Echt groene stroom. En hoe het onze problemen op kan lossen.
Simon Veldkamp & David Akkerman Carolus Clusius College
Voorwoord ......................................................................................................................... 3 Inleiding .............................................................................................................................. 4 Hoe het werkt ..................................................................................................................... 5 Eigen onderzoek naar plant‐mfc’s ....................................................................................... 6 Hypothese .............................................................................................................................................................................6 Proeven. .................................................................................................................................................................................6 Conclusie. ...............................................................................................................................................................................7 Mogelijkheden .................................................................................................................... 8 Voordelen Plant‐mfc T.o.v. andere stroom bronnen. .......................................................... 9 Voordelen groene daken. ................................................................................................. 10 Urban heat Island effect. .............................................................................................................................................. 10 Afvoeren regenwater. .................................................................................................................................................... 11 Zuiveren van de lucht. ................................................................................................................................................... 11 Esthetische waarde en biodiversiteit. .................................................................................................................... 12 Plant‐mfc en de toekomst van europa. ............................................................................. 12 Bijlage: testresultaten. ...................................................................................................... 13
2
Voorwoord Vorig jaar hebben we ons aangemeld voor YES. Dat was een project voor 5vwo waarbij we ons moesten verdiepen in Europa en het klimaat. Het werkstuk dat we met dit project gingen maken, zou dan ons profiel werkstuk zijn, met als groot voordeel dat je daar al redelijk vroeg vanaf was. Voor dit project hadden we natuurlijk een onderwerp nodig. We hebben dan ook lang nagedacht over de mogelijkheden hiervoor. Een lange tijd wilden we eigenlijk groene stroom opwekken met behulp van de zee. Totdat we op een stuk stuitten in de Kijk van april 2011 over een onderzoek op Wageningen University. Het stuk ging over het opwekken van stroom met behulp van levende planten. Het artikel sprak ons allebei wel aan, dus we hebben ons er wat in verdiept. Het leek ons wel een geschikt onderwerp voor ons PWS, maar we wisten niet of het voor ons ook mogelijk was om er een experiment mee uit te voeren. Daarom hebben we mailcontact gezocht met David Strik, leider van het onderzoek in Wageningen. Met hem hebben we afgesproken dat we een keer op bezoek zouden komen om te kijken hoe zij het onderzoek uitvoerden. Op donderdag 28 april zijn we er daadwerkelijk heengegaan. Eenmaal binnen hebben we eerst rustig wat gedronken en daarna zijn we direct naar het laboratorium gegaan. We hebben daar een aantal opstellingen bekeken en kregen daar uitleg en informatie bij. Daarna kregen we een aantal oude onderdelen en twee planten zodat we zelf twee proefopstellingen konden bouwen. De ene plant groeide in zoet water en de andere was een zoutwaterplant. Toen bleek dat de opstelling eigenlijk helemaal niet heel ingewikkeld was. We hadden hem zomaar klaar. Toen we er een voltmeter op aansloten viel het ons wel tegen hoeveel stroom de plant leverde, maar meneer Strik vertelde dat zoiets vaker het geval was bij een nieuwe opstelling. In een paar dagen zou het stabieler moeten worden. We hebben ook nog posters meegekregen met informatie. Die konden we dus ook nog gebruiken voor ons project. Uiteindelijk was het nog best lastig, omdat we eigenlijk een onderzoek wilden doen naar de planten, terwijl YES ons verplichtte het ook over Europa te hebben. Gezien het feit dat de techniek nog niet in gebruik was, was dat voor ons gevoel dus een hoop hypothetisch werk. Desondanks is het ons, hopen we, toch gelukt een goed verslag te maken.
3
Inleiding Anno 2011 heeft de wereld een klimaatprobleem: de explosieve groei van de wereldbevolking en de alsmaar stijgende behoefte aan consumeren en transporteren begint een steeds grotere “footprint” achter te laten. Zeeën liggen vol plastic, bossen worden geteisterd door zure regen, fossiele brandstoffen raken op en het klimaat verandert. Het is onze verantwoordelijkheid om hier wat aan te doen, want zonder ingrijpen gaan we met grote waarschijnlijkheid een stuk minder goede tijden tegemoet. Gelukkig zijn veel overheden zich bewust van de gevaren en wordt er hard gewerkt aan oplossingen. Een voorbeeld hiervan is het energielabel waardoor mensen weten hoe “groen” het aan te schaffen artikel is. Ook is er belastingvoordeel voor duurzame auto’s. Daarnaast wordt er steeds meer stroom opgewekt met de energie die al van nature aanwezig is in onze dynamische wereld. Geothermische centrales gebruiken bijvoorbeeld de hitte uit het midden van de aarde. Deze manier van elektriciteit opwekken wordt vooral veel in IJsland toegepast., Ook uit de zon, de zee, bergriviertjes en de wind valt veel energie te halen. Hier wordt dan ook goed gebruik van gemaakt. Naar al deze dingen wordt veel research gedaan en de methodes worden dan ook steeds weer verbetert. Naast het verbeteren van de al bekende methodes, worden er ook nieuwe methodes ontdekt om elektriciteit op te wekken. Zo’n nieuwe methode werd in 2007 ontdekt in Wageningen. Deze methode krijgt de energie uit groeiende planten. Op die manier is een letterlijk groene energiecentrale mogelijk geworden. De vragen zijn nu: is het in de praktijk mogelijk om genoeg energie uit de planten te halen om het proces rendabel te maken? Hoe reageert de planten-mfc op de omgeving? en vooral is er voor de plant-mfc een plaats in de toekomst van Europa?
4
Hoe het werkt Elk organisme heeft glucose nodig om te overleven. Glucose is een stof waarin energie is opgeslagen. Een plant is in staat om zichzelf in zijn glucosebehoefte te voorzien, want in de bladeren van een plant vindt fotosynthese plaats. Bij dit scheikundige proces worden zonlicht, koolstofdioxide en water omgezet in glucose en zuurstof. Een plant in de groei maakt echter vaak meer glucose aan dan hij zelf nodig heeft. Deze overtollige glucose wordt via de wortels in de grond gelaten. Daar wordt het door bacteriën afgebroken en zo gaat de chemische energie die in glucose is opgeslagen in de grond verloren. Er is echter een manier om die energie toch te gebruiken. Onze proefopstelling bestond uit twee compartimenten. Deze waren gescheiden door een semipermeabel membraan, waardoor wel waterstofionen (protonen) konden, maar geen elektronen. Het bovenste compartiment, de anode, was een kunststof koker, gevuld met grafietkorrels en water. Daarin stond de plant. Wij gebruikten liesgras (Glyceria Maxima of Glyceria Aquatica) voor onze proeven. De bacteriën die de glucose afbreken zitten aan de wortels, dus die zijn meegekomen toen de plant erin gezet is. Het onderste compartiment, de kathode, was een bakje met een iets grotere diameter dan het bovenste deel, want die moest erin kunnen staan. Op de bodem lagen doeken van pure koolstof. Verder was het bakje gevuld met zout water. Beide delen van de opstelling waren door een stroomdraad verbonden. De koolstofkorrels en –doeken in de opstelling zijn alleen voor de geleiding, verder hebben ze geen praktisch nut.
De halfreactie van de afbraak van glucose door de bacteriën: C6H12O6 + 6H2O ---> 6CO2 + 24H+ + 24eIn de kathode vindt een andere halfreactie plaats: 4e- + 2H2O + O2 ---> 4OHDe totale redoxreactie is dus: C6H12O6 + 18H2O + 6O2 ---> 6CO2 + 24H+ + 24OHDe waterstof- en hydroxide-ionen vormen samen weer water, dus dan wordt de uiteindelijke reactie: C6H12O6 + 18H2O + 6O2 ---> 6CO2 + 24H2O In dit geval mogen de waterstofmoleculen aan beide zeiden van de streep niet weggestreept worden, doordat vóór de reactie in de anode zitten, en na de reactie in de kathode. In deze reactie treedt glucose op als reductor, en zuurstof als oxidator. Doordat de oxidator en reductor gescheiden zijn door een semipermeabel membraan en een stroomdraad, gaan de protonen door het membraan, en loopt er een stroom door de draad. Dat is het proces van omzetting van licht naar elektriciteit door middel van planten. 5
Eigen onderzoek naar plant‐mfc’s Voor het praktische gedeelte van dit PWS hebben we zelf een plant-mfc gemaakt en daar een aantal metingen mee gedaan. We hebben gekeken of zonlicht wel of geen invloed had op de hoeveelheid geproduceerde stroom. Ook hebben we geprobeerd uit te zoeken of het toevoegen van ionen die nodig zijn voor de groei van planten, invloed hebben op de hoeveelheid stroom die we kunnen opwekken. Daarnaast hebben we gekeken of er een verband is tussen de zuurgraad en het voltage of dat er meer factoren belangrijk zijn voor de hoeveelheid opgewekte stroom. Ten slotte hebben we gekeken naar de invloed van zout in de anode en wat er gebeurt op het moment dat de weerstand tussen anode en kathode groter wordt.
Hypothese Wij denken niet dat het licht veel invloed heeft op de stroom, doordat de fotosynthese tijd kost en de glucose niet direct op is. Verder denken we dat de pH en de stroomproductie wel verband met elkaar houden, want als de glucose wordt afgebroken, ontstaat er H+, dus de pH daalt. Doordat de glucose wordt afgebroken, komt er ook stroom, dus ze zullen waarschijnlijk wel verband houden, maar dat betekent niet dat het een door het ander veroorzaakt wordt. Verder verwachten we dat de stroom stopt als we de anode optillen, omdat er dan geen protonen meer door het membraan kunnen en er dus ook geen elektronen verplaatst hoeven te worden. Zout helpt bij de stroomgeleiding dus zou waarschijnlijk ook bevorderlijk zijn voor de de hoeveelheid elektriciteit. Daarnaast zijn we bang dat de nitraten de stroomproductie verlagen of zelfs stoppen, omdat ze zelf met de protonen reageren. We hebben geen idee hoe lang dit negatieve effect zal aanhouden.
Proeven. Bij de eerste proef die we deden, plaatsten we een pH-meter in de anode van de mfc. We maten het voltage over een weerstand van 1000Ω. Daarnaast maten we de lichtsterkte, zodat we wisten wanneer het donker werd. . Na deze meting deden we een 5 minuten durende meting waarbij we langzaam de anode optilden, met als gevolg dat de verbinding tussen de 2 vloeistoffen niet goed meer was en de weerstand groter werd. De 3e meting was een soortgelijke meting als de eerste, alleen dit keer zorgden we ervoor dat er geen storingen op zouden kunnen treden. Bij de 4e meting van ook weer 5 minuten, voegden we een redelijk grote hoeveelheid kaliumnitraat toe aan de plant-mfc. Bij de 5e meting, die meteen op de 4e volgde, lieten we de opstelling met het toegevoegde kaliumnitraat 24 uur staan. Bij de 6e en laatste meting gebruikten we geen plant, het enige wat we gebruikten was een zure oplossing met een pH van 4 in de anode en een oplossing met een pH van 7 in de kathode. Vervolgens keken we naar de spanning en naar de stroomsterkte. Vervolgens gooiden we er zout bij.
6
Conclusie.1 In grafiek 1 is duidelijk te zien dat als de lichtsterkte daalt, de pH met ongeveer 1 stijgt. ´s Morgens als het weer lichter wordt, daalt de pH ook weer, dus misschien heeft de zuurgraad toch iets te maken met de lichtsterkte. De grote schommelingen in de lichtsterkte komen waarschijnlijk door wolken, dus daar houden we geen rekening mee. Verder blijkt uit grafiek 2 dat spanning en zuurgraad vrijwel dezelfde grafiek vertonen. Onze hypothese dat ze met elkaar te maken hebben, lijkt hierdoor bevestigd. Ook bij de grafieken van proef drie zien we een vergelijkbaar resultaat: de pH en spanning vertonen dezelfde pieken en dalen, maar als het tegen elkaar uitgezet wordt, ontstaat er geen logisch verband, dus zijn er zeker nog andere factoren van belang. Bij grafiek 4 blijkt ook weer dat de pH, en dus de spanning, wel een beetje verandert bij verminderd licht. Gelukkig is dit verschil niet heel groot. De enorme piek in de grafiek, helemaal op het eind, komt doordat er iemand tegen de tafel stootte aan het eind van de meting, dus de piek laten we buiten beschouwing. Uit proef twee blijkt dat als we de anode geleidelijk optillen, de pH langzaam stijgt en de spanning keldert. Op een gegeven moment, als de anode helemaal uit de kathode is getild, is de spanning vrijwel nul. Waarschijnlijk is het niet helemaal nul, doordat de anode niet direct helemaal droog is en de redoxreactie niet meteen ophoudt. Meting vier geeft wel een verrassende uitslag. Wij hadden verwacht dat de stroomproductie direct zou kelderen, maar ze blijft ongeveer gelijk, dus de nitraten maken geen verschil op zulke korte termijn. Als we bovendien naar de resultaten van proef vijf kijken, kunnen we concluderen dat de nitraten geen schadelijk effect hebben. De spanning daalt wel, maar het verschil is niet heel groot. Bovendien hebben wij een enorme overmaat aan nitraten toegevoegd, dus als er telkens voldoende maar niet teveel nitraten worden toegevoegd, zou het geen problemen op moeten leveren. Bij de laatste proef wordt duidelijk dat het zout erg belangrijk is bij de stroomproductie. Op het moment dat de stroomsterkte en spanning vrijwel nul zijn, voegen we zout toe en opeens wordt er veel meer stroom geproduceerd. Zelfs meer dan het dubbele van wat er zonder zout is vrijgekomen. Het is dus erg belangrijk dat er een goede geleiding is. In onderstaand figuur zijn pH en spanning tegen elkaar uitgezet. Opvallend is dat de trendlijnen bij de metingen van 5 minuten omhoog gaan en bij de 24-uursmetingen naar beneden. Bij de eerste meting loopt het zelfs in een soort halve maan. Hieruit blijkt heel duidelijk dat de pH zeker niet de enige factor is die van belang is voor de stroomproductie.
1
De grafieken staan in de bijlage vanaf pagina 13
7
Belangrijk is wel te bedenken dat deze conclusies alleen gelden voor de korte termijn. Als er lange tijd geen licht op de plant schijnt, zal dat wel degelijk grote gevolgen hebben voor de stroomproductie. Het idee is tenslotte dat zonlicht wordt omgezet in elektriciteit. Als er dus langere tijd geen licht is, kan de plant geen fotosynthese uitvoeren, waardoor er ook geen glucose meer wordt geproduceerd. Hierdoor zal de stroom dalen en uiteindelijk zelfs stoppen. Ook de invloeden van de nitraten zijn niet op de lange termijn getest, dus daar kunnen we niks over zeggen. Verder is het belangrijk dat onze opstelling te klein was om geschikt te zijn voor goed onderzoek. Het is praktisch onmogelijk om alle variabelen gelijk te houden, daarnaast hebben we veel verschillende plantjes moeten gebruiken doordat ze na een weekendje geen water dood waren. De 24-uurs metingen laten dan ook hele verschillende resultaten zien. We kunnen hier alleen ruwe conclusies uittrekken, die desalniettemin belangrijk zijn voor verder onderzoek. Een kleine trilling in de plant-mfc zorgde al voor een totaal verstoorde test. De spanning kon bijvoorbeeld verdubbelen als iemand de tafel aanstootte, vervolgens nam de spanning dan weer geleidelijk af. Daarom denken we dan ook dat de verschillen tussen; donker en licht; wel of geen nitraat, absoluut niet als significant gezien mogen worden. Onze belangrijkste conclusie luidt dan ook: Het is mogelijk om stroom op te wekken via de simpele materialen die voor onze plant-mfc zijn gebruikt.
Mogelijkheden Bij de keuze van de plant zijn er verschillende factoren van belang. De plant moet in het water staan, dus het kan alleen met een plant die van nature in het water groeit. Dit is dan ook de belangrijkste reden dat wij voor liesgras hebben gekozen. Als je een plant die normaal gesproken in de grond groeit voor deze proeven gebruikt, zal hij binnen de kortste keren sterven en geen glucose meer leveren. Ook is het niet slim om een plant te kiezen die bloemen draagt. Het laten groeien van bloemen, kost namelijk vrij veel energie. Daardoor komt er minder glucose vrij bij de wortels en dus is er ook minder bruikbare energie. Bloemen hebben ook vaak een vrij groot oppervlak, waardoor er een relatief groot deel van de plant in de schaduw staat. Minder zonlicht betekent minder energie voor de plant, daardoor ontstaat er minder glucose en dus is er minder energie voor ons. Er zijn echter ook een aantal mogelijkheden om plant-mfc’s in al bestaande toepassingen te gebruiken. De meest tot de verbeelding sprekende toepassing is waarschijnlijk de rijstplantage. In heel veel landen is rijst het meest geproduceerde product. Rijst groeit in water, dus het is mogelijk om er een plant-mfc van te maken. Het is relatief eenvoudig en goedkoop om een rijstplantage om te bouwen tot een enorme voedselproducerende elektriciteitscentrale. Rijst wordt voornamelijk verbouwd in wat minder ontwikkelde landen, dus voor rijstboeren zou het een mooie extra inkomst opleveren. Aangezien de rijstproductie er niet van afneemt, is dit een mooie manier om stroom te produceren zonder dat er land voor gebruikt wordt, waar ook voedsel verbouwd had kunnen worden. Ook dichter bij huis valt in de voedselproductie misschien nog wel het een en ander te halen. In Nederland staan bijvoorbeeld heel wat kassen. Een behoorlijk aantal daarvan is geschikt om omgebouwd te worden. Bijkomend voordeel van de kassen is dat de omstandigheden voor de planten nagenoeg perfect zijn, waardoor er een maximum aan glucose aangemaakt wordt. Hierdoor is een zo hoog mogelijke stroomproductie haalbaar. 8
Een mogelijkheid op kleine schaal, is het gebruiken van gemeentegrond. Bijvoorbeeld rotondes of gemeentetuinen zijn hiervoor erg geschikt, omdat die meestal geen specifieke doeleinden hebben. Het enige criterium is vaak dat het groen moet zijn. Planten voldoen meestal aan dit criterium, dus in theorie kan heel Nederland, zelfs heel Europa, volgebouwd worden met mini-elektriciteitscentrales. De laatste mogelijkheid is het op daken plaatsen van plant-mfc. In plaats van zonnecollectoren zou je een groen dak kunnen nemen dat elektriciteit opwekt. Deze toepassing lijkt op de korte termijn het waarschijnlijkst. Er bestaat al een elektriciteit producerend groen dak in Wageningen en vanaf 2013 zal het bedrijfje Plant-e deze daken gaan produceren en verkopen. In het begin zal het waarschijnlijk tussen de 10 en 15 jaar duren voordat je je investering hebt terug verdient.
Voordelen Plant‐mfc T.o.v. andere stroom bronnen. Plant-mfc´s hebben een hoop eigenschappen die ze geschikter maken dan bijvoorbeeld zonnecellen of windturbines. Als een stuk land wordt gebruikt voor het opwekken van groene stroom, gaat dat ten koste van het uitzicht. Windmolens en zonnepanelen zijn nou eenmaal niet de mooiste dingen om in een landelijk gebied neer te zetten. Plant-mfc´s daarentegen torenen niet hoog boven het landschap uit, en hoeven niet eens erg op te vallen tussen al het andere groen. Daarnaast zorgen plant-mfc’s in tegenstelling tot zonnepanelen voor een leefomgeving voor veel plant- en diersoorten. Hierdoor wordt de biodiversiteit, en dus ook de genenpool, behouden. Er kleeft echter ook een groot nadeel aan de Plant-mfc’s: ze kunnen een stuk minder stroom opwekken dan zonnepanelen en windturbines. Voor een natuurlijke omgeving geld een maximum van 1,6MW/KM2, dit is een stuk minder dan bijvoorbeeld windturbines die tot wel 5-7,7 MW/KM2 kunnen produceren, of zonnepanelen die, onder West-Europese omstandigheden tussen de 4,5 en 7,5 MW/KM2 kunnen opwekken. Voor hetzelfde resultaat is dus tot wel 5 keer zoveel ruimte nodig. De vraag is nu of de hierboven genoemde voordelen dan nog wel daartegen opwegen. Je kan nu eenmaal voor elke KM2 aan windmolens 4 andere vierkante kilometers gebruiken voor bijvoorbeeld natuurgebieden. Op basis van deze gegevens lijken Plant-mfc’s dan ook niet echt een betere optie dan zonnepanelen en windturbines. Je zou dan ook niet zeggen dat het de potentie heeft om in de toekomst Europa in een groot deel van haar elektriciteitsbehoefte te gaan voorzien. Er zijn echter meer factoren die voor de plant-mfc’s pleiten: er zijn namelijk bijna geen nadelen aan verbonden, ze gaan lang mee en de materialen die ervoor gebruikt worden zijn milieuvriendelijk. Dit in tegenstelling tot zonnepanelen waarvoor stoffen worden gebruikt die schadelijk zijn voor het milieu. Ook kunnen plant-mfc’s in tegenstelling tot zonnepanelen ‘s nachts gewoon stroom blijven opwekken. Plant-mfc’s zijn minder afhankelijk van zonlicht en kunnen dus ook veel constanter stroom leveren. Gevolg is dat er niet veel pieken zijn die opgevangen moeten worden; een groot voordeel ten opzichte van veel andere duurzame energiebronnen. Windturbines kennen eveneens een aantal nadelen, die je niet bij plant-mfc’s zult vinden: vogelsterfte bijvoorbeeld. Plant-mfc’s zullen geen gevaar vormen voor dieren en zijn daarom een stuk natuurvriendelijker. Ook veroorzaken plant-mfc’s in tegenstelling tot windturbines geen storend geluid. Doordat de plant-mfc’s geen geluid maken kunnen ze makkelijker in bewoonde gebieden geplaatst worden.
9
Voordelen groene daken. Moderne steden hebben met veel problemen te maken, veel van deze problemen kunnen voor een groot deel opgelost worden door meer groen in een stad. Steden hebben bijvoorbeeld moeite met het afvoeren van warmte, hierdoor ontstaan zogenaamde warmte-eilanden. De temperatuur in het centrum van de stad kan dan tot 4°C warmer zijn dan de landelijke gebieden eromheen. Daarnaast zal, door het extremer worden van het klimaat, steeds meer regenwater afgevoerd moeten kunnen worden. Ook is de lucht in veel steden verontreinigd, wat erg slecht is voor de gezondheid van haar inwoners. Manieren om steden leefbaar te houden zijn erg belangrijk voor de toekomst. In Europa zal in 2050 84%van de bevolking in steden wonen. In Nederland zal dit zelfs 91,8 zijn.
Urban heat Island effect. In praktisch alle steden heb je last van het fenomeen warmte-eiland of UHI(Urban Heat Island). Om verschillende redenen warmt een stad veel sneller op en houdt het die warmte ook veel beter vast dan landelijke gebieden. Auto’s, verwarmingsinstallaties van gebouwen en de industrie produceren veel warmte, die in de stad blijft hangen. Dit is echter niet de belangrijkste reden van het warmte-eiland effect. Dit wordt veel sterker bepaald door factoren als gebrek aan verdamping, gebrek aan wind doordat gebouwen deze tegenhouden, en het feit dat asfalt en beton veel makkelijker warmte absorberen. Door deze combinatie van warmteproductie, gemakkelijke warmteopname en gebrekkige warmteafvoer, is de temperatuur in een stadscentrum veel hoger dan daarbuiten. En hoewel dit in de winter misschien wel positief is. Is het in de zomer een groot probleem. Vooral in hete zomers, die we door het broeikaseffect in toenemende mate gaan krijgen, wordt het leven in een stad ondragelijk. Een voorbeeld hiervan was de zomer van 2003, toen in Frankrijk meer dan 14,000 mensen stierven als gevolg van de te hoge temperatuur. Ook krijgen veel mensen last van slaapproblemen door de extreme hitte, verslechtert de luchtkwaliteit en neemt de arbeidsproductiviteit af. Daarnaast wordt er veel energie gestopt in het afkoelen van de huizen met behulp van airconditioning. Verder hebben grote temperatuurverschillen tussen stad en platteland grote invloed op het plaatselijke klimaat. De luchtdruk in steden ligt een stuk lager, doordat de lucht hier stijgt, dit heeft als gevolg dat aan de lijzijde van de stad, jaarlijks veel meer regen valt dan aan de andere kant van de stad. Een oplossing voor dit probleem is extra groen in de steden, er bestaat een duidelijk verband tussen temperatuur en hoeveelheid groen in bepaalde stadsdelen. Tijdens warme dagen is het in de stadsparken dan vaak ook een stuk aangenamer dan op straat. Planten en bomen absorberen een stuk minder warmte dan de materialen waaruit de meeste steden zijn opgebouwd, daarnaast kunnen planten, in tegenstelling tot asfalt en beton, warmte afvoeren door verdamping. Hierdoor blijft er een stuk minder warmte hangen in groene gebieden. Groene daken hebben daarnaast als voordeel, dat ze een goede isolerende werking hebben, hierdoor is de warmtecapaciteit van huizen met een groen dak over het algemeen een stuk lager, dan van huizen 10
zonder. Gevolg is dat de warmteafgifte aan de omgeving een stuk beperkter wordt, wat ook weer bijdraagt aan het verminderen van het warmte-eiland effect. Ook hoeft in deze huizen minder energie in het verwarmen van het huis gestopt te worden en is de temperatuur in warme zomers juist makkelijker laag te houden. Er wordt dus energie bespaart terwijl het warmte-eiland effect vermindert. Bijkomend voordeel van de goede isolerende werking van een groen dak, is dat het ook geluid geabsorbeerd wordt, met minder last van de lawaaiige stad als gevolg.
Afvoeren regenwater. Door de opwarming van de aarde wordt het weer grilliger, extreem warme dagen worden in toenemende mate opgevolgd door onweersstormen en wolkbreuken. Ook krijgen steeds noordelijke gebieden steeds meer kans op een serieuze orkaan. Het opvangen van deze pieken in regenval is erg lastig voor ons rioleringssysteem. Het is bijna onmogelijk om een waterafvoersysteem te creëren dat de uitzonderlijke buien, die niet vaker dan één keer per jaar voor zullen komen, op kan vangen. Maar ook voor dit probleem zijn groene daken een simpele oplossing, planten nemen namelijk een groot deel van dit water op, hierdoor hoeft lang niet al het water in één keer afgevoerd te worden. Planten kunnen tot wel 50% van de jaarlijkse regenval behouden, dit wordt dan via verdamping weer teruggegeven aan de atmosfeer. Dit effect is nog veel sterker in de zomermaanden, wanneer over het algemeen ook de meeste regen valt. Als er in een stad veel groene daken zijn, betekent dit dus dat de jaarlijkse waterafvoer flink daalt, dit moet dan ook een grote besparing zijn voor veel steden.
Zuiveren van de lucht. Planten helpen ook bij het verbeteren van de lucht kwaliteit in een stad. Ten eerste zorgen ze er via fotosynthese voor, dat CO2 uit de lucht wordt gehaald en vervangen door O2 dit heeft een positief effect op de gezondheid van de inwoners van een stad. Ook nemen planten andere stoffen op, die je beter niet in overmaat in de lucht kan hebben, zoals bijvoorbeeld ozon en stikstofoxiden. Volgens een onafhankelijk onderzoeks- en advies bureau, CE Delft, zijn de jaarlijkse kosten, als gevolg van gezondheidsproblemen, 4 tot 40 miljard voor langdurige blootstelling aan fijnstof en ozon. De lucht schoner maken, door deze stoffen uit de lucht te filteren is dan ook erg belangrijk. Planten kunnen naast gassen ook fijnstof deeltjes uit de lucht halen. Deze deeltjes blijven aan het oppervlak van een plant zitten en worden vervolgens door het regenwater eraf gespoeld en meegenomen de grond in. De zuivering van lucht gebeurt het effectiefst bij een plant met een ruw oppervlak, voor het filteren van fijnstof is een naaldboom de beste oplossing. Gras, wat wordt gebruikt voor elektriciteit opwekkende daken is hier een stuk minder geschikt voor, toch kan 10m2 grasland zon 40 gram fijnstof per jaar uit de lucht halen. Ter vergelijking: Ons huis heeft een bruikbaar dakoppervlak van ong. 75m2, ons dak kan dus ongeveer 300gram fijnstof jaarlijks uit de lucht filteren. We verbruiken per jaar zon 4500 Kwh elektriciteit. Bij essent werd in 2010 7gram fijnstof per Mwh uitgestoten. Er wordt dus 31,5 gram fijnstof uitgestoten voor onze elektriciteitsbehoefte. Met slecht 10% van ons dak bedekt met gras, zouden we dus al de fijnstof uitstoot, veroorzaakt door ons elektriciteitsverbruik, compenseren. De overige 90% kan dan nog andere uitstoot terugdringen, bijvoorbeeld dat van je auto. Een gemiddelde auto op benzine stoot 0.149gram stikstofoxiden en fijnstof uit. Dus naast de fijnstof uitstoot veroorzaakt door je elektriciteitsgebruik, haalt het groene dak ook nog eens de uitstoot ban 1800km rijden met de auto uit de lucht. Als in een stad elk dak bedekt is met gras, wordt de stad dus een stuk schoner. Verder heeft gras als voordeel dat het niet al te veel wind tegenhoud, terwijl bomen in een stad juist ervoor kunnen zorgen
11
dat de toch al aanwezige luwte verergert wordt. Gebrek aan wind is een van de belangrijkste redenen van de slechte luchtkwaliteit in steden en moet dus ook voorkomen worden.
Esthetische waarde en biodiversiteit. Naast de directe praktische voordelen, zijn er ook genoeg andere leuke bijkomstigheden. Een groen dak ziet er, volgens de meeste mensen, toch een stuk beter uit dan een plat zwart dak. Vooral als er een beetje moeite wordt gedaan om het er goed uit te laten zien kan het de esthetische waarde van een gebouw duidelijk te goede komen. Ook hebben groene daken positieve invloed op de biodiversiteit. Doordat er extra ruimte komt voor, vooral insectensoorten zullen, bijvoorbeeld de hoeveelheid van bepaalde vlindersoorten toenemen, wat op zijn beurt weer bevorderlijk is voor wat grotere dieren zoals vogels, voor wie meer voedsel te vinden is. Ook is het in meerder onderzoeken aangetoond dat de aanwezigheid van planten stress verminderend werkt. Ook weten we uit diverse onderzoeken dat het de concentratie en daarmee ook werk -en leerprestaties van mensen ten goede komt. Een groene stad wordt daardoor niet alleen schoner en minder warm. Maar ook de inwoners zullen gezonder en productiever zijn.
Plant‐mfc en de toekomst van Europa. Voor dit onderzoek vroegen wij ons af of elektriciteit opwekken met planten wel een plaats had in de toekomst van Europa. Na dit onderzoek gedaan te hebben zijn wij er van overtuigd dat er in de toekomst van Europa zeker rekening mee gehouden moet worden. Het simpele feit dat het op heel veel plaatsen toegepast kan worden zonder dat de oorspronkelijke functie van deze gebieden daar nadeel van ondervind, is belangrijk bij de keuze tussen windmolens en plant-mfc’s. Het hoeft zelfs helemaal geen keuze te zijn. Ze kunnen makkelijk tegelijk op hetzelfde stuk land geplaatst worden. Dit geld voor veel meer plekken. Aangezien de techniek pas in 2007 ontdekt is en de eerste daken voor particulieren pas in 2013 door het bedrijfje plant-e op de markt zullen komen, staat de techniek nog in zijn kinderschoenen. Er valt nog veel te experimenteren om de techniek te verbeteren. Door genetische manipulatie kan er misschien wel voor gezorgd worden dat er een veel groter deel van de glucose door de wortels wordt afgescheiden. De bijdrage van Europa aan het klimaatprobleem, de gezondheidsproblemen, het opraken van de fossiele brandstoffen en het extremer worden van het klimaat, voor alles ligt een deel van de oplossing in plant-mfc’s. De ideale stad van de toekomst zou je dan ook voor kunnen stellen, zoals het Rotterdamse architectenbureau MVRDV de Koreaanse stad Gwanggyo ontwierp. Met groen overal om je heen.
12
Bijlage: testresultaten. Proef 1.
13
Proef 2.
Proef 3.
14
Proef 4.
Proef 5.
Proef 6. µA 2
Stroomsterkte
1
Zout 0 0
100
200
300
400
Tijd (s)
15
Bronnenlijst.
Green Roofs for Stormwater Run‐off Control. http://www.epa.gov/nrmrl/pubs/600r09026/600r09026.pdf www.un.org Urbanisatie Europa. www.Knmi.nl Warmte eiland effect van de stad Utrecht Vlaskamp. W en Heutinck. L.. Er was eens een stad bedekt met groene daken. http://www.stedelijkinterieur.com/incl/downloads/groene%20daken%20praktijk.pdf www.ce.nl Luchtkwaliteit in Nederland: gezondheidseffecten en hun maatschappelijke kosten Productie‐ en emissieoverzicht Essent David P.B.T.B. Strik, Ruud A. Timmers, Marjolein Helder, Kirsten J.J. Steinbusch, Hubertus V.M. Hamelers and Cees J.N. Buisman Microbial solar cells: applying photosynthetic and electrochemically active organisms www.Plantpower.eu www.plant‐e.com Plant‐e KIJK 4/2011
16
