Een termietenheuvel is zo gebouwd dat luchtstromen ontstaan die voor circulatie zorgen en de temperatuur relatief constant houden. Door dit ontwerp af te kijken bouwde men in Harare (Zimbabwe) een complex voor winkels en kantoren dat op energie-efficiënte wijze koel blijft in de Afrikaanse hitte. Het project is een goed voorbeeld van ‘biomimicry’: innovatie door het nabootsen van de natuur. Wat kan de warmtesector nog meer van de natuur leren?

De energietransitie spoort ons aan om constant te blijven innoveren, om ons energieverbruik en onze impact op het milieu omlaag te brengen. Maar wat als we, in plaats van zelf het wiel opnieuw uitvinden, zouden kunnen putten uit de 3,8 miljard jaar aan R&D van al het leven op onze planeet?

Dat is de propositie van biomimicry: het nabootsen van natuurlijke vormen, processen en ecosystemen om tot duurzame oplossingen te komen. Alle organismen hebben energie nodig, en zijn dus vaak al miljoenen of miljarden jaren strategieën aan het ontwikkelen om met zo min mogelijk energie hun voortbestaan te garanderen.

Saskia van den Muijsenberg, directeur van BiomimicryNL, gaf tijdens de Energy Talks van de Topsector Energie een voorbeeld van de efficiëntie die in de natuur te vinden is:

“Als je de nerven bekijkt van een blad, dan zie je dat die dezelfde structuur en vertakkingen heeft als de bomen zelf. Maar ook als onze longen, en als onze aderen. En als je zou uitzoomen tot hoog in de lucht en je bekijkt rivieren, dan zie je daar dezelfde vertakkingen, hetzelfde patroon. Dit is, wiskundig gezien, het meest efficiënte distributiesysteem voor vloeistoffen en nutriënten om van A naar B en vice versa te komen. Het maakt gebruik dus van de weg van de minste weerstand.”

Ook op het gebied van warmte kunnen we van de natuur leren. Op de website AskNature hebben biomimicry-experts voorbeelden verzameld van slimme strategieën die in de natuur te vinden zijn en de innovaties die daar uit voortgekomen zijn. Wat kunnen we bijvoorbeeld leren van de vleugels van een uil? Of de huid van een kameel? Of de gecoördineerde beslissingen van een bijenkolonie?

Passief koelen met termieten
Over het algemeen moeten organismen in de natuur het doen met hun eigen lichaam en de omgeving om temperatuur mee te reguleren. Zodoende hebben sommige dieren effectieve strategieën ontwikkeld om ‘passief’ – zonder (veel) energieverbruik – te koelen of verwarmen.

Termieten in Afrika bouwen heuvels om in te wonen die meters hoog kunnen worden. De heuvels worden soms gemaakt met schachten die openen aan de bovenkant, of in andere gevallen met poreuze wanden die lucht doorlaten. Onderzoekers hebben gevonden dat als de zon op de schachten valt er temperatuurverschillen ontstaan in de kolonie, waardoor lucht begint te circuleren. Zodoende weten de termieten de temperatuurverschillen in de kolonie te beperken en kan de zuurstofrijke buitenlucht zich vermengen met de lucht in de ondergrondse kolonie.

Voor het Eastgate Centre in Harare, Zimbabwe bestudeerde architect Mick Pearce de werking van termietenheuvels en paste het toe in zijn ontwerp. Het winkelcentrum en kantoorpand maakt gebruik van een grote centrale schacht waar warme lucht door kan opstijgen, en gebruikt ventilatoren om koelere lucht naar binnen te zuigen. Daarnaast is het gebouw gemaakt van materialen met goede thermische eigenschappen waardoor het temperatuurverschillen beperkt.

Volgens AskNature bespaarde het gebouw – dat in 1996 voor 35 miljoen dollar werd gebouwd – 10 procent van de kosten door geen airco te hoeven installeren. Het gebouw gebruikt 35 procent minder energie dan vergelijkbare gebouwen in Harare die wél aircosystemen hebben en is gedurende vrijwel het gehele jaar binnen een comfortabel temperatuurbereik.

Geruisloze uilen en vochthoudende kamelen
De vertaalslag van termieten-architectuur naar mensen-architectuur is nog relatief simpel voor te stellen. Andere voorbeelden vereisen een iets abstractere aanpak.

Uilen moeten vrijwel geruisloos kunnen vliegen, om de dieren waar ze ’s nachts op jagen niet te laten schrikken voordat ze dichtbij kunnen komen. Wetenschappers vermoeden dat ze dit doen met behulp van minuscule kartelrandjes aan het einde van hun veren, die de luchtstromen en het geluid ervan opbreken.

Veel klimaatinstallaties maken gebruik van ventilatoren om de temperatuur te reguleren. Een veelvoud aan draaiende ventilatoren kan een constant en storend achtergrondgeluid opleveren, waar gebruikers last van hebben. De FE2owlet ventilator heeft de kartelrandjes van uilenvleugels nagebootst en op ventilatorbladen aangebracht, om een aerodynamischere en stillere ventilator te creëren.

Een ander voorbeeld is een koelsysteem bedacht door wetenschappers bij het Massachusetts Institute of Technology (MIT). De onderzoekers bestudeerden de huid van een kameel, die met een dikke laag isolerende vacht vocht vasthouden, en pasten dit toe op een twee-laags koelsysteem. Het combineert een laag hydrogel met een laag aerogel en is zo vijf keer langer effectief als enkel een laag hydrogel.

Slimme bijen
Intelligentie in de natuur bestaat in eindeloos veel vormen en maten. Hoewel we bijvoorbeeld een individuele honingbij niet heel intelligent achten, is een bijenkolonie als collectief in staat enorm veel informatie te verwerken en complexe afwegingen te maken.

Tegenwoordig is er steeds meer vraag naar slim aangestuurde apparaten, om de piekvraag qua stroom te beperken en het net minder te belasten. Dat betekent in de meeste gevallen dat een warmtepomp bijvoorbeeld wordt aangesloten op een softwareprogramma, dat met behulp van een thermostaat en andere data bepaalt wanneer de warmtepomp aan- en uitgaat. Als meerdere apparaten worden ingezet gebeurt dat door ze allemaal aan te sluiten op een centrale regelaar.

In een bijenkolonie moeten soms wel tienduizenden bijen gezamenlijk beslissingen maken. Dat doen ze op een decentrale manier, door te ‘stemmen’. Als een bijenkolonie bijvoorbeeld gaat splitsen en een nieuwe locatie moeten kiezen, stuurt het eerst verkenners op pad. Die verkenners komen terug en geven door te wiebelen en trillen aan waar en hoe veelbelovend de locatie die ze hebben gevonden is. Als genoeg bijen op deze manier ‘overtuigd’ zijn van een locatie, stemt de rest van de kolonie in en zet het collectief de verhuizing in.

Energiemanagementbedrijf Encycle heeft geïnspireerd door bijen een algoritme ontworpen dat ook decentraal beslissingen kan maken. Elk apparaat in het netwerk is verbonden met de andere apparaten in dat netwerk, en wisselt onderling informatie uit. De verbonden apparaten spreiden de energievraag onderling uit en voorkomen zo dat alle apparaten tegelijk aan of uit gaan als een centrale regelaar een grenswaarde heeft bereikt. Zodoende wordt de piekvraag aanzienlijk teruggebracht en het net minder belast.

‘Wij zijn de spookrijders’
Van den Muijsenberg legt uit dat biomimicry in de kern gaat om het opereren onder dezelfde principes als de rest van het leven op aarde:

“Dit zijn de principes die nagenoeg alle organismen op aarde hanteren, al 3,8 miljard jaar lang. Het idee is dat als we die kunnen integreren, we condities creëren die goed zijn voor het leven.”

Volgens Van den Muijsenberg kunnen die principes ons op weg helpen richting duurzaamheid. “Die levensprincipes hanteren wij als een soort toetsingsmechanisme om een sector, een product, of een beleid aan te toetsen”, legt ze uit. “Dus in hoeverre het er al aan voldoet, maar ook als ontwerptool voor nieuwe mogelijke oplossingen. Het is een iteratief proces.”

Als je de ideeën van biomimicry echt ter harte neemt, ga je volgens Van den Muijsenberg ook anders kijken naar ons eigen gedrag.

“Misschien is de kern wel dat wij een beetje de spookrijder in het geheel zijn”, vertelt ze. “Wij zijn volledig energieverslaafd. En we bouwen steeds maar grotere infrastructuur om de toekomstige vraag aan te kunnen. Maar ik denk dat als je van de natuur gaat leren, er ook talloze manieren zijn om te kijken: hoe heb je minder nodig?”

Als je meer over voorbeelden van innovaties geïnspireerd door de natuur wilt lezen, kun je op Solar365 de versie van dit artikel lezen gericht op innovaties in de zonnestroomsector.