Een samenleving op zonne-energie dankzij crowdsourcing met het World Community Grid

Share this post:

Als we nu eens in alle voorwerpen en materialen die ons omringen zonnecellen zouden kunnen verwerken? En als die zonnecellen even goedkoop en in massa te produceren zouden zijn als plastic zakjes, zodat zelfs de armste gebieden betaalbare zonne-energie zouden hebben? Deze droom ligt aan de basis van het ‘Clean Energy Project’ van de Harvard University. Het project zorgde voor doorbraken op het domein van de organische zonnecellen en kreeg erkenning van het Witte Huis.

Alán Aspuru-Guzik, hoogleraar chemie in Harvard Universiteit

In juni 2013 lanceerde de Harvard-universiteit haar ‘Clean Energy Project’ (CEP), een gratis opensource-database over hernieuwbare energie. Ze bevat informatie over de geschiktheid van 2,3 miljoen stoffen voor de opwekking van zonne-energie. Het betreft organische, koolstofgebaseerde stoffen die goedkoper te produceren en flexibeler te verwerken zijn dan de siliciumverbindingen die nu in zonnepanelen worden gebruikt.  Dit onderzoek zou vroeger decennia hebben gevergd, maar dankzij het unieke en gratis samenwerkingsconcept ‘World Community Grid’ boekte het CEP al belangrijke resultaten. Crowdsourcing-vrijwilligers voerden op enkele jaren miljoenen berekeningen uit die duizenden potentiële nieuwe zonnecelmaterialen opleverden.

Beloftevolle organische zonnecellen
De database dient vooral om de overgang van silicum naar organische stoffen als materiaal voor zonnecellen te versnellen. Siliciumcellen zetten ongeveer 15% van het zonlicht in elektriciteit om, maar de productie ervan is duur. Organische verbindingen halen een efficiëntie van slechts 4-5%, maar kunnen massaal worden geproduceerd. “Ze zijn ook lichter en soepeler,” zegt Alán Aspuru-Guzik, de hoogleraar chemie in Harvard die het project leidt. “Misschien zijn ze zelfs dun en licht genoeg voor draagbare toestellen en om op daken, muren en vensters te worden geschilderd of gespoten. Daar is een handvol geschikte verbindingen voor nodig en die proberen wij te vinden.” Uit het CEP-onderzoek kwamen al ongeveer 1.000 nieuwe, organische molecules naar voren die potentieel minstens 11% van het opgevangen zonlicht in stroom omzetten, terwijl 35.000 andere stoffen een efficiëntie van 10% of meer zouden halen.

Deze snelle resultaten werden mogelijk gemaakt door het World Community Grid van IBM dat de ongebruikte rekenkracht van meer dan 2,3 miljoen gewone toestellen van ruim 600.000 vrijwilligers wereldwijd bundelt en gratis ten dienste stelt van humanitair onderzoek.

Supercomputerkracht voor de wereld
Om vrijwilliger van het World Community Grid te worden, hoef je alleen maar een programmaatje te downloaden op je Windows-, Mac-, Linux- of Android-toestel. Als zo’n toestel even weinig omhanden heeft, vraagt het data op voor een project, voert er berekeningen op uit, zendt de resultaten terug en vraagt aan de server nieuwe data op.

Het World Community Grid is een gedistribueerd systeem met zeer grote rekenkracht. Wereldwijd helpt het onderzoekers om hun experimenten sneller uit te voeren. Omdat elke opdracht in kleine onderdelen wordt opgesplitst die simultaan worden verwerkt, vergt een onderzoek niet langer jaren, maar slechts maanden.

Op die manier konden de CEP-onderzoekers zo snel zoveel potentiële materialen voor zonnecellen opsporen. “Vroeger waren maar een handvol koolstofhoudende materialen bekend die in zonnecellen vrijwel dezelfde efficiëntie als silicium halen,” zegt professor Aspuru-Guzik. “Maar voor een duurzame toekomst die steunt op hernieuwbare energie moesten wij veel meer stoffen analyseren. De experimentele synthese en de beschrijving van een nieuwe compound nemen gemiddeld een jaar in beslag. Met het World Community Grid konden wij elke dag tienduizenden compounds onderzoeken. Dit unieke platform levert ons gratis en snel veel nieuwe ideeën voor verdere experimenten op.”

Tot nu toe leverde het World Community Grid van IBM al 19.000 jaar rekentijd op voor het Clean Energy Project van Harvard. Het zou gaan over het meest uitgebreide massaonderzoek naar chemische stoffen ooit georganiseerd. Meer dan 90.000 World Community Grid-vrijwilligers waren bij het project betrokken.

Baanbrekend voor de economie van morgen
Het project oogstte erkenning op het hoogste niveau. Zo werd het project officieel geprezen door het ‘Office of Science and Technology Policy’ van het Witte Huis voor zijn bijdrage tot de materiaalwetenschap.

“Toch is dit nog maar de eerste stap in het proces,” zegt professor Aspuru-Guzik. “De compounds die het project tot nu toe opleverde, bleken moeilijker om te produceren dan wij zouden willen. Bij de volgende generaties compounds die wij op het Grid loslaten, is daarmee rekening gehouden. Ook onze analyseprocedures worden nog voortdurend verfijnd. Het blijft een boeiende onderneming die steeds evolueert.”