Behalve het horloge op zonnestroom heb ik nog iets gekocht: een kleine Stirlingmotor. Om te beginnen een kort filmpje:

Lage-temperatuur Stirling Motor

(Als je op het filmpje klikt wordt je doorgestuurd naar de Youtube-website. Als je daar rechtsonder het filmpje op “watch in high quality” klikt zie je een versie van betere kwaliteit)

Deze Stirling motor werkt op een warmteverschil: in het filmpje wordt de onderkant verhit door het hete water, en de bovenkant gekoeld door de lucht. In de kamer zit een verdringer die de lucht heen en weer beweegt tussen de warme onderkant en de koele bovenkant. Als de lucht afkoelt, krimpt hij, en als de lucht opwarmt zet hij weer uit. Door deze krimp en uitzetting word een zuiger op en neer bewogen waardoor het vliegwiel ronddraait. Doordat de verdringer ook door het vliegwiel bediend wordt blijft de cyclus in stand zolang er een temperatuurverschil is tussen de boven- en onderkant van de luchtkamers. Het temperatuurverschil kan vergroot worden door bv. ijsblokjes op de bovenkant te leggen, de motor gaat dan sneller draaien. De motor werkt ook andersom: als de onderste plaat gekoeld wordt loopt hij op het temperatuurverschil tussen het ijs en de buitenlucht. Het vliegwiel draait dan in tegenovergestelde richting.

Waarom is dit interessant?

Sowieso vind ik het leuk om met dit soort apparaatjes te spelen omdat ze een natuurkundig proces op simpele wijze duidelijk maken. Als ze vroeger op de middelbare school dergelijke apparaatjes hadden gehad had ik waarschijnlijk een stuk beter opgelet bij natuurkunde. Als de motor langzaam draait zie je duidelijk de verschillende fasen van het proces.

Daarnaast is de Stirlingmotor interessant op het gebied van duurzame energie, om twee redenen: goed ontworpen kan hij iets efficiënter zijn dan bijvoorbeeld een verbrandingsmotor zoals die in auto’s gebruikt worden maar vooral omdat hij kan lopen op alle mogelijk soorten (rest)warmte. Een verbrandingsmotor is geoptimaliseerd voor één bepaalde brandstof en zal over het algemeen moeilijker en minder efficiënt lopen op een andere brandstof. Omdat bij een Stirlingmotor de verbranding buiten de motor plaatsvindt is aanpassing naar een andere brandstof veel makkelijker mogelijk. Ook hoeft er niet per sé verbranding plaats te vinden, ook bv. zonne- of aardwarmte kan prima ingezet worden om met een Stirlingmotor energie op te wekken. Op de foto hiernaast rechts is een Stirlingmotor te zien die in het brandpunt is bevestigd van grote holle spiegel die het zonlicht concentreert. Door de hoge temperatuur kan de Stirlingmotor een generator aandrijven en op die manier elektriciteit produceren.

Een andere plek waarin Stirlingmotoren een steeds grotere plek krijgen is in (micro-)WKK. WKK staat voor Warmte-Kracht-Koppeling, en dat houdt in dat op één plek of in één apparaat zowel warmte als elektriciteit geproduceerd wordt. Op grote schaal kan dat bijvoorbeeld door de restwarmte van een kleine bedrijfselektriciteitscentrale te gebruiken voor proceswarmte. Op kleine schaal kan dit door een HRe-ketel te laten plaatsen. Deze CV-ketel verstookt aardgas om een pand te verwarmen, maar gebruikt een gedeelte van de warmte om elektriciteit te produceren die aan het net geleverd kan worden. Ik ben niet overtuigd van het concept (terugleveren van zonnestroom is bij sommige leveranciers al een probleem, de ketel verbruikt voor woningverwarming meer gas dan een normale CV-ketel, hoe zit het met geluidsproductie en levensduur?) maar het concept intrigeert me. In theorie is het mogelijk meer nuttige energie uit een kubieke meter aardgas te halen dan met een normale CV-ketel.

Hoewel het concept achter de Stirlingmotor al erg oud is (het patent dateert van 1816 door meneer – jawel – Robert Stirling) is het concept nooit echt doorgebroken. Sinds een paar jaar wordt er weer meer onderzoek gedaan naar Stirlingmotoren omdat ze vele mogelijkheden bieden om gebruik te maken van restwarmte die anders verloren zou gaan.