Wetenschappers hebben een bekend schoolspeeltje gebruikt om daarmee onder meer LCD-schermen van energie te voorzien.

Misschien herinner je hem nog van natuurkundelessen op school: het drinkende vogeltje. Het speeltje laat zien hoe waterverdamping tot beweging leidt. En die beweging kun je vervolgens ook weer in bruikbare energie omzetten, zo demonstreren Chinese onderzoekers nu. Ze publiceerden erover in het vaktijdschrift Device.

Lees ook:

• Grote onderwatervlieger wekt duurzame maanenergie op
• Insectenzwerm draagt bij aan elektriciteit in de lucht
• Gekkengoud magnetisch dankzij elektriciteit

Natte snavel

Het drinkend vogeltje bestaat uit twee glazen bollen (de kop en het lichaam), verbonden door een glazen tube (de hals). Binnenin zit een vluchtige stof, vaak dichloormethaan. Heb je hem eenmaal in gang gezet – door zijn snavel in een beker water te duwen – dan blijft hij wiebelen waarbij hij met regelmaat een nieuw ‘slokje’ neemt.

Daarin lijkt het vogeltje wel een beetje op een pepetuum mobile, een apparaat dat uit zichzelf blijft bewegen en schijnbaar uit het niets energie opwekt. In werkelijkheid blijkt het natte snaveltje van de vogel de oplossing van het raadsel te zijn.

Wiebelen en duikelen

Dat werkt als volgt. De viltachtige snavel neemt water op als je het in het glas duwt. Dat water verdampt en daarvoor is warmte-energie nodig, waardoor de temperatuur rond de kop daalt. Het dichloormethaan in de kop zal daardoor condenseren (van gas naar vloeistof gaan). Dit betekent een verlies aan volume, want een gas neemt meer ruimte in dan een vloeistof. Het gevolg is een luchtdrukdaling in de kop van het vogeltje.

Het vloeibare dichloormethaan in de onderste glazen bol wordt door dit drukverschil naar de kop ‘gezogen’. De kop wordt vervolgens zwaarder, het zwaartepunt komt voorbij het kantelpunt van het vogeltje te liggen en hij duikelt, met zijn kop in het water. Daarna wiebelt het vogeltje even (waarbij de vloeistof weer terugzakt), waarna het hele proces opnieuw begint. Dit gaat zo door tot al het water van de snavel is verdampt.

Naar bruikbare energie

Het onderzoekersteam, onder leiding van Zuankai Wang, was al langer bezig te onderzoeken hoe je op een efficiënte wijze gebruik kan maken van waterverdamping voor energieopwekking. Daar zitten behoorlijk wat uitdagingen in en tot nu toe is er nog geen methode gevonden die meer dan 10 volt weet te halen.

Toen kwam Wang op het idee om het populaire schoolspeeltje te gebruiken. Ze namen een commercieel beschikbaar drinkend vogeltje en koppelden er aan weerszijden twee zogenoemde tribo-elektrische nanogeneratoren aan vast. Deze generatoren ontvangen de energie die ontstaat door de wrijving die het wiebelende en duikelende vogeltje veroorzaakt. Vervolgens zetten ze die energie om in elektriciteit.

Het geheel bleek ruim 100 volt aan spanning op te leveren en dat voor dagenlang met slechts 100 milliliter water. Wang en collega’s konden er een rekenmachine, verschillende temperatuursensors en twintig LCD-schermen mee aandrijven, zie hieronder.

Zelf vogeltje ontwerpen

Het was volgens de onderzoekers nog wel een uitdaging om de bewegingsenergie van het vogeltje efficiënt genoeg om te zetten naar bruikbare energie. Door de wrijving gaat er veel verloren aan de omgeving. Maar door speciale vezels te gebruiken tussen de generatoren en het vogeltje werd dit verlies zo veel mogelijk beperkt.

Wang en zijn team zijn verbaasd door het voltage dat ze met het drinkend vogeltje konden bereiken. In de volgende fase willen ze er nog een schep bovenop doen. Ze willen dan zelf een vogeltje gaan ontwerpen dat nóg meer energie weet op te wekken. Het ultieme doel is een handzaam apparaatje te ontwikkelen die mensen dagelijks zouden kunnen gebruiken voor het aandrijven van kleine elektronica.

Bronnen: Device, Cell Press via EurekAlert

Beeld: Tiia Monto, CC-By-SA 4.0

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!