Wetenschappers hebben ontdekt dat zout ijs wel duizend keer meer elektriciteit kan opwekken dan gewoon ijs. Dat zou ruimtemissies naar ijzige manen zoals Europa en Enceladus volledig kunnen veranderen. Dit zijn namelijk plekken waar zout ijs in overvloed aanwezig is.
Tot nu toe was het een enorm probleem om sondes naar bijvoorbeeld Jupitermaan Europa van energie te voorzien. Zonnepanelen werken slecht, omdat Jupiter zo ver van de zon staat: het zonlicht is daar 25 keer zwakker dan op aarde! Batterijen zijn ook niet altijd een optie voor lange missies, want die raken leeg. Kernreactoren zijn dan weer duur en complex. Een nieuwe ontdekking, die wordt beschreven in een studie in het wetenschappelijke vakblad Nature Materials, biedt een alternatieve oplossing. Zout ijs blijkt genoeg elektriciteit op te kunnen wekken om robots en landers van stroom te voorzien en dat is vooral handig voor missies ver van de zon, waar zonnepanelen nauwelijks werken.
Hoe maak je stroom uit ijs?
Het principe is eigenlijk niet ingewikkeld. Wanneer zout ijs buigt, bijvoorbeeld door het gewicht van een lander of door natuurlijke krachten zoals aardbevingen, ontstaat er een soort microscopische waterstroming door het ijs. Omdat het zout ijs is, zitten er elektrisch geladen deeltjes (ionen) in deze vloeistof. Die bewegende lading vormt een elektrische stroom.
Maar waarom werkt dit alleen met zout ijs? Gewoon ijs is te ‘stijf’: de watermoleculen zitten te stevig vast aan elkaar. Zout breekt die binding gedeeltelijk op, waardoor het ijs meer vloeibaar wordt, maar dan zonder volledig te smelten.
Tot duizend keer sterker dan gewoon ijs
De onderzoekers onderzochten verschillende concentraties zout. IJs met 25 procent zout (veel meer dan zeewater, dat maar 3,5 procent bevat) bleek het beste te werken. Bij die concentratie werd het zogenoemde flexo-elektrische effect (zo heet het officieel) duizend keer sterker dan bij gewoon ijs.
De onderzoekers testten dit principe met bevroren zoutwater met verschillende concentraties. Het resultaat was bemoedigend: een apparaat van nauwelijks een millimeter dik kon 4.000 picocoulomb per newton opwekken. Dat is niet veel, maar het is genoeg om een lander op Europa of andere ijzige manen jarenlang actief te houden, alleen met energie uit ijs. Elke beweging van een rover, elke trilling door getijdenkrachten of zelfs een meteorietinslag zou (een klein beetje) stroom kunnen opleveren.
Niet alleen voor de ruimtevaart handig
Hoewel ruimtevaart de meest spectaculaire toepassing is, zou deze technologie ook op aarde van pas kunnen komen. In de poolgebieden, waar het ook niet eenvoudig is om stroom op te wekken, zouden dergelijke apparaten sensoren en communicatieapparatuur bijvoorbeeld van stroom kunnen voorzien.
Realistische beperkingen
Toch moeten we realistisch blijven. Dit is nog onderzoek in het laboratorium, geen kant-en-klare technologie. De apparaten slijten momenteel bijvoorbeeld al na ongeveer 100.000 buigingen, en de energieopbrengst is veel lager dan bij conventionele zonnepanelen onder ideale omstandigheden. De technologie werkt bovendien alleen bij temperaturen tussen ongeveer -20 en -70 graden Celsius. Kouder dan dat en het effect verdwijnt grotendeels omdat het ijs te hard wordt. Wetenschappers hebben echter bewezen dat het principe werkt; nu moet het materiaal alleen robuuster en efficiënter worden gemaakt.
De volgende stap
De onderzoekers proberen nu om de technologie efficiënter te maken. Ze willen het materiaal duurzamer maken, de energieopbrengst verhogen en testen hoe het werkt onder omstandigheden die lijken op die in de ruimte. Het zal echter nog jaren duren voordat de technologie klaar is om gebruikt te worden in de echte wereld. Maar de eerste stap is gezet.
