Lofar en de snelle opkomst van de sensortechnologie

Dankzij de revolutionaire radiotelescoop die momenteel in Noord-Nederland wordt gebouwd hoeven boeren in de toekomst wellicht minder gif te spuiten.

TEKST
Durk Gardenier

Lofar is een telescoop zonder schotels. In plaats daarvan worden 15.000 afzonderlijke, heel eenvoudige antennes verspreid over honderd locaties. Het centrale gebied ligt bij Exloo, waar inmiddels een paar duizend antennes zijn geplaatst. Een glasvezelnetwerk verbindt alle antennes met ‘Stella’, de grootste supercomputer van Europa die in het Rekencentrum van de Rijksuniversiteit Groningen staat. Zo ontstaat straks een softwaretelescoop met een diameter van 350 kilometer, die honderd maal gevoeliger is dan de telescoop van Westerbork. Die telescoop is ook al bijzonder gevoelig, maar niet gevoelig genoeg om straling uit de begintijd van het heelal te registeren.
Als alle antennes gegevens naar Stella sturen, gaat er per seconde 130 cd’s aan informatie over het netwerk. Er is echter ruimte voor tien maal zoveel gegevens, zodat er meer dan alleen sterrenkundig werk mee kan worden gedaan. Momenteel wordt een aantal geofysische en een landbouwkundige experimenten uitgevoerd. Daarnaast kunnen bedrijven en instellingen netwerk- en computerruimte gebruiken voor commerciële toepassingen.
Het Lofar-project wordt uitgevoerd door de Stichting Lofar, die bestaat uit circa twintig partijen. Het beheer is in handen van Astron (stichting astronomisch onderzoek in Nederland) in Dwingelo en de Rijksuniversiteit Groningen. De Stichting Lofar werkt nu al samen met Energy Valley, KEMA, ECN, de technische universiteiten en veel andere partijen om verdere toepassingen van sensortechnologie te ontwikkelen.

Aardbevingen

De TU Delft, het KNMI en TNO werken samen met Astron bij het bestuderen van de diepere ondergrond. Tot een diepte van vier kilometer is in Nederland de ondergrond goed in kaart gebracht omdat deze dieptes interessant zijn voor olie- en gasmaatschappijen. Dit is gebeurd met de bekende dynamietontploffingen en netwerken van geofoons waarmee de opgewekte trillingen worden opgevangen. Het zijn dure verkenningen want met boeren moeten regelingen worden getroffen over het gebruiken van hun grond en ook moeten er kabelslepers worden ingehuurd.
De daaronder liggende lagen, tot zo’n dertig kilometer, zijn thans alleen wetenschappelijk van belang en de exploratie ervan is veel moeilijker en qua kosten niet op te brengen voor wetenschappelijke instellingen. Dr.ir. Guy Drijkoningen van de TU Delft, die het geofysisch onderzoek coördineert, legt uit dat daarom wordt geprobeerd om het onderzoek zonder ontploffingen te doen. In plaats daarvan kan mogelijk gebruik worden gemaakt van de trillingen die in de ondergrond worden opgewekt door kleine aardbevingen die regelmatig in Noord-Nederland optreden. Deze aardbevingen lijken gerelateerd te zijn aan het opnieuw in beweging komen van bestaande breuken als gevolg van de winning van gas. De aardbevingen brengen, net als ontploffingen, de grond in trilling en als deze trillingen met geofoons worden bestudeerd dan moet daaruit informatie over die ondergrond kunnen worden afgeleid. Dat is de theorie. Met behulp van Lofar wordt gekeken of het ook echt kan. Verspreid over vijftig velden zullen circa duizend sensoren (waarvan het stalen omhulsel wordt gemaakt bij A.P. van den Berg in Heerenveen) in de grond worden gebracht waar ze tien jaar zullen blijven zitten. Naar verwachting zullen in die tijd voldoende aardbevingen plaats hebben gevonden om voldoende informatie over de ondergrond te verzamelen.
In een tweede geofysisch experiment wordt ook geprobeerd om zonder ontploffingen de structuur van de ondergrond te onderzoeken. Dit keer niet met zo nu en dan optredende aardbevingen, maar met ruis die continu aanwezig is.
In een derde onderzoek staan de sensoren dichter bij elkaar, in de buurt van een gaswinningsveld. De ondergrond wordt ook nu weer met aardbevingen onderzocht, en als dat niet voldoende gegevens oplevert, met dynamietontploffingen. Omdat de sensoren hier veel dichter bij elkaar staan, heeft men sneller de benodigde informatie verzameld waarmee de structuur en de opbouw van de grond kan worden bepaald. Als nu een aantal malen achter elkaar de structuur wordt vastgelegd, kan vervolgens worden gekeken wat er in de tussentijd is veranderd. Zo verkrijgt men informatie over de veranderingen in de grond en zijn de geofysici beter in staat om te begrijpen welke processen er in de ondergrond spelen als er bijvoorbeeld aardgas gewonnen wordt of als CO2 moet worden opgeslagen.

Besparen op bestrijdingsmiddel

Ook aan het landbouwexperiment doen verschillende organisaties mee. Astron werkt hierin samen met onder andere Agrotechnology and Food Innovation, dat onderdeel is van de Landbouwuniversiteit Wageningen, automatiseringsbedrijf Vertis uit Groningen, dat actief is in onder meer landbouw, voeding en water, en Opticrop uit Wageningen, dat gespecialiseerd is in geautomatiseerde ondersteuning van teeltmanagement.
Voor Wouter Zunneberg van Vertis is dit een belangrijk experiment in de omslag van een ‘ambachtelijke’ en vakkundige productiegerichte landbouw in Nederland, naar een meer kennisintensieve en vraaggerichte landbouw. ‘Nederland heeft de sterkste landbouw ter wereld wat betreft vermarkting, productie en teeltkennis en kan profiteren van het te gelde maken en de export van deze kennis. Ook het landbouwkundig onderzoek heeft wereldfaam en meer nog dan nu gebeurt moeten resultaten van onderzoek ook daadwerkelijk in de praktijk toegepast worden. Daar is ons Phytophtora-experiment een goed voorbeeld van’, aldus Zunneberg.
Phytophtora is een aardappelziekte die grote schade kan aanrichten en waarvan het optreden sterk afhangt van de weersomstandigheden. Verspreid over Nederland staan weerstations op basis waarvan bedrijven als Opticrop voorspellingen kunnen doen met betrekking tot Phytophthora en waarschuwingen en adviezen kunnen verspreiden. ‘Maar’, zegt Wim Nugteren, directeur van Opticrop, ‘het is bekend dat er aanzienlijke verschillen kunnen zijn tussen de atmosferische omstandigheden op verschillende plaatsen van een enkele akker. En dat houdt in dat er ook met verschillende doseringen gespoten zou kunnen worden.’ Er is berekend dat dit een besparing van twintig procent op bestrijdingsmiddel kan opleveren terwijl er toch met de lokaal optimale dosering gespoten wordt. Dat wordt met dit experiment onderzocht.
Er zijn 150 sensoren, één sensor per 100 vierkante meter, geplaatst op een stukje land van boer Harm Hagtink uit Buinen. Deze sensoren meten temperatuur en vochtigheid en sturen radiografisch deze gegevens door naar het Lofar-netwerk. Dr. Ir. Daan Goense van Agrotechnology and Food Innovation is projectleider van dit onderzoek: ‘Dit is nieuw in Nederland. In de Verenigde Staten is al wel enige ervaring opgedaan met de toepassing van draadloze sensoren in de landbouw, onder andere met het Cows Go Wireless-onderzoek in Kansas, waarbij koeien met draadloze sensoren worden gemonitord om BSE-symptomen tijdig te herkennen.’
De sensoren staan in Buinen op de akker op circa 75 centimeter lange stokken tussen de aardappelen. ‘Boeren zijn positief over dit onderzoek’, aldus Goense, hetgeen wordt bevestigd door Harm Hagtink. ‘Ik vind het mooi om hier aan mee te doen en ik hoop dat ik er beter van word. We hebben soms behoorlijk last van Phytophtora. We spuiten elke akker tien tot vijftien keer per seizoen, maar een paar jaar geleden ben ik nog drie bunder aardappelen kwijtgeraakt.’ Hoe vindt hij het om samen te werken met de wetenschappers? ‘Leuk. Ze hebben veel kennis. Van de praktijk weten ze niet zo veel, maar samen komen we er wel uit.’

Infrageluid

Het infrageluid-onderzoek heeft thans een kleinere schaal dan geofysica en landbouw, maar is zeker zo interessant. Dit onderzoek wordt uitgevoerd door twee geofysici van de afdeling Seismologie van het KNMI, drs. Läslo Evers en dr. Hein Haak. Infrageluid is voor de mens onhoorbaar geluid dat duizenden malen langzamer trilt dan normaal geluid, en heeft als eigenschap dat het veel langzamer uitdooft dan het ons bekende geluid. Zo kon bijvoorbeeld op 29 juli 2001 in Nederland het infrageluid van een uitbarsting van de Etna worden waargenomen.
Infrageluid wordt door het KNMI geregistreerd met zeer gevoelige sensoren: microbarometers. Door op een veld verschillende van deze sensoren op te stellen kan zowel de sterkte als de richting van het geluid op dat veld worden bepaald. Als dit vanuit verschillende velden wordt uitgevoerd dan kan ook de exacte locatie van de geluidsbron worden vastgesteld. Om het publiek goed voor te kunnen lichten wil het KNMI graag weten welke met explosies gepaard gaande verschijnselen in Nederland plaatsvinden, omdat deze vaak met aardbevingen verward worden.
Daarnaast speelt infrageluid-detectie een belangrijke rol bij het wereldwijde sensornetwerk dat toezicht gaat houden op het naleven van het in 1996 gesloten kernstopverdrag. Het infrageluid dat wordt geproduceerd door nucleaire ontploffingen is tot tweeduizend kilometer afstand waar te nemen door de microbarometers. Wereldwijd worden zestig stations ingericht, waaronder een aantal in Nederland. In Deelen, op Texel, bij Witteveen en bij De Bilt zijn de stations operationeel en op het Lofar-veld bij Exloo wordt nu de eerste getest. ‘Het is een zeer bruikbare techniek maar er is nog veel onbegrepen. De kwaliteit van de metingen kan nog worden verbeterd’, zegt Haak. ‘Op dezelfde manier als waarop de astronomen in Lofar een “radio-foto” van de hemel maken, kan ook een (infra)geluidsfoto gemaakt worden. Dat is nu al mogelijk met grove resolutie, maar in het kader van Lofar willen we nog scherpere foto’s te maken die kunnen helpen onbekende bronnen te identificeren’, aldus Haak.

Rendabele windenergie

Joris van Enst, bij Astron werkzaam als wetenschappelijk directeur van Lofar, is verantwoordelijk voor het ontwikkelen van toepassingen, het onderzoek en de aansluiting bij de markt. Als zogeheten BSIK-project heeft Lofar een subsidie ontvangen van 52 miljoen euro van de minister van OCW. BSIK staat voor Besluit Subsidies Investeringen in de Kennisinfrastructuur, geld dat komt uit de Nederlandse aardgasbaten en dat de regering gebruikt om de Nederlandse economie te versterken door te investeren in projecten waarvan men verwacht dat ze positief zullen zijn voor de productiviteit en de concurrentiekracht van de Nederlandse economie. Het geld dat Lofar ontvangt is bedoeld voor het aanleggen van de infrastructuur voor de applicaties astronomie, geofysica/infrageluid, Precisielandbouw en ICT. Het echte onderzoek was daarmee nog niet gefinancierd. Het Samen-
werkingsverband Noord-Nederland, waarin Drenthe, Friesland en Groningen bestuurlijk samenwerken, heeft Lofar in juni van dit jaar 22 miljoen subsidie toegekend om dit onderzoek daadwerkelijk in gang te zetten. Daarmee wordt het voor de betrokken onderzoeksinstellingen en het bedrijfsleven mogelijk om sensortoepassingen voor Lofar te ontwikkelen.
Voor het onderzoek en de (noordelijke) economie betekent dit een flinke impuls en een kans om sensornetwerken en de daarbij behorende ICT-infrastructuur breed toe te passen. Bedrijven kunnen gegevens van de Lofar-toepassingen afnemen, maar als er belangstelling voor is, ook zelf aan Lofar gaan leveren. Zo wordt Lofar niet alleen een netwerk met een computer, maar wordt het een zich uitbreidende gegevensinfrastructuur.
Van Enst: ‘Lofar is in wezen een managementorgaan waarbij Astron de technologiepartner is’. Hij noemt als een van de projecten die momenteel in voorbereiding zijn, het project waarin samen met het KNMI, ECN, KEMA en de technische universiteiten van Delft en Eindhoven wordt gewerkt aan een toepassing voor windenergie waarmee de wind lokaal nauwkeuriger voorspeld kan worden. Een van de problemen met het rendabel maken van windenergie is het precies voorspellen welke capaciteit door een windmolenpark geleverd kan worden, omdat het moeilijk is goede windvoorspellingen te doen. Daardoor zijn dure maatregelen nodig om energiereserves achter de hand te houden. Veel meer windmetingen en meten op verschillende hoogtes kan de nauwkeurigheid van windvoorspelling bij een windmolenpark sterk verbeteren en daarmee dus het rendement verhogen. Deze metingen zullen via Lofar uitgevoerd en verwerkt worden.
Van Enst verwacht dat er steeds meer vraag zal zijn naar combinaties van verschillende sensorgegevens. Niet alleen landbouwapplicaties zijn afhankelijk van nauwkeurige weersvoorspellingen, ook voor bijvoorbeeld watermanagement zijn deze van groot belang. Om die reden verwacht hij dat in de toekomst Lofar een sensornetwerk zal zijn waar klanten die een informatiedienst willen aanbieden, gegevens komen ‘kopen’. De toegevoegde waarde van die gegevens is juist het combineren ervan.
Om deze technologische ontwikkeling voor onderzoeksinstellingen en bedrijven mogelijk te maken zijn sensorspecialisten nodig en daarom zal in 2008 in Assen een hbo-opleiding Sensortechnologie van start gaan.

Maan en Mars

De plannen blijven niet tot Nederland beperkt. Op 15 september zijn door Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt, Astron en anderen, in Bremen plannen gepresenteerd voor To the moon and beyond, een Duits-Nederlands project voor het bouwen van een wetenschappelijk station op de maan door het Duitse lucht- en ruimtevaartconcern EADS en Astron. Daarin moet in 2015 een Lofar-radiotelescoop geplaatst zijn. Sterrenkundig is dat van groot belang omdat daar geen storende radiostraling is en de bronnen nog veel scherper waargenomen kunnen worden dan vanaf de aarde.
Daarnaast is een station op de maan wellicht een interessante een tussenstap naar een station op Mars. De grootste ambitie is daarom om het plaatsen van de radiotelescoop (Lofar) op de maan te gebruiken om een ICT- en energie-infrastructuur op de maan aan te leggen. Net als op aarde is immers een supercomputer nodig om de gegevens te verwerken. De informatie die dan overblijft, moet via een datalink naar de aarde gestuurd worden. Er is nog weinig bekend over gegevenstransport tussen verschillende locaties in de ruimte. Lofar on the Moon zou een mooi testproject zijn om zo’n ICT-infrastructuur te bouwen.

Sluit je aan bij Noorderbreedte!
Laat u informeren en inspireren over alles wat mooi, bijzonder en in ontwikkeling is in het Noorden!
vanaf €37,50