Wat als elektriciteit nooit was uitgevonden?

KIJK-redactie

2017-09-22 08:59:57

faraday

Vandaag is de geboortedag van Michael Faraday. En ook al is er niet één wetenschapper die ‘de elektriciteit heeft ontdekt’, toch wordt Faraday wel als een van de pioniers gezien. Daarom een gratis longread over een wereld zonder elektriciteit.

De grote zaal van de bibliotheek staat blauw van de dieselwalm. De printers maken weer eens overuren, denkt Marieke, terwijl ze zich een weg baant door de mensenmassa. Teun is al zes weken weg, maar vandaag zal ze eindelijk zijn gezicht weer zien. Achterin de zaal staan de colladonhokjes. Ze glipt er bij eentje naar binnen, trekt het gordijn dicht en neemt plaats op de kruk onder de gaslamp.

Voor haar: een typemachine — met genoeg papier, gelukkig — en een beeldscherm dat nog het meest lijkt op het facetoog van een insect. De prijs voor een colladongesprek plus foto is 50 euro. Best veel. Maar het geld waard, vindt Marieke. Ze vult de betaalautomaat. Het apparaat maakt veel ratelende geluiden en laat wat uitlaatgas ontsnappen. Ze kan beginnen.

Eerst typt ze haar naam in. Elke toetsaanslag tilt een luikje op, zodat er licht via de glasvezelkabel naar de centrale schiet. Iemand van de centrale stuurt een bericht terug: nu bewegen de toetsen van de typemachine alsof een geest erop tikt. De aanslagen worden op papier afgedrukt. “Met wie wilt u chatten?” staat er. Ze voert Teuns naam en verblijfsplaats in. “Foto in drie, twee, één…” Klik.

Teun heeft zo te zien in zijn hokje dezelfde procedure doorlopen, want op het scherm, dat is opgebouwd uit glasvezelkabeltjes, verschijnt zijn gezicht in grijstinten. Marieke geniet even van het moment; de foto blijft niet langer dan dertig seconden zichtbaar. Terwijl Teuns gezicht vervaagt, stuurt de centrale een nieuw bericht: “U kunt nu chatten.”


‘Steampunkuniversum’

Achteraf is het altijd makkelijk praten. Want de uitvinding van elektrische machines en apparaten lijkt onvermijdelijk. De natuurkracht achter elektriciteit bevindt zich namelijk gewoon op de planeet aarde. Met zoveel bliksem, overspringende vonkjes van wollen truien en andere rariteiten kon het niet anders of mensen gingen het fenomeen onderzoeken.

Ook zonder pioniers als Michael Faraday of Nikola Tesla was er waarschijnlijk wel een negentiende eeuws genie met het wonder elektriciteit gaan knutselen. Maar toch: een wereld waarin elektriciteit nooit was ontdekt – het had zomaar gekund.

Inmiddels is een leven zonder elektriciteit nauwelijks nog voorstelbaar. Bijna alles in onze directe omgeving heeft stroom nodig: van computers en huishoudelijke apparaten tot internet en tv’s. Zelfs in ontwikkelingslanden wordt elektriciteit steeds normaler: mobiele telefonie is er bijna een basisbehoefte geworden. Onze afhankelijkheid ervan maakt het tegelijkertijd zo interessant om elektriciteit denkbeeldig uit ons wereldbeeld weg te strepen. Want stel nou dat het de mensheid nooit was gelukt om elektriciteit te benutten? Hoe zou het leven in 2015 er dan uitzien? Een schets van een alternatief steampunkuniversum.

Koelkast op gas

Elektriciteit doet iets unieks. Of je nou met warmte uit gas- of kolenverbranding begint, of licht van de zon, de geluidstrillingen van iemands stem of het draaien van een windmolen: het valt allemaal om te zetten in een optocht van elektronen. En waarheen je die optocht ook leidt, de energie ervan laat zich op zijn beurt weer makkelijk omvormen tot dezelfde soort reeks aan handigheidjes: warmte, licht, geluid en beweging.

“Je kunt eigenlijk niet overschatten hoe belangrijk dat is”, zegt Bart Smolders, hoogleraar electrical engineering aan de Technische Universiteit Eindhoven. “Elektriciteit is snel, schoon, goedkoop en efficiënt. Een beter medium om energie en informatie te verwerken, bestaat er niet.” Anders gezegd: een wereld zonder elektriciteit is langzamer, smeriger, duurder en minder efficiënt. En dat heeft grote gevolgen.

Maar laten we beginnen met de subtielere verschillen, want die zijn er ook. Vooral op het vlak van de energievoorziening maakt een gemis aan elektriciteit lang niet altijd een wereldschokkend verschil. Met name voor warmte en de aandrijving van machines en voertuigen bestaan er genoeg alternatieven, zegt Smolders. Denk maar aan auto’s: nu pas krijgen die een puur elektrische aandrijving. “Wat transport betreft is zonder elektriciteit best veel mogelijk. Met de brandstofmotor kom je een heel eind. Tenminste, als je een dieselmotor neemt, die geen bougies nodig heeft, en een manier bedenkt om zonder elektriciteit te starten.”

Fossiele brandstoffen zoals diesel en gas lijken in een elektriciteitsloze wereld niet enkel de logische keus voor het vervoer, maar ook voor voorzieningen binnenshuis. Al begint het scenario hier wat af te wijken van de werkelijkheid die we kennen. “Steden zouden in plaats van een uitgebreid elektriciteitsnet een veel sterker ontwikkeld gasnetwerk hebben”, speculeert Smolders. “We stoken in Nederland nog altijd gas in cv-ketels en gasfornuizen, dus zo raar is dat niet. Er bestaan ook koelkasten en vriezers die gas gebruiken. Die zouden we dan verder hebben ontwikkeld, net als gaslampen en gaskachels.”

Maar hoe zit het dan met de kleinere huishoud- en kantoorapparaten, zoals staafmixers, elektrische tandenborstels, stofzuigers en printers? Ook die kunnen op diesel of een vergelijkbare brandstof draaien, stelt Laurens de Vries, universitair hoofddocent en energieonderzoeker aan de TU Delft. “Het is de kunst om een goede miniatuurmotor te ontwikkelen. Tegenwoordig heb je veel kleine elektromotoren, maar dat hadden net zo goed brandstofmotoren kunnen zijn.”

Ons huishouden zou met al die brandstofmotortjes wel een stuk luidruchtiger worden. En smeriger: als je bijvoorbeeld net even je tanden zou hebben gepoetst, hing de badkamer vol met uitlaatgassen. Gevolg: meer longziekten en gevallen van dodelijke verstikking door luchtvervuiling binnenshuis, zoals voor de opkomst van de elektriciteit. Overigens is dat in ontwikkelingslanden nog altijd zo. In huizen zonder elektriciteit verstoken mensen verschillende brandstoffen, wat volgens de Wereldgezondheidsorganisatie jaarlijks tot ruim 4 miljoen doden leidt.

De lichttelegraaf

Elektriciteit is niet alleen de basis voor schone energie. We gebruiken kleine stroompjes aan elektronen ook voor onze informatievoorziening. Bij de opslag, de verwerking en het verzenden van ongelooflijke hoeveelheden tekst, beeld en geluid is steeds meer elektriciteit komen kijken. Dat had en heeft enorme gevolgen. Zelfs relatief simpele uitvindingen, zoals de telegraaf, de radio of de telefoon, zijn zonder elektriciteit nagenoeg ondenkbaar. Geluiden of symbolen omzetten in een signaal, dat over lange afstand versturen en op de plaats van bestemming weer omvormen, daar is elektriciteit ideaal voor.

“Ik denk dat dit alternatieve, elektricteitsloze universum wat de communicatie betreft sterk zou lijken op de tijd van vlak voor de Tweede Wereldoorlog”, zegt De Vries. Ondanks de radio en de telegraaf vormden teksten op papier toen nog de hoofdmoot van de informatievoorziening. Persoonlijke boodschappen bracht je bijvoorbeeld per brief over.

Smolders is het daar in grote lijnen mee eens, maar ziet wel ruimte voor alternatieve communicatiemiddelen. “Een soort telegraaf kan nog best”, zegt hij. “Niet met elektriciteit, maar met licht. Door glasvezelkabels stuur je licht, eventueel afkomstig van een gaslamp. In theorie kan iemand aan de andere kant van de lijn de lichtsignalen ontvangen en iets terugsturen.”

Glasvezelcommunicatie zou in een elektriciteitsloze wereld waarschijnlijk uitgroeien tot een wereldwijd netwerk. Dat een glasvezelkabel over grotere afstanden lichtsignalen kan overbrengen, wisten mensen al in 1870. Een van hen was de Zwitserse natuurkundige Jean-Daniel Colladon. Zou hij zijn vinding hebben doorontwikkeld, dan droeg optische glasvezelcommunicatie misschien wel zijn naam, zoals de woorden diesel en watt nog altijd naar hun uitvinders verwijzen. In plaats van openbare telefooncellen hadden we dan openbare colladoncellen waarin je via een centrale met familie of vrienden kon communiceren.

Maar praten in een colladoncel was onmogelijk geweest, want er bestaat geen goede manier om geluid heel precies naar gaslicht te vertalen. Waarschijnlijk is het eenvoudiger om lichtsignalen in een aan-uit-vorm te versturen, zoals enen en nullen. De kabel laat dus licht door, een moment later niet, dan weer wel, enzovoorts. Die schakelingen hebben achter elkaar een speciale betekenis. Dat kan dan morse-code zijn, maar in principe is het ook mogelijk om elke vezel aan een letter van het alfabet te koppelen; van een toetsenbord bijvoorbeeld.

Computer met tandwielen

De colladonchat zou niet meer dan een dure luxe blijven. Zonder elektriciteit is er geen automatisering mogelijk en blijft het systeem hopeloos inefficiënt, doordat de glasvezelsignalen niet uit zichzelf de weg vinden naar je gesprekspartner. Een tussenpersoon zou dat voor je moeten doen, zoals vroeger in een telefooncentrale gebeurde. Diegene verbindt dan de glasvezeldraden vanuit jouw hokje naar een volgende centrale, waar iemand anders de draden weer doorverbindt totdat het signaal aankomt bij het hokje van degene met wie je wil praten.

Wat een mens in zo’n centrale voor je doet, kan een computer in principe ook. Dit soort automatisering is uiteindelijk niet meer dan een kwestie van schakelen: een signaal komt binnen en wordt vervolgens in goede banen geleid, zoals een wissel dat bij een treinspoor doet. We kunnen zulke schakelingen tegenwoordig massaal aan computers toevertrouwen omdat die uit duizenden tot miljoenen kleine elektrische schakelaars bestaan: transistors. Zet genoeg transistors op een chip of een printplaat achter elkaar en je bent in staat om ingewikkelde instructies en berekeningen te automatiseren. Maar voor de transistor, zeggen zowel De Vries als Smolders, bestaat er geen alternatief dat zonder elektriciteit werkt.

Een computer zonder transistors is wel mogelijk, maar onhandig. Denk aan de oude computers van voor de Tweede Wereldoorlog: zo groot als een paar bankstellen, met tandwielen en pompjes, energie verslindend en de intelligentie van een zakrekenmachine. Peperduur, maar weinig mogelijkheden. “Zonder de transistor kun je automatisering en geavanceerde informatietechnologie gewoon vergeten”, concludeert De Vries. Met andere woorden: geen thuiscomputers, smartphones of digitale zoekmachines.

Wat voor soort automatisering is dan nog wél mogelijk? De Vries maakt de vergelijking met een draaiorgel. Dat ‘leest’ een voorgeprogrammeerde melodie af van een kartonnen kaart met daarin gaatjes op vaste plekken. De volgorde van de gaatjes bepaalt wat het orgel precies gaat spelen. Wasmachines werkten ooit op dezelfde manier: gaatjes en uitstulpingen stuurden vooraf ingestelde wasprogramma’s aan. Bij dat soort automatisering zou het dan blijven: zuchtende, rammelende, domme en diesel slurpende kasten die ons relatief simpele taken uit handen nemen.

Meer ‘natuurlijk licht’

De beperkte automatisering, de luchtvervuiling en het uitblijven van slimme informatietechnologie zullen de mensen in dit elektriciteitsloze universum een stuk minder welvarend en gezond maken. Zo had de geneeskunde zonder elektriciteit veel minder ver kunnen komen. Smolders en De Vries denken dat er onder andere grote beperkingen bij de medische beeldvorming zouden zijn. We zouden bijvoorbeeld geen MRI- of röntgenscanners hebben en dus nooit in het lichaam kunnen kijken. Smolders: “Dan moet je mensen opensnijden om te zien wat er aan de hand is. Dat is toch wel minder.”

De Vries merkt verder op dat de ontwikkeling van medicijnen ontzettend langzaam zou verlopen. “Je mist het gereedschap voor goede moleculaire biologie. Iemand zou misschien een keer een opvolger van penicilline ontdekken, maar dat is het dan ook wel.”

Er is één lichtpuntje. Letterlijk en figuurlijk. Zonder informatietechnologie en digitale beeldschermen zouden we ’s avonds minder worden blootgesteld aan fel en onnatuurlijk licht. Uit steeds meer onderzoek blijkt dat het blauwe licht uit elektrische lichtbronnen ons biologische ritme in de war schopt. In een wereld vol kaarsen en gaslampen zouden we misschien weer wat rustigere avonduren krijgen. En op tijd naar bed gaan. Aan de andere kant: natuurlijk avondlicht uit je smartphone, daar heb je tegenwoordig ook apps voor.

Deze ‘Wat als…?’ verscheen eerder in KIJK 7/2015.

Tekst: Ronald Veldhuizen

Lees ook: 

Cover Kijk 10Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Achtergronden