Koelen met kilometers

Het idee om het temperatuurverschil tussen aarde en de hogere luchtlagen te gebruiken om elektriciteit op te wekken heeft een lange voorgeschiedenis.

Het Megapowerproject, de kilometershoge energiecentrale die verleden week werd gepresenteerd, is minder origineel dan het lijkt. Vele uitvinders in verschillende landen bedachten eerder torenconstructies, waarbinnen continu stromende gassen of vloeistoffen turbines zouden moeten drijven. Zo presenteerde dr. Dan Zaslavsky, een waterbouwkundig ingenieur van het Israëlisch Technologisch Instituut, verleden jaar een plan om windturbines aan te drijven door een constante verticale luchtstroom. Dit zou moeten gebeuren in een toren van 1 kilometer hoogte.

Pompen transporteren water naar de bovenkant van de toren, waar het water na verneveling zal verdampen. Het verdampingsproces koelt lucht af die in de toren naar beneden valt en daar windturbines aandrijft. De centrale zou het beste in een woestijn kunnen staan, bijvoorbeeld in de Negev woestijn, waarbij een pijpleiding vanaf de Golf van Aqaba het water zou kunnen aanvoeren. 'Met het optimisme van diegenen die nooit zoiets gebouwd hebben denken hij (Zaslavsky, R.Kn.) en zijn collega's dat de bouw en het produktieproces van hun elektriciteitscentrales minder geld kosten dan kolen- of oliegestookte centrales,' aldus de Economist van 24 juni 1994.

Een windturbine in een verticale buis was ook het uitgangspunt van een patentaanvraag uit 1981 van de Duitse Dr.-Ing. Christian Boes. Onder een zonnecollector van glas of folie stroomt de door de zon opgewarmde lucht naar een buis, de warme lucht stijgt op en drijft een windturbine aan. Met een licht gas gevulde kabelballon trekt de uit folie gefabriceerde slang omhoog. Hoe hoger de toren des te meer zuigkracht, dus des te hoger rendement. Wel waarschuwt Boes voor de hoge windsnelheden hoog in de atmosfeer, die tot beschadiging van de constructie zou kunnen leiden. Omdat er in de buis een lichte onderdruk heerst, moet deze als een soort 'stofzuigerslang' uitgevoerd zijn. Een veel eenvoudiger constructie staat al een jaar of tien in Spanje: een glazen toren van een meter of tachtig met in het midden een zwart oppervlak. Door de opgaande luchtstroom valt een turbine aan te drijven.

Uit patentaanvragen blijkt dat in de jaren tachtig het ontwerpen van energietorens een populaire bezigheid was. De in Hamburg woonachtige Eggert Bülk stelt echter dat de meeste ontwerpen het nadeel vertonen dat zij afhankelijk zijn van de warmte van de zon. In zijn 'Aufwindkraftwerk' onttrekt een warmtewisselaar de benodigde warmte aan zeewater. De summiere beschrijving van het plan uit 1988 geeft geen details over de afmetingen en de constructie van de toren, die zich zowel op de kust als in zee kan bevinden.

Nu is het bekend dat het rendement van waterkrachtturbines hoger ligt dan van turbines die door gas worden aangedreven. Dat is de reden dat de uit Israël afkomstige Tzvi Tilman volgens een patentaanvraag uit 1963 koos voor een vloeibaar gas om turbines aan te drijven. Het ontwerp vertoont veel overeenkomsten met het Megapowerproject. Ook bij deze 'thermo-hydro' methode stijgt damp in een torenconstructie omhoog tot grote hoogte, in dit geval tot 3000 meter. Ammoniak acht Tilman speciaal geschikt als medium. Zweeflichamen zouden de constructie omhoog moeten houden. Waar het Megapowerproject uitsluitend uitgaat van de zee als warmtebron, noemt het ontwerp van Tilman ook andere mogelijke warmtebronnen, zoals de afvalwarmte van fabrieken of aardwarmte.

Dipl.-Ing. Gamar El Din Nasser pleit voor het gebruik van een mengsel van ammoniak en propaan. Afhankelijk van de weersomstandigheden zou of het propaan of het ammoniak als koelmiddel functioneren. Volgens berekeningen van Nasser produceert een dergelijke centrale, die een doorsnee van 20 meter doorsnee en een hoogte van 3000 meter zou moeten krijgen, 's winters 948,5 MW aan elektriciteit, 's zomers dient alleen ammoniak als koelmiddel en levert de centrale 487,4 MW. De benodigde warmte wordt onttrokken aan rivierwater.

Dan zijn er nog een aantal ontwerpen, waarbij het thermodynamische proces plaats vindt in buizen op een berg. Dat lijkt in constructief opzicht een belangrijke vereenvoudiging op te leveren. De Amerikaanse uitvinder Sidney A. Parker weet te melden dat in de Verenigde Staten de bergen Shasta, McKinley en Rainier hoog genoeg zijn om het gewenste temperatuurverschil te kunnen verkrijgen. Ook in het Andesgebergte in Zuid-Amerika zouden geschikte lokaties te vinden zijn. Zwak punt in zijn ontwerp uit 1975 lijkt de aanwezige pomp, die halverwege de aanvoerleiding onder bepaalde omstandigheden het medium op weg moet helpen.

Ook Lorenzo A. Pommier uit Los Angeles ziet zijn centrale bij voorkeur in het gebergte gelokaliseerd. Hij gaat uit van kooldioxide als medium, hoewel hij andere gassen niet uitsluit. Bij een werkhoogte van 1500 meter zou gemiddeld 100 MW haalbaar moeten zijn. Klaus-Peter Priebe uit Dortmund komt nog met een variant, waarbij de afvalwarmte van een gangbare elektriciteitscentrale, bijvoorbeeld van een kerncentrale, het medium onderin de verticale buizen verdampt.

Al met al blijkt het Megapowerproject voort te borduren op een reeks veel eerder ontwikkelde ideeën, iets wat de bedenkers overigens volmondig toegeven. Er is echter volgens drs. ir. Peter van Summeren, projectleider van het Megapowerproject, één verschil: 'Als je de betreffende ontwerpen gaat doorrekenen, blijkt in de meeste gevallen dat òf het thermodynamische proces niet werkt, omdat op grote hoogte de temperatuur hoger is dan gedacht, òf dat de constructie het zal begeven omdat de spanningen in de materialen te groot worden. In andere ontwerpen moet het medium omhoog worden gepompt, waardoor de efficiëncy te laag wordt.'

Nogal wat briefschrijvers willen het Megapower-project zonder meer op een berg situeren. Ingewikkelde zweefconstructies met waterstof zouden dan niet nodig zijn. Eén ding hebben deze briefschrijvers over het hoofd gezien: er is nergens een berg van vijfduizend meter die rechtstreeks aan zee ligt. Voor de verdamping van de ammoniak is een zeer grote warmtebron nodig: een rivier is niet voldoende.