Vi dro til Tanzania for å koke ris med solvarme

Vi besøkte Tanzania for å teste ut om det er mulig å koke ris og annen mat på solvarme lagret i form av varm olje, som del av masterstudiet i Energi og miljø ved NTNU. Her kan du lese rapporten fra oppholdet vårt i Dar Es Salaam og Arusha, Tanzania i perioden 18.02-22.03.2019.

Dette blogginnlegget ble opprinnelig postet i april 2019 på  www.ntnutechzone.no.

Først litt om hvordan vi endte opp med solprosjektet og professor Ole Jørgen Nydal som veileder:

To av oss, Kaja og Marie, var på utveksling i Tanzania det semesteret vi skulle bestemme oss for prosjektoppgave, og ble veldig nysgjerrige på oppgavene som Ole Jørgen hadde lagt ut om matlaging på solenergi og energilagring i Afrika. For oss alle var det praktiske aspektet en viktig faktor for valg av oppgave, det virket gøy å være på lab og faktisk lage noe. Senere fikk vi også medstudent Sigurd Thaule om bord. har også vært veldig fint å jobbe med et prosjekt som har som mål å bedre levevilkårene i u-land på en bærekraftig måte. Vi har ikke angret et sekund!

Forskjellige universiteter, forskjellige innfallsvinkler

De første dagene tilbrakte vi på University of Dar Es Salaam (UDSM) før vi reiste videre til Arusha for selve arbeidet med riggen og testingen. På UDSM møtte vi to masterstudenter og en PhD-student som jobbet med samme tema som oss i samarbeidsprosjekt med NTNU, altså solvarme og lagring, men med forskjellig innfallsvinkler. Det var spennende å få et innblikk i hvordan de lokale studentene jobber, og hva slags utfordringer de møter på i forhold til oss.

Torsdag 21.februar tok vi flyet til Arusha, hvor vi skulle bli plukket opp av Per Bjerre. Vi skulle bo hjemme hos han og kona, Miriam Bjerre, mens vi jobbet med prosjektet. Per hadde allerede kommet godt i gang med å lage riggen vi skulle bruke for å teste hvorvidt det er mulig å koke ris og annen mat på solvarme lagret i form av varm olje. Prosjektet med å bygge en prototypen hos Per er støttet av NTNU Discovery.

Matlaging og kull et helseproblem

I Tanzania og mange utviklingsland i Afrika brukes det tradisjonelt kull til å lage mat, noe som fører til store luftforurensninger innendørs når det lages mat inne, uten gode ventilasjonsmuligheter. Det å bli eksponert for slik luftforurensning over tid fører til negative helseeffekter, spesielt for kvinner og barn som kulturelt sett er de som har hovedansvaret for matlaging og husstell.

I tillegg til luftforurensningen ved bruken av kull, er avskoging også et stor problem. Vi ønsker gjennom vårt prosjekt å redusere disse faktorene, ved hjelp av et “kjøkken” som er enkelt å operere og enkelt å lage med materialer tilgjengelig i Tanzania.

Konseptet vi testet

Konseptet består av tre tanker som er plassert over hverandre, og energi lagres i form av varme (varm vegetabilsk olje som holder ca 250 grader) i den midterste tanken, hvor det er montert varmeelement som hjelper til å opprettholde den høye temperaturen. Den eneste formen for drivkraft i systemet er gravitasjon, og solenergi blir lagret i den midterste tanken ved hjelp av en mekanisme som gir beskjed om å enten åpne eller lukke utstrømningen av olje fra den øverste tanken. I første omgang brukte vi et oppsett med et lukket system, hvor olje som ekspanderte, dyttet på et stempel, og deretter åpnet for gjennomstrømning av olje fra den øverste til den midterste tanken.

Dette konseptet fungerte veldig fint, men ble etter hvert forkastet til fordel for en bimetallfjær festet til et rør som igjen er satt inn i et annet rør, hvorav ved eksponering for varme vil rotere og åpne for gjennomstrømning. Det sistnevnte konseptet er i sin helhet mye enklere å håndtere, samt krever mindre utstyr så det passet bedre inn med vårt krav om at systemet skal være så enkelt som overhode mulig.

Må være enkelt å bruke og vedlikeholde

Per var overbevist at om konseptet skal være mulig å bli implementert, vil det være helt avgjørende av det krever lite forkunnskap og vedlikehold av drift. Han har jobbet med fornybar energi i Tanzania i over 15 år og har mye erfaring på dette feltet. I Arusha ble konseptet med bimetallfjæra testet ut, men på grunn av noen unøyaktigheter ble ikke resultatet helt som ønsket, og det vil vi fortsette med på laboratoriet på Varmeteknisk, NTNU. For videre testing på verkstedet i Tanzania var det ikke essensielt at den mekanismen ikke fungerte optimalt da vi var mer nysgjerrige på konseptet i sin helhet.

Vi satte opp 6 solcellepaneler på taket på verkstedet, koblet de i serie og deretter koblet oppsettet til varmeelementene. Testene vi kjørte var vellykket, og ca. 65% av energien fra solcellepanelene gikk til å varme opp oljen, noe vi anser som en god virkningsgrad på systemets evne til å omsette solenergi til varme.

Matlaginga i praksis

For å kunne lage mat på systemet, åpnet vi opp en ventil fra den midterste tanken, og varm olje strømmet gjennom et kar, hvor en kasserolle ble nedsunket i et oljebad. Vi fikk til å koke ris til ca. 10 personer uten å brenne det i bunn, noe vi regner som en meget vellykket test! Før ris-testen ble gjennomført, testet vi flere ganger å koke opp vann under forskjellige forhold; ulik strømningshastighet på oljen og mengde vann. Det var ønskelig å finne de innstillingene som gav den mest energieffektive oppvarming av vannet.

I tillegg til å teste konseptet, ble det også ferdigstilt en temperaturlogger som ble brukt for å måle temperaturene forskjellige steder på systemet. Loggeren ble laget vet hjelp av en plattform for prototyping av elektronikk basert på program- og maskinvare med åpen kildekode (du kan lese mer om Arduino her). Dette er en form en form for elektronikk hvor både hardware og software er lett tilgjengelig. Delene ble kjøpt både i Norge og bestilt på nettet, og i Arusha var det hovedsakelig software (selve koden) som vi jobbet mest med og tilslutt fikk til å funke slik vi ønsket.

Fordelen med en slik logger er at den kan behandle store data og lagre det som en tekstfil, som senere kan åpnes og analyseres. Dette er essensielt for oss i utviklingsfasen av systemet.

Solkokesuksess

Alt i alt fikk vi i løpet av oppholdet vårt i Arusha testet at konseptet fungerer, det er fullt mulig å koke ris på lagret solenergi i form av varm olje, og det er i tillegg fullt mulig å bygge dette systemet med materialer tilgjengelig i Tanzania (som er en god indikator for flere u-land i Afrika for øvrig).

Prosjektstøtte

Vi er takknemlige for prosjektstøtten som har gjort dette mulig:

• Laboratoriekostnader for masteroppgavene ved NTNU: EnPe prosjekt Capacity5
• Reisestøtte: Ingeniører Uten Grenser
• Opphold: NORPART prosjekt: UDSM-NTNU Mobility Program in Energy Technology
• Prototype i Tanzania: NTNU Discovery

• Les også blogginnlegget: Lage mat med sol? Dette bør du vite om forskning på solovner

Marie Kolderup

Student ved studieprogrammet Energi og miljø ved NTNU.

Sigurd Thaule

Student ved studieprogrammet Energi og miljø ved NTNU.

Kaja Gustafson

Student ved studieprogrammet Energi og miljø ved NTNU.