Balancing balls Newton's cradle

Een stoffelijk perpetuum mobile

Iedereen heeft wel van perpetuum mobile gehoord en ook van het onmogelijke bestaan daarvan. Je zou, bijvoorbeeld, een machientje een zetje kunnen geven dat vervolgens eeuwig zou kunnen doordraaien. Dit kan niet doordat er altijd wel ergens wrijving zal optreden, bij de asjes, tegen de omringende lucht en dergelijke. Volgens Newton blijft een voorwerp wel in zijn actie volharden tenzij er een kracht is die daar verandering in brengt. Dat laatste gebeurt dus met wrijving in zo’n machientje. Mocht echter een raket het zonnestelsel verlaten, dan zijn de omringende krachten die er op inwerken veel kleiner en zal hij dus veel langer volharden in zijn vaart en zijn richting.

Recycling lijkt een moderne variant te zijn op dit thema: in plaats van een energetisch probleem, hebben we nu echter een stoffelijk. Zouden we materie voor 100% kunnen recyclen dan zouden de komende grondstoffentekorten uit de wereld geholpen zijn. Wat de stoffen zelf betreft, zou dat misschien wel denkbaar zijn: we halen gewoon de stoffelijke onderdelen van een gebruikt voorwerp uit elkaar en voegen ze in een nieuwe combinatie weer samen in een nieuw voorwerp. Zo gesteld is dat denkbaar. Volledige recycling, een stoffelijk perpetuum mobile. Maar is dat ook echt mogelijk? En is het alleen maar een stoffelijk probleem, of kleven er ook nog energetische problemen aan vast waardoor we via een omweg opnieuw in de oude, energetische perpetuum mobile discussie verzeild raken? Eerst naar het puur stoffelijke aspect gekeken.

Ik denk dat er altijd, bij elk gebruik van een voorwerp, hoe het er ook uitziet en hoe groot of klein het ook is, hoe goed het ook gesmeerd wordt, altijd wrijving ontstaat waardoor het slijt. Zonder stofzuigen verstoft een kamer, ook wanneer je een tijdje weg bent geweest, zie je nog overal stof. De hermetisch afgesloten koningskamers in piramiden zijn waarschijnlijk niet zo stoffig achter gelaten als ze na een aantal eeuwen zijn gevonden. Kleine deeltjes laten geleidelijk aan los en dwarrelden neer. En tijdens normaal gebruik slijten stoelen, kleren, autodeuren: ze worden sleets of ze gaan rammelen; het is een raadsel waar het afgesleten materiaal bleef. Vaak, echter, kun je het ruiken: je ruikt stoffen waarmee stoelen bekleed zijn, of je ruikt metaaldeeltjes in staalfabrieken. Dit stofverlies van metalen in de atmosfeer neemt onverwacht grote vormen aan: tussen 1850 en 1990 is naar schatting alleen al van nikkel 133.140 ton verdampt. Deze hoeveelheid varieert natuurlijk, onder invloed van verschillende behandelingen bij een en hetzelfde materiaal, en ook tussen diverse materialen. Wel geeft het een indruk van materiaalverlies aan, en van de onmogelijkheid van een stoffelijk perpetuum mobile. Er is altijd verlies; niets blijft hetzelfde.

Er kleeft ook een energetisch aspect aan recycling: om van de ene toepassing een andere te maken kost energie. Het uit elkaar halen en weer in elkaar zetten van een stoel kost energie, vooral wanneer we dit doen volgens een ander ontwerp. In dat laatste geval verliezen we ook een deel van het materiaal, of we houden wat onbruikbaars van de vorige stoel over. Dit ligt allemaal voor de hand.

Op het moleculaire vlak is dat wat lastiger te zien, hoewel het principe gelijk is. Wanneer zuurstof en waterstof met elkaar reageren, dan komt daar energie bij vrij, zoveel zelfs dat de reactie een knal kan geven, vandaar de naam knalgas voor het mengsel. Na die reactie, echter, is het product, water, stabiel: met het verlies van de warmte is het energiearm. Het splitsen van water bij de fotosynthese planten, bijvoorbeeld, kost veel zonne-energie. Dit geldt voor veel verbindingen: we moeten er energie bij doen om moleculen te splitsen en daarna weer reactief te krijgen. Recycling kost in het algemeen veel energie, en dit op het moleculaire vlak tevens in een bepaalde vorm, chemo-elektrische energie. Dit maakt recycling erg kostbaar, vooral wanneer energie schaarser gaat worden.

Bij mengsels van metalen, legeringen, ligt het iets gemakkelijker, maar ook hier kost het energie om de bestanddelen te scheiden, exponentieel meer energie naarmate we de overblijvende stoffen zuiverder willen krijgen. Deze zuiverheid is nodig voor de kwaliteit van de legering en deze kwaliteit neemt dus af naarmate er meer ronden van recycling zijn gepasseerd: er blijft altijd iets van de vorige toepassing achter.

Over het algemeen wordt er bij discussies over de mogelijkheid van recycling weinig tot geen aandacht besteed aan het energetische aspect, terwijl het daar in de regel om draait. Wanneer we dus naar een recyclingmaatschappij zouden gaan, dan zal dit aspect zwaar op het al bestaande energiebudget gaan drukken. Het is de vraag of we op tijd zoveel energie kunnen opwekken, op welke manier dan ook, om aan de totale wens te voldoen.

De bestaanbaarheid van een stoffelijk perpetuum mobile hangt uiteindelijk op energie, waar geen perpetuum mobile geldt.