​In die lig van voortgesette #climatestrikes en groter bewuswording oor klimaatsverandering wêreldwyd raak prof Ntshengedzeni Sampson Mamphweli se werk as direkteur van die Sentrum vir Hernieubare en Volhoubare Energie (CRSES) belangriker as ooit.

CRSES, gebaseer in die Universiteit Stellenbosch (US) se Fakulteit Ingenieurswese, is ‘n spilpunt waarom nagraadse studie in die ontwikkeling van hernubare en volhoubare energie landwyd draai. Dit sluit studies oor bioenergie, sonkraggedrewe-fotovoltaïese of termiese energie wind- en hidrokrag-opsies. Die Sentrum onderneem van aanvanklike uitvoerbaarheidstudies tot hoogs tegniese ondersoeke oor nuwe tegnologie. Dis in 2007 gestig, en ‘n dekade later het prof Mamphweni in mid-2017 in die voetspore van stigtersdirekteur prof Wikus van Niekerk gevolg, toe dié dekaan van die US Fakulteit Ingenieurswese geword het.

Vir sy praatjie op 16 Oktober 2019, as deel van die Afdeling Navorsingsontwikkeling se Forward with Research Impact-lesingreeks, fokus Mamphweni op termochemiese en biologiese tegnieke wat gebruik kan word om biomassa in energie te omskep. Die lesing vind om 13:00 in die Ou Hoofgebou op die kampus plaas.

Suid-Afrika se hernubare energie toekoms

Suid-Afrika is daartoe verbind om teen 2030 deur middel van skoon tegnologie en hernubare energiebronne aan minstens 32% van sy energiebehoeftes te voorsien. Dit is die teiken wat in die Geïntegreerde Hulpbronplan van 2018 uiteengesit word.

“Ek dink ten minste 40% is moontlik. Dis hoër as die nasionale teiken, maar dis haalbaar,” daag Mamphweli uit, wat inspirasie vind in lande soos Indië wat op pad is na 'n teiken van 90% hernubare energie verbruik.

Onder sy vele verantwoordelikhede koördineer Mamphweli navorsing oor hernubare energie tussen Suid-Afrika en Indië, onder die BRICS-vaandel. Hierdie inisiatief sal meer gekombineerde navorsingsprojekte en studiegeleenthede vir studente tussen die lande verseker.

Hy dryf ook groter koördinering van navorsing oor hernubare energie tussen universiteite en sentrums in Afrika, as mededirekteur van die Sentrum vir Uitnemendheid in Energie. Dis deel van ‘n alliansie tussen navorsingsuniversiteite in Afrika.

Mamphweli sou graag wou sien dat meer van die tegnologieë wat die afgelope dekade by plaaslike universiteite ontwikkel of bestudeer is, uiteindelik geïmplementeer word. Tog bly hy 'n realis.

Hy meen die land kan mededingend wees as dit kom by die vervaardiging van die infrastruktuur wat nodig is om windenergie, biogas en sonkrag op te wek. Die veel goedkoper fotovoltaïese infrastruktuur wat via China beskikbaar is, is egter 'n heel ander storie. Hy reken dat mens wel werksgeleenthede sou kon skep deur minstens te probeer om van dié tegnologie plaaslik te monteur.

Biogas-man

Mamphweli se kundigheid oor hernubare energie is gevorm deur sy studies oor die vervaardiging van biogas en sintetiese gas danksy die gebruik van afvalstowwe soos houtafval, mieliekoppe en mis as brandstof. As hy sy sin kon kry, sou daar meer bio-ontbinders in Suid-Afrikaanse agtertuine opgerig word om biogas te genereer. Hy sou wou sien dat dit ook by stedelike huise gebeur, en nie net tot die plattelandse gebiede beperk word nie. Daar is ook geleentheid vir munisipale rioolwerke om hul eie elektrisiteit op te wek deur die metaangas te gebruik wat in elk geval opgewek word as deel van hul verpligte skoonmaak van afvalwater. Dié wort tans in meeste gevalle bloot verbrand.

‘n Bio-ontbinder, kortom, is 'n koepelvormige struktuur met ‘n dak oor. Dis van baksteen, plastiek of staal, en word in die grond ingebou. Dit word gevul met afval. Hiervoor kan diere se mis of selfs menslike feses gebruik word. Wanneer water en bakterieë daarmee in aanraking kom, begin die materiaal ontbind en word metaangas vrygestel. 'n Uitlaatpyp neem dan die gas na waar dit nodig is, bv. 'n gasmotor, 'n gasturbine of 'n stoof. Gas kan ook in 'n houer of spesiale sak vasgevang word vir latere gebruik. Bio-ontbinders word algemeen in China en Indië gebruik.

Terwyl hy die idee daaragter verduidelik, maak Mamphweli vinnige sketse op 'n skoon stuk papier. Na jare se eksperimentering weet hy dat 'n byna perfekte 50/50-kombinasie van mis en water nodig is om metaangas te genereer.

“Sowat 25 kg koeimis gee jou 1 kubieke meter gas. Dis 6 kilowatt-ure of ses eenhede elektrisiteit waarmee jy vyf tot ses uur kan kook,” lê hy die syfers uit terwyl hy die tegnologie daaragter bedrieglik maklik laat klink.

As paneellid van die Nasionale Biogasplatform weet hy egter dat die proses oor meer as net die opwek en vasvang van gas gaan. ‘n Mens moet onder andere die gas suiwer en filtreer ook voor gebruik.

Hy weet ook dat dit vir baie mense te veel moeite is om hul bio-ontbinders heeltyd vol mis vanaf hul vee te hou, al kan hulle gratis energie in die proses daaruit kry. Daarvoor het hy ook ‘n oplossing: die gebruik van stelsels wat direk aan ‘n huishouding se rioolstelsel gekoppel kan word.

“Jy’t hiervoor net ‘n inlaat- en ‘n uitlaatplek nodig, en ‘n houer om die gas in op te vang,” verduidelik Mamphweli al sketsend kortliks verder.

Ja, hy weet mense sal daarvoor ook hul neuse wil optrek. Daarom voeg hy vinnig by: “’n Mens het nêrens nodig om direk met die afvalwater in aanraking te kom binne die sisteem nie.”

Een van sy PhD-studente het onlangs begin om 'n bio-ontbinder te installeer op die US se Mariendahl eksperimentele plaas buite Stellenbosch. Mis, verkry van die varkhokke op die plaas, sal gebruik word om biogas te produseer, en ‘n 10 kW gasenjin aan te dryf. As dit suksesvol is, kan dit gebruik word om beligting buite om die plaas aan te dryf.

Jeug

Mamphweli het via die Universiteit van Fort Hare na Stellenbosch gekom. Daar was hy sedert 2005 ‘n Eskom navorsingsgenoot. Dis in die Oos-Kaap waar hy begin dink het oor die detail agter die gebruik van biomassa as ‘n bron van energie, as deel van die PhD in Fisika wat hy in 2010 behaal het. Nadat hy gegradueer het, het hy navorsing oor biogas-ontbinders gedoen. Uit sy navorsing het die installasie van honderde bio-ontbinders en sonpanele in die landelike dele van die Oos-Kaap en gebiede aangrensend aan Lesotho gespruit.

Hy’t van kleins af ‘n besondere affiniteit vir fisika gehad. Vandag lag hy bietjie vir hoe sy jonger self probeer het om alles wat rondom hom gebeur het in terme van fisika aan sy tienervriende te verduidelik. In sy finale matriekeksamen het hy 100% vir dié vak gekry, maar vir chemie het hy nie dieselfde belangstelling gehad nie. 

Sy jonger self het gedroom daarvan om 'n vlieënier of ‘n dokter te word. Na dié bebrilde professor in 1997 aan Lwenzhe Hoërskool in Limpopo gematrikuleer het, is hy egter nie eens deur die nasionale lugredery genooi vir ‘n onderhoud as deel van hul kadetprogram nie. ‘n Gebrek aan fondse het ook ‘n stokkie gesteek voor sy doktersplanne, al is hy gekeur om medies aan MEDUNSA te gaan studeer.

"Daardie brief (van aanvaarding) het aangedui hoeveel ek moes betaal en wat alles nog. Ek’t omtrent R20 000 nodig gehad. Ons huishouding het dit net nie beskikbaar gehad nie. Ek’t nie ‘n beurs gehad nie. So is ek toe na die Universiteit van Venda, en het aansoek gedoen om daar te studeer,” verduidelik Mamphweli hoe dit gebeur het dat hy 20 kilometer vanaf sy ouerhuis begin studeer het.

Sy keuse het op omgewingswetenskap geval, omdat hy lief is vir die natuur.

"Ek’t toe vir myself gesê dat ek eendag in die Kruger Nasionale Park wil werk," onthou Mamphweli die uitdaging wat hy vir homself gestel het.

Dié word toe darem een jeugdroom wat wel bewaarheid is. Na afloop van sy honneursgraad het Mamphweli homself tussen 2002 en 2004 in Afrika se oudste bewaringsgebied bevind. Hy het die impak van olifante op die bome langs riviere aan die suidekant van die park bestudeer. Hieruit sou sy meestergraad ook vloei.

"Daardie tyd in die Kruger Nasionale Park was bes moontlik die beste tyd van my lewe," onthou hierdie ywerige voëlliefhebber wat ook van vinnige motors hou. "Ek besoek dit steeds soveel moontlik.”

Na afloop van sy meestersgraadstudies het hy die opsie gehad om olifante ook die tema van ‘n doktorsgraad te maak. ‘n Advertensie vir PhD-studies oor bio-ontbinders by die Universiteit van Fort Hare het egter sy oog gevang. So het hy deel geword van die Eskom-navorsingsgenootskap se ontwikkelingsprogram vir swart wetenskaplikes.

"Ek’s geensins, geensins spyt oor die besluit nie,” benadruk Mamphweli. Hy glo hy het al ‘n invloed op voetsoolvlak gehad deur die installering van bio-ontbinders in plattelandse gebiede, en maak ook nou nasionaal ‘n verskil.

"Ek is lief vir die natuur, maar ek is ook lief vir die energie-sy van die lewe,” sê die professor, wat tans besig is om ‘n boek te redigeer oor onafhanklike kragvoorsieners in Afrika.