk of plantaardig voedsel. En die planten halen hun energie uit, je voelt hem aankomen, de zon! Planten gebruiken zonlicht om suiker te maken: pure energie! Kerosine is dus - zij het heel ver weg - toch een vorm van zonne-energie.
Waarvoor heeft je lichaam energie nodig?
Planten staan aan de basis van onze voedselketen, ze gebruiken zonlicht om suiker te maken. Wij mensen eten die planten weer op om energie te krijgen. Zo is ook onze energie dus een vorm van zonne-energie. Maar hoe gebruikt je lichaam die energie? Wat doet je lichaam nu écht met dat broodje kroket? Je lichaam gebruikt energie voor alles wat het doet: lopen, dansen, sporten, maar ook voedsel verteren, je bloed rondpompen en knipperen met je ogen. Zelfs in rust verbruik je dus behoorlijk wat energie.
Stel: je eet op een dag zes broodjes kroket (ongeveer 2100 calorieën). Dan ben je alleen al aan je stofwisseling - dus aan het verwerken van voedsel, het omzetten van voedsel in bruikbare energie - zo een half broodje kwijt. Je dagelijkse bewegingen kosten je, nog zonder te sporten, een heel broodje. Maar het grootste deel van je energie heb je nodig puur om in leven te blijven, zelfs al doe je absoluut niks. Nou ja, niks: ademhalen, bloed rondpompen, signaaltjes doorsturen in je hersenen: zelfs terwijl je niks doet zijn al die cellen in je lichaam in beweging en dat kost energie. Maar liefst 4,5 van de zes broodjes kroket!
Verschillende soorten sporten vragen om verschillende soorten werking van de spieren.
Kunnen we energie opwekken, net als de zon?
Bijna alle energie, van het mentaal opladen aan de Spaanse costa en het broodje van kootje dat je er eet, tot de kerosine in het vliegtuig onderweg er naar toe, is dus stiekem een vorm van zonne-energie. Maar hoe doet die zon dat: energie opwekken, en kunnen wij dat ook?
De zon is een enorme bol die vooral bestaat uit waterstofgas. Het centrum van de zon is zo heet en de druk is er zo groot, dat het waterstof fuseert. Door deze kernfusie worden helium-atomen gevormd en hierbij komt heel veel energie vrij. Deze energie straalt alle kanten uit, een klein deel daarvan vangen we op op aarde.
Aan de kernenergie die we nu kennen kleven nogal wat nadelen. Natuurkundige Alvin Weinberg was al in de jaren 60 bezig met een alternatief dat grote voordelen heeft. De hele aflevering zien? Kijk dan op NPO Start.
Dat principe van de zon, waarbij deeltjes onder zo'n hoge druk en temperatuur komen dat ze fuseren, willen we graag nabootsen. Het goede nieuws: Het lukt ons om atoomkernen te laten fuseren. Het slechte nieuws: omdat fusie onder enorm hoge druk en temperatuur -denk aan de zon- plaatsvindt, kost het op dit moment nog meer energie dan dat het oplevert.
Toch wordt er door wetenschappers hard gewerkt aan het plan om net als de zon energie op te wekken, bijvoorbeeld in het ITER-project (International Thermonuclear Experimental Reactor). Dus wie weet maken we in de toekomst echte aardse zonne-energie!
Kan de zon ook te veel energie afgeven?
Ook op de zon kan het stormen. Een zogenaamde zonnewind kan er zelfs voor zorgen dat op aarde je televisie, radio of internet in de war raakt. Magnetische velden op de zon zorgen dan voor grote energie-uitbarstingen. De straling die hierbij ontstaat wordt de ruimte ingeslingerd, soms ook richting aarde. We noemen dit een zonnewind. Deze is niet zichtbaar, maar wel merkbaar. Een zonnewind kan elektronische apparaten laten storen en zelfs een elektriciteitscentrale platleggen. Of een satelliet beïnvloeden en beschadigen, waardoor je GPS bijvoorbeeld uitvalt.
De impact van een zonnewind op onze samenleving neemt toe omdat we steeds afhankelijker worden van technologie en ook steeds meer gebruik maken van navigatiesatellieten. Het is dus belangrijk zonnewind beter te onderzoeken. Daarom is op 10 februari 2020 de ruimtesonde Solar Orbiter naar de zon vertrokken om meer onderzoek te doen naar ‘ruimteweer’ en zonnewind beter te voorspellen.
Solar Orbiter is vanaf 10 februari 2020 opweg naar de zon om ons ruimteweer beter te begrijpen. De hele aflevering zien? Kijk 'Reis naar de zon' op NPO Start.
In het kort
Energie is moeilijk te vatten in één omschrijving, omdat er veel verschillende soorten energie zijn. De beste definitie is waarschijnlijk: energie is het vermogen om arbeid te verrichten.
De zon is een hele belangrijke energiebron, bijvoorbeeld via zonnepanelen, zonneboilers en zonnetorens. Maar in de vorm van vitamine D en serotonine is het ook een energiebron voor de mens.
Kerosine, aardolie, aardgas en steenkool zijn allemaal een hele verre vorm van zonne-energie. Ze ontstaan namelijk wanneer organisch materiaal - planten en dieren - miljoenen jaren onder druk staan. Die dieren halen hun energie uit planten, die op hun beurt energie krijgen van de zon.
Planten staan aan de basis van onze voedselketen: we eten planten om energie te krijgen. Deze energie gebruiken we wanneer we bewegen, maar het grootste deel heb je nodig puur om in leven te blijven.
Bijna alle energie is dus uiteindelijk een vorm van zonne-energie. Misschien dat we in de toekomst zelf zonne-energie kunnen maken door een zon na te bootsen.
