We zien het deze dagen regelmatig: zulke hoge temperaturen dat we in de auto of binnenshuis een airco aanzetten om het een beetje uit te houden. Of wanneer we die niet hebben, een ventilator om nog een beetje koelte te brengen. We hebben gewoon last van de warmte.
En dat terwijl onze winters relatief koud zijn en we dan flink moeten stoken om ons huis op een aangename temperatuur te brengen. Het is ongelijk verdeeld. Eigenlijk zouden we de warmte uit de zomer moeten kunnen gebruiken voor de winter. Maar het lastige is: hoe sla je warmte op?

Volgens de thermodynamica geldt warmte als een energievorm die maar heel beperkt kan worden omgezet in energie die we nuttig kunnen gebruiken. Ze wordt ook wel de laagste vorm van energie genoemd. Ze ontstaat bij elke vorm van energieoverdracht, in machines, door menselijk handelen, alsook in de natuur (denk aan bosbranden). Bijvoorbeeld de verbranding van benzine of diesel bij auto’s. Zo’n 30 % van de chemische energie gaat verloren aan warmte. Ook door wrijving ontstaat warmte. Dit zijn zogenaamde irreversibele processen. Ze zijn niet omkeerbaar. Warmte geldt in de praktijk als ‘verloren’ energie (hoewel ze soms als restwarmte nuttig gebruikt wordt om huizen te verwarmen).

Je kunt zonnewarmte nuttig gebruiken door middel van collectoren die water verwarmen. Als wij vroeger op een natuurcamping kampeerden, hingen we een zwarte vuilniszak met water aan een tak van een boom, pal in de zon. Zo hadden wij later op de dag gratis warm water. Veel huizen hebben zonnecollectoren die volgens hetzelfde principe werken. Het door de zon verwarmde water wordt ook hier nuttig gebruikt. Maar het water koelt vanzelf weer af. Over een langere periode heb je er weinig aan.

Je kunt warmte opslaan in ondergrondse reservoirs, hetgeen ook gebeurt. Dit kan middels verschillende technieken. Zelf loop ik al lange tijd met een ander idee. Het viel me op dat het ook dit weekend zo heet was dat veel bruggen nat gehouden worden. Het water zorgt voor koeling van de brugdelen. Anders zouden die te veel kunnen uitzetten met als gevolg dat de brug uit zijn voegen raakt.
De krachten die bij de uitzetting van vaste materialen loskomen zijn gigantisch. Heel vervelend in de praktijk, maar tegelijk biedt dit ongekende mogelijkheden. Want, denk ik dan, we kunnen die uitzetting nuttig gebruiken!

Stel je een grote hoeveelheid metaal voor, pakweg met een oppervlakte van 100 m² (om mee te beginnen) en een dikte van bijvoorbeeld 10 meter. Bovenop het metaal leg je een groot gewicht, je kunt zelf kiezen hoeveel kg. De uitzettingscoëfficiënt van metaal is 12 x 10^-6 m / ⁰C. Dat wil zeggen, als de temperatuur 1 ⁰C stijgt, dan zet het metaal 0,012 mm per meter uit.
In ons voorbeeld zal het metaal bij een temperatuurstijging van 10 ⁰C naar bijvoorbeeld 30 ⁰C stijgen met 20 x 10 x 0,012 = 2,4 mm. En dit over een oppervlakte van 100 m².

Het hele grote gewicht zal dan 2,4 mm omhoog getild worden. Dit geldt als zwaarte-energie (vergelijk dit met de waterkracht van stuwdammen). Deze zwaarte-energie kun je opslaan (vasthouden) door het gewicht op diezelfde hoogte te houden, ook wanneer de temperatuur daalt, door steunen of andere hulpstukken.
Op elk gewenst moment kun je het gewicht laten zakken, waarbij zwaarte-energie omgezet wordt in bewegingsenergie (denk weer aan die stuwdammen), die op haar beurt voor elektriciteit kan zorgen. Met die elektriciteit kan je bijvoorbeeld je huis verwarmen (of voor andere doeleinden gebruiken).

Een leuk idee, dacht ik. Tot ik begon te rekenen. Stel dat het totale gewicht van 10.000 kg 1 cm omhoog wordt gedrukt. Dat levert aan energie ongeveer 10.000 x 0,01 x 10 = 1000 J op. Een elektrische straalkachel van 1000 watt kan daar slechts één seconde op werken. Voor een huisverwarming is dat wel erg weinig. In de praktijk stelt dat dus weinig voor. En daarvoor moet je een ingewikkelde constructie van gigantisch veel staal gebruiken. Een leuk bedacht idee, maar totaal niet effectief.
Maar ik blijf doorgaan met nadenken. Het moet toch mogelijk zijn al die overtollige warmte te vangen, vast te houden, en op een later moment weer los te laten.