äctiecode label

TOEKOMST VAN DUURZAME ENERGIE

Overgenomen, met toestemming, uit
"VOEKSNIEUWS",
het magazine voor gepensioneerden van SHELL.

KEES IJZERMAN & KEES DE GROOT, ENERGIETRANSITIEOVOEKS.NL

Je kan er niet meer omheen, in de media, de politiek en het maatschappelijk debat is de transitie naar duurzame energie al in volle gang. Eenvoudig is dat niet hoewel sommigen er wel simpel over denken. In de afgelopen 30 jaar nam het wereldverbruik van fossiele brandstoffen toe tot zo’n 11 duizend miljoen ton olie-equivalent (Mtoe) per jaar, en de beoogde energietransitie naar duurzame energie zou een daling naar 0 in de komende 30 jaar inhouden. Met name ‘zon en wind’ zullen vooralsnog de duurzame kar moeten trekken, plus slim zuinig gebruik. In dit artikel een paar nuchtere observaties.

In 2015 gebruikte de wereld 570 exajoules aan energie, dat is een getal met 18 nullen! Hiervan is 85% energie uit fossiele bron afkomstig. Door de groei van de wereldbevolking en toenemende welvaart zal het energieverbruik nog gaan groeien naar ca. 1000 exajoules per jaar, is de verwachting. Op dit moment gebruikt de wereld dus meer dan 11 duizend miljoen ton (Mtoe) fossiele brandstof per jaar, oplopend naar 13 duizend in 2040 als er geen drastische reductie plaat vindt (bron: IEA). Reductie naar 10% van het gebruik van fossiele brandstoffen betekent vanaf nu wereldwijd een reductie van ongeveer 1 Mtoe per dag! Omgerekend naar bekende duurzame bronnen is dat bij elkaar (!) een 1,5 gigawatt kerncentrale plus 750 windturbines van 4 MW plus miljoenen zonnepanelen, elke dag! Het wordt dan ook een enorme uitdaging om de wereldwijde energievraag te verminderen en de hoeveelheid fossiele energie te vervangen door duurzame energie. In dit artikel beperken we ons daarom maar tot Nederland, dat wordt al moeilijk genoeg. Nederland gebruikt ca. 3000 PJ (petajoules) per jaar, dat is een 3 met 15 nullen aan Joules.

Er zijn vele alternatieve bronnen van energie. Sommige zijn ‘duurzaam’ wat betekent dat de energiebron niet eindig is, bijvoorbeeld zon- en windenergie, en andere bronnen die uiteindelijk wel eindig zijn maar waarbij tijdens opwekking en gebruik weinig of geen CO2 vrijkomt, bijvoorbeeld kernenergie en waterkracht. Daarnaast zijn er bio-energie, wind- en zonneenergie, aardwarmte, getijdestromingen, zout/zoetwater membranen, energie uit golven. Veel van deze energiebronnen zijn kleinschalig en zullen maar een bescheiden rol  kunnen spelen. We gaan daar in dit artikel niet verder op in.

Andere energiebronnen zijn belangrijker maar hebben naast het voordeel om duurzaam of CO2-arm te zijn, andere belangrijke nadelen t.o.v. fossiele energie: door de niet vraag-gestuurde levering van zon- en windenergie is grootschalige opslag nodig .

en dat is voor elektriciteit technisch ingewikkeld en onbetaalbaar. Of, door hun geringe energielevering per oppervlakteeenheid leggen ze een groot beslag op andere middelen zoals landbouwgrond en vegetatie (biobrandstoffen) of gaan gepaard met moeilijk te hanteren afvalstromen (kernenergie)

Opvallend is dat in onze samenleving vooral aandacht is voor bronnen die elektriciteit opwekken, met name zon en wind. Dat terwijl momenteel in Nederland slechts minder dan 20% van de energievraag elektriciteit betreft. Dat veronderstelt dus dat een vergaande elektrificatie van onze samenleving gaat plaats vinden, met name ook voor verwarming en transport. Het is maar de vraag of dat ook kan, zoals in eerdere artikelen in Voeksnieuws (VN) al is besproken. Maar het grootste probleem met bronnen die elektriciteit opwekken is dat dit eigenlijk niet grootschalig kan worden opgeslagen. De kosten van opslag dalen weliswaar (de trend is naar 100$ per kWh) maar de energiedichtheid van batterijen is vooralsnog erg laag: 70 kg batterij bevat evenveel energie als een liter diesel. Om de totale energie vraag in Nederland van een dag op te slaan is 15 miljoen ton aan batterijen nodig. Om alleen huidige vraag naar elektrische energie voor 1 dag op te slaan is nog steeds 3 miljoen ton nodig! Kosten: €30 miljard.

kaart Nederland

start pag. 2

Toch wordt groot ingezet op energie uit wind, met name offshore windparken. De kosten gaan gestaag omlaag, momenteel € 0,14 per kWh. Windenergie op land is eigenlijk alleen effectief langs de kust (zie het overzicht van windsnelheden op land). Bedenk daarbij dat de opbrengst evenredig is met derde macht van de windsnelheid dus bij windkracht 3 levert de molen nog maar 12% van het ontwerpvermogen

Maar ook offshore zijn gigantische aantallen windmolens nodig om aan de energievraag te voldoen. Bij volledige elektrificatie van onze samenleving zijn dan 40.000 molens nodig. Als we alleen de huidige vraag naar elektrische energie opwekken zijn 8000 molens nodig. Gaan we ook nog eens over op warmtepompen en elektrisch personenvervoer dan zijn ca. 12.000 molens nodig. En dat veronderstelt dan dat we elektriciteit ook heel grootschalig kunnen opslaan, wat voorlopig niet kan. Realistischer is dan ook dat we niet meer vermogen installeren dan de gemiddelde elektrische energievraag per dag. Dus geen overcapaciteit bij windkracht 6 en hoger. Als we uitgaan van een rendement offshore van 50% betekent dat we met windkracht nooit meer dan 50% van de gemiddelde vraag naar elektrische energie kunnen opwekken.

Is zonne-energie de heilige graal dan? Ook zonne-energie is immers aanbod gestuurd maar beter voorspelbaar dan wind. ’s Nachts komt er geen stroom uit de zonnepanelen. Overdag energie opslaan om ’s avonds en ’s nachts te gebruiken kan, zeker voor huishoudens, maar is duur (€ 5000,- per woning en ca. € 35 miljard voor het hele land). Dan hebben we het over 20% van het stroomverbruik en dus enkele procenten van het energiegebruik in Nederland.

Probleem is dat zonne-energie, net als windenergie overigens, veel ruimte nodig heeft op onze breedtegraad omdat de

kaart Europa

energiedichtheid van de zon hier relatief laag is. In Nederland levert een paneel 120 kWh/m2 per jaar op, in het Zuiden veel meer. Zie het plaatje van Europa. Het gevolg is dat om aan de huidige vraag naar elektrische energie te voldoen 4630 km2 aan zonnepanelen nodig is (bijna de oppervlakte van de provincie Noord-Brabant) plus 30 miljard euro voor opslag. Dat lijkt allemaal niet realistisch. Wat we echt kunnen bereiken met zonne-energie in Nederland ligt in de orde van grootte van enkele procenten van ons energieverbruik.

Biomassa heeft nu al een veel groter aandeel in de energievoorziening (7%) dan wind (3%) en zon (1%). Toch neemt de weerstand tegen het gebruik van biomassa voor elektriciteitsproductie snel toe. De beperkt beschikbare biomassa kan beter gebruikt worden als voeding voor de chemie maar ook om brandstoffen te maken die niet door elektriciteit vervangen kunnen worden zoals kerosine. Waterstof: dit is geen energiebron maar een energiedrager. Het kost energie om waterstof te maken. Maar het is wel een heel goede opslag van energie en net zo gemakkelijk te transporteren als aardgas. En, zoals we in een eerdere VN hebben gezien, een prima brandstof voor voertuigen, met name vrachtverkeer en scheepvaart. Maar het moet dan wel ‘groen’ worden geproduceerd wat heel beperkt zou kunnen door toch maar overcapaciteit offshore wind te bouwen, of met een fundamenteel nieuwe aanpak, op heel grote schaal te produceren met zonne-energie in woestijnen.

Dus hoe kan op de middellange termijn, zeg na 2050, veronderstellend dat dan ook methaan in de ban is, de energievoorziening er uitzien.

Wind 0p zee   10% 
Wind op land.    1%
Biomassa  10%
zonne-energie   5%
'Groene' waterstof 20%
Overige bronnen 54%

De grote vraag is dan natuurlijk: waar komt de ‘overige’ 54% vandaan? Zou dat kernenergie zijn? Of toch nog aardgas? Of een combinatie. Of toch iets nieuw met een spectaculaire opbrengst? Laten we er maar niet op gokken: Het lijkt erop dat op termijn kernenergie onvermijdelijk is. We kunnen in dat geval dan beter maar snel investeren in de ontwikkeling van een nieuwe generatie technologie die kerncentrales goedkoper en veiliger zal maken. En goed nadenken hoe we het nucleaire afval veilig voor de generaties na ons kunnen opslaan en/of verwerken. In een volgend artikel over kernenergie komen we daarop terug.

 

 

VOEKSNIEUWS | NR. 09, SEPTEMBER 2019