Dick Thoenes.
Deel 1 en 2 zijn hier en hier te vinden.
Energie
Vroeger was brandhout de belangrijkste energiebron. Reeds in de 17e eeuw ontstond in Engeland een tekort aan brandhout en ontdekte men de mogelijkheid om steenkool te delven en te gebruiken. In de tweede helft van de 19e eeuw begon het gebruik van olie op te komen en in de 20ste eeuw van aardgas. Dit zijn alle drie ‘fossiele’ brandstoffen, die tientallen tot honderden miljoenen jaren geleden gevormd zijn uit plantenresten. Wat wij nu in een tijd van enkele eeuwen verbranden, heeft miljoenen jaren gekost om gevormd te worden.
Hier raken we direct de kern van dit probleem. Ook al zullen er nog veel voorraden van fossiele brandstoffen ontdekt worden, zal toch eens blijken dat de voorraden eindig zijn. Bij voortdurend gebruik zullen ze ooit een keer uitgeput raken. De grote vraag is wanneer dit verwacht kan worden. Dat is moeilijk te schatten. In 1930 meende men dat de voorraad aardolie bij toenmalig verbruik nog reikte voor ongeveer 30 jaar. In de jaren ’70 meende men dat ook, hoewel het jaarlijks verbruik zeker 100 keer groter was geworden (de aangetoonde voorraden dus ook). Nu zijn de schattingen uitgedrukt in jaren zelfs toegenomen, ondanks voortdurend stijgend verbruik. Op dit moment worden er per jaar meer voorraden aan aardolie ontdekt dan er aan aardolie wordt verbruikt. Hier wordt dus (tijdelijk) aan de voorwaarde van duurzaamheid voldaan. De voorraden steenkool zijn vele malen groter dan die van olie en er bestaan reeds voldoende technieken om steenkool eventueel in vloeibare brandstoffen om te zetten. Ook aardgas kan in vloeibare brandstoffen worden omgezet.
Een nieuwe zeer grote bron van fossiele brandstoffen wordt gevormd door de gashydraten, vaste verbindingen van methaan en water, die alleen bij hoge druk kunnen bestaan en op de zeebodem voorkomen (zie Van Kasteren, 2002). Inmiddels is het veelbelovende schaliegas ontdekt. Dit alles overziende lijkt de nood niet acuut.
In beginsel zou het broeikaseffect op de lange duur echter een grens kunnen zijn voor het verbruik van fossiele brandstoffen. Dit zal echter waarschijnlijk nooit het geval zijn. Maar het is goed dat er nu reeds aan andere vormen van energieopwekking wordt gedacht. We moeten daarbij onderscheid maken tussen elektriciteitsopwekking (ongeveer 10% van het energieverbruik) en energiebronnen voor verwarming, industrie en vervoer (samen 90%). Voor de eerste is kernenergie ongetwijfeld de beste oplossing, waar mogelijk in combinatie met waterkracht. Zou het effectief benutten van kernfusie-energie ooit lukken, dan zijn alle problemen de wereld uit. Maar dat is nog verre toekomstmuziek. Waterkracht kan slechts in bepaalde gebieden worden gewonnen. Windenergie heeft het bezwaar van betrekkelijk geringe effectieve rendementen en daardoor hoge kosten. Zonne-energie heeft diezelfde bezwaren, maar hier is nog veel ruimte voor verbetering, zowel betreffende rendementsverhoging als kostenverlaging (dit is bij windenergie veel minder het geval). Op de lange duur lijkt daarom zonne-energie de meestbelovende. Beide vormen van energieopwekking hebben echter het grote bezwaar dat ze slechts gedurende een deel van de tijd werkzaam kunnen zijn, zodat er altijd voldoende opwekkingscapaciteit op basis van fossiele brandstoffen of kernenergie beschikbaar moet blijven.
Op dit ogenblik moeten wind- en zonne-energie concurreren met energie op basis van fossiele brandstoffen, waarbij de integrale kosten van wind- en zonne-energie moeten worden vergeleken met de brandstofkosten van thermische centrales. Deze zijn minstens een factor vijf lager, waardoor grootschalige toepassing van deze nieuwe energievormen op het ogenblik economisch onverantwoord is. Omdat we ons geld maar één keer kunnen uitgeven, kan men argumenteren dat het bouwen van windmolens op dit moment niet in overeenstemming is met het streven naar duurzaamheid. Het geld kan beter worden gebruikt!
Het probleem van de variabele energieproductie (van windmolens en zonnecellen) zou kunnen worden opgelost met een effectieve energieopslag. Dit kan met grootschalige accubatterijen, die nog in ontwikkeling zijn, of met behulp van grote waterbassins. Beide methoden zijn duur en geven weer veel rendementsverliezen.
Het verbranden van biomassa (afval van land- en bosbouw) voor elektriciteitsopwekking wordt momenteel als ‘duurzaam’ aangeprezen. Er zijn drie opvallende bezwaren aan verbonden: door de geringe energie–inhoud zijn de kosten van transport en hantering prohibitief (vergeleken met die van bijv. steenkool), er wordt veel luchtverontreiniging veroorzaakt, en de uitstoot van CO2 is relatief hoog (bovendien wordt de natuurlijke C–cyclus kortgesloten). Mijns inziens is grote schaal–toepassing hiervan in strijd met de doelstellingen van duurzaamheid.
Het vinden van brandstoffen voor het verkeer is een ander probleem. Op het moment is de beste oplossing het gebruik van brandstofcellen, waarbij de benodigde waterstof wordt gemaakt door elektrolyse van water, waarvoor de stroom wordt geleverd door kerncentrales. Voor de verwarming van gebouwen lijken warmtepompen (met elektrische aandrijving) het meest geschikt. Voor de industrie is op den duur elektriciteit waarschijnlijk de belangrijkste energiebron. In alle gevallen valt men dan dus terug op elektriciteitsopwekking.
Wanneer we de energieproblematiek voor de langere termijn bekijken, dan lijkt het dat er op grote schaal moet worden geïnvesteerd in onderzoek naar zonnecellen, naar technieken voor energieopslag en naar kernfusie.
Materialen
Vroeger werden naast steen voornamelijk materialen gebruikt die uit de levende natuur werden verkregen. Nog steeds spelen hout, katoen, wol e.d. een belangrijke rol. In de oudheid werd al ontdekt dat men uit ertsen bepaalde metalen kon winnen, met name brons (een legering van koper en tin) en ijzer. Ook het bakken van klei tot keramiek en het maken van glas uit zand en soda zijn zeer oude technieken.
Tegenwoordig zijn de mogelijkheden voor het maken van materialen uit anorganische grondstoffen enorm toegenomen. En er zijn allerlei specifieke toepassingen ontdekt voor een groot aantal metalen, zoals zilver, koper, goud, platina, nikkel chroom, zink, enz. Maar in de afgelopen eeuw werd al ontdekt dat we voor een aantal metalen aanlopen tegen de grenzen van de beschikbaarheid.
Dit is nu al een acuut probleem bij bijvoorbeeld rhodium, dat wordt gebruikt in uitlaatkatalysatoren. Wij weten dat we bepaalde metalen alleen maar kunnen maken uit de overeenkomstige ertsen en als die opraken kunnen we deze metalen niet langer op de gewenste schaal toepassen. Vandaar dat men al vroeg begonnen is met afscheiding en terugwinning van gebruikte metalen (‘recycling’). Ook voor een veel voorkomend metaal als ijzer wordt al lange tijd grootschalige recycling toegepast.
Het probleem van het gebruik van materialen in een duurzame wereld kan als volgt worden samengevat:
- Er moet worden gestreefd naar een zo volledig mogelijke recycling.
- Omdat afscheiden van metalen uit mengsels (bijv. gebruikte auto’s, computers e.d.) veel energie kost, moet hier afhankelijk van de energieprijs een optimale situatie worden bepaald.
- Voor het niet economisch terugwinbare deel van de metalen moet in de behoefte worden voorzien door mijnbouw, mits er per jaar niet meer ertsen worden verbruikt dan er in dat jaar aan voorraden wordt ontdekt.
- Er moeten nieuwe materialen worden ontwikkeld die metalen kunnen vervangen. Hiervoor zijn twee mogelijkheden: materialen op basis van kunststoffen en materialen op basis van glas en keramiek (alsmede composieten van beide typen).
- Bouwmaterialen op basis van anorganische grondstoffen (zand, klei, kalksteen, gips e.d.) zullen altijd wel beschikbaar blijven. Het kan echter zijn dat het energieverbruik bij de bereiding van baksteen en beton op den duur te kostbaar wordt. Dan kan men wellicht overgaan op kunststof-materialen, op een manier dat deze bij een eventuele sloop volledig kunnen worden teruggewonnen.
Bij het streven naar duurzaamheid spelen kunststoffen als materialen een belangrijke rol. Wanneer men enkele procenten van het huidige aardolieverbruik zou reserveren voor de bereiding van kunststoffen, dan zijn hier voor schier onbepaalde tijd veel interessante mogelijkheden. Men is vergevorderd in het ontwikkelen van zeer sterke composietmaterialen, die bijvoorbeeld staalplaat in de auto–industrie kunnen vervangen. Er bestaan inmiddels ook polymere materialen die warmte en elektrische stroom geleiden en die eveneens bepaalde metalen kunnen vervangen.
Wanneer er voldoende elektrische energie tegen lage prijs beschikbaar zou komen, kan men nieuwe materialen ontwikkelen op basis van anorganische grondstoffen, bijvoorbeeld silica. Verbindingen van het type ‘siliconen’ bieden nog allerlei nieuwe mogelijkheden.
Als de fossiele brandstoffen inderdaad op zijn, bestaat er nog de mogelijkheid om organische verbindingen te synthetiseren op basis van kalksteen en water, maar dergelijke processen kosten buitengewoon veel energie. In feite moet de energieprijs wel erg laag zijn om dergelijke ontwikkelingen mogelijk te maken.
Landbouwgrond en water
Het zou te ver voeren deze onderwerpen hier in enig detail te bespreken. Daarom volsta ik met een verwijzing naar het boek van Lomborg (2001), die argumenteert dat beide problemen in principe met geld en bestaande technieken zijn op te lossen.
Hij stelt dat de opbrengst van landbouwgronden nog meer dan verdubbeld kan worden en dat er dan voldoende landbouwgrond is om 12 miljard mensen te kunnen voeden. De belangrijkste praktische problemen zijn de omvang en de effectiviteit van transport en opslag van landbouwproducten, om ervoor te zorgen dat alle mensen in feite altijd toegang hebben tot voldoende voedsel. Dit is in principe een kwestie van veel geld en veel energie. Daarnaast moeten allerlei politieke problemen worden opgelost, die nu plaatselijke honger bestendigen.
Volgens Lomborg valt in de meeste landen voldoende regenwater. Om dit het hele jaar door bij de mensen te krijgen, zijn reusachtige investeringen nodig in leidingen, pompen, zuiveringsinstallaties en opslagtanks. Alweer een kwestie van zeer veel geld, en daarnaast van energie.
Is duurzaamheid ooit haalbaar?
Om een situatie van werkelijke duurzaamheid te benaderen zullen er onvoorstelbare technologische ontwikkelingen nodig zijn. Deze vragen uiteraard veel inspanning en veel geld, maar ook veel inspiratie en vooral een wil tot innovatie.
Of wij in de loop van de tijd dichter bij het ideaal van duurzaamheid komen, hangt allereerst van af of het tempo van technologische ontwikkelingen het zal winnen van het tempo van bevolkingsgroei. In de afgelopen honderd jaar was dat zeker het geval en ook nu ziet het er naar uit dat dit voor de komende vijf à tien jaren wel op zal gaan. Helaas is de wil tot technologische innovatie in de westerse wereld echter sterk aan het afnemen. Dit zou wel eens de grootste hinderpaal kunnen zijn op de weg naar duurzaamheid.
Het zal verder van groot belang zijn of de prioriteiten goed worden gesteld. Bij het huidige beleid in Nederland, gericht op een verlenging en aanscherping van het Kyoto–protocol en op het opwekken van ‘groene stroom’, lijkt dit niet het geval te zijn. Er is mijns inziens een ombuiging nodig weg van windenergie en biomassa–verbranding, vooral gericht op kernenergie voor de korte termijn en kernfusie en zonne–energie voor de lange termijn. Vervolgens zal er veel onderzoek moeten worden gedaan naar meer effectieve recycling en naar ontwikkeling van materialen voor de toekomst. Voor de overige duurzaamheids–doelstellingen moet vooral veel geld en veel energie beschikbaar zijn. Ik denk dat deze alleen beschikbaar kunnen komen als de reusachtige verkwisting van geld, materialen en energie die wij nu kennen in de Westerse wereld wordt afgeremd. Ik doel hier niet alleen op de verkwistingen door consumenten maar vooral ook op de grootschalige verkwistingen door de overheid (zoals windmolensubsidies).
Samengevat: voor het bereiken van duurzaamheid (‘sustainability’) zijn enorme technologische ontwikkelingen en is onvoorstelbaar veel geld nodig. Verspilling van menselijke energie en van geld aan verkeerde prioriteiten brengt ons verder af van uiteindelijke duurzaamheid.
Literatuur
Duurzaamheid en Chemie (Interdepartementaal Onderzoekprogramma DTO, 1996)
B. Lomborg, The Skeptical Environmentalist (2001).
J. van Kasteren, Duurzame Technologie (Natuur en Techniek, 2002)
Mooi artikel!
Een toevoeging: de bovengrens van energieopslag in batterijen is 700Wh / kg.
Per kg. batterijen kan een auto nooit meer dan 6 km rijden.
Het opslagprobleem bij zonne-energie is groot: dag-nacht, zomer-winter.
In de verre toekomst zijn zonnepanelen in de ruimte wellicht haalbaar.
Milieu organisaties hanteren het “moeder aarde” model.
Laten we dan de fossiele brandstoffen als moedermelk beschouwen. Daar groeit het kindje goed op. Ook verwijzen de milieu organisaties graag naar de zon als primaire energiebron om zonne energie te promoten. In die trant redeneer ik, dat we de zon op aarde moeten nabouwen . Compacte fusie reactoren per stad/ industrie. Dat maakt een uiterst kostbaar en landschapsontsierend koppelnet overbodig.
Sterker : ik denk dat wanneer wij er t.z.t. niet in slagen die reactortjes te ontwerpen het met onze levensstijl gedaan is.
David
Is uitgaan van thorium niet veel realistischer?
Ja, maar er zijn kleine compacte krachtbronnen nodig voor de transportsector.
Iha is vooruitgang afname van volume (kerkklok –> polshorloge etc)
Een andere tendens is flexibiliteit, zoals snoerloze apparaten. Een supergrid is volgens zo’n inzicht achteruitgang. Thorium reactoren kunnen straks prima stadsregio’s bedienen.
Toevoeging:
van de week aanzittend in de Balie (eco modernistisch manifest) promote een Greenpeace medewerker zijn toekomstvisie op energiegebied: windmolenparken, zonnepanelen en een wereldwijd supergrid want het waait niet altijd ’s nachts. Dat is in volstrekte tegenspraak met algemene kenmerken van vooruitgang, het is een oude Sovjet sikkel en hamer benadering. Maar ja, GP en communisme vertonen sterke overeenkomsten. Neem alleen al de heilsverwachting en megalomane meerjarenplannen.
Supergrid is wel een aardige gedachte maar in de praktijk niet uitvoerbaar, we importeren ook geen gratis aardwarmtestroom uit IJsland omdat het energieverlies evenredig is met de afstand en het kwadraat van de stroomsterkte.
Een interessant ovezicht van LENR , Low Energy Nuclear Reaction, ook wel koude fusie genoemd.
Het ziit er niet aan te komen, het is er!
http://www.lenr-forum.com/forum/index.php/Attachment/386-IEEE-brief-DeChiaro-9-2015-pdf/
Mooi overzichtsartikel voor een leek (zoals voor mij).
Misschien iets voor HAVO en VWO?
Wegens technische moeilijkheden plaats ik hierbij een reactie van Jeroen Hetzler.
Dit was weer een prima artikel.
Kernfusie is een enorme uitdaging gebleken. Over kleine compacte fusie-reactoren bestaat o.a. deze informatie. We wachten het af. En in de tussentijd is het verstandig werk te maken van thoriumreactoren. Ik onderstreep de opmerking dat de huidige verkwistingen aan hernieuwbare energievormen moet worden stopgezet.
https://www.elektrotechniek365.nl/nieuws/nieuwe-fusiereactor-kan-100-000-mensen-voorzien-van-elektriciteit?utm_source=Thema%20Infra%20%26%20Energie&utm_medium=email&utm_campaign=nieuwsbrief_Elektrotechniek365&utm_id=41472#comments
http://www.scientias.nl/nieuwe-fusiereactor-kan-de-wereld-veranderen/
http://www.visionair.nl/techniek-2/visionaire-projecten/kernfusie-vijf-jaar-realiteit/
Inderdaad, weg van “duurzame” windenergie en biomassa–verbranding, op weg naar Thorium-232-MSR energiecentrales wereldwijd en niet alleen in China: veilige thorium-centrales waarbij geen meltdown mogelijk, enorme voorradenThorium voor duizenden jaren, lage straling, hoge EROI en energiedichtheid, en de kernwapens van nu kunnen als brandstof dienen. Opstoken die vermaledijde kernwapens in de Thorium-centrales.
Thoenes verwacht veel van ontwikkeling van zonnecellen.
Maar zodra de huidige salderingsregeling losgelaten wordt, stort de vraag bij particulieren volledig in.
En dat loslaten moet een keer gebeuren, want het betreft een dure manier om de marktwerking onder controle te krijgen.
Een systeem dat niet uitgaat van gezonde marktwerking kan nooit een goede economische basis zijn.
Beste Theo,
op grond van fysica is hooguit een verdubbeling van het rendement van PV zonnecellen te verwachten. Dat is aanzienlijk, maar zet geen zoden aan de dijk. Zelfs 100% rendement per m2 stelt mondiaal gezien nog niks voor. Energiedichtheid is de clue. En die is voor wind, zon, gewoon te laag om onze huidige vorm van ontwikkeling te kunnen voorzien. Het is niet voor niets dat sinds de uitvinding van de stoommachine het zo snel is gegaan met de ontwikkeling van de mensheid, en dan kun je elk denkbaar vlak hier voor invullen.
Je hebt gewoon een super efficiënt energie supply systeem nodig om de verdere ontwikkeling te kunnen voeden. En als je gelooft dat CO2 een probleem is, blijft er maar een oplossing over: nucleair.
Upgrading van zonnepanelen is omgekeerd evenredig aan de duurzaamheidsgedachte. Je zult steeds meer schaarse grondstoffen en energie moeten toevoegen aan de productie. Kostprijs wordt dan navenant en zal marktpositie bezwaren. Ook zouden we het nog eens kunnen hebben over de kwaliteit van de milieuwetgeving in die landen waar zonnepanelen worden geproduceerd.
Beste Semper Fi,
de huidige acceptatie van PV door burgers is geheel en al terug te voeren op het enorme voordeel dat via saldering mogelijk is: overdag, als je niet thuis bent, zonnestroom in het net pompen, en in de avond die stroom weer uit het net halen. Nu betaal je geen transportkosten, energie belasting, opslag toeslag en BTW over al deze kosten voor het gesaldeerde. Stroom is namelijk niet zo kostbaar, voor 5 a 6 ct/kWh kun je bijna overal terecht. Het zijn de heffingen, belastingen die er voor zorgen dat een kWh 22 a 25 ct gaat kosten. Als salderen geschrapt gaat worden, daalt de animo om PV op je dak te leggen tot 0.000000. Niemand gaat die investering aan met een terugverdientijd van 20 jaar. In die tijd ben je 3 keer verhuisd.
Er is geen “level playing field”. Wie zonne-energie op het net dumpt, moet dezelfde prijs (5 ct) krijgen als andere producenten. Nou hebben de grote energieproducenten niet het lef (of het gaat om te weinig geld) om hierover te procederen, maar ik denk dat ze zouden winnen. Dan is de bubble voorbij.
Niemand hoort zonne energie op het net te “dumpen”
Dat is een ander opzadelen met de lasten.
Elektriciteit is als een fietsketting, je stopt er precies de power in die nodig is.
PV hoort te leveren aan een lokaal net of een buffer. Die buffer kan dan door de netbeheerder worden ingezt, niet door de eigenaar.
De elektriciteitsmaatschappijen hebben geen ruggengraad en laten zich deze onzin welgevallen voor hun groene imago. Slapjanussen.
En waarom zou je zonnestroom bufferen ipv direct gebruiken?
O ja zonnestroom is links en dus ben je tegen.
Zonnestroom is prima stroom, vervuilt niet, is stil, zorgt voor lagere transport verliezen etc. etc.
Overigens, je kan niet kwh voor kwh uitwisselen want in de middag is de prijs per kwh anders dan om 21 uur
Inderdaad in de middag is de stroom duurder dan in de avond.
He Janos, man van veel stof en weinig wol,
Je zegt maar wat – zelfs als het niet over klimaat gaat. Ochtends en aan het begin van de avond is de stroom in het algemeen het duurst o.a. omdat op die tijdstippen mensen opstaan dan wel thuiskomen en elektriche apparaten aan zetten. Hier ter illustratie een actueel snapshotje van de prijsvorming.
https://www.apxgroup.com/market-results/apx-power-nl/dashboard/
“Er moet worden gestreefd naar een zo volledig mogelijke recycling” Leuk gezegd, maar wel een relativering; In al dat cradle-to-cradle gezwets wordt altijd op een subtiele manier weggelaten, hoeveel energie je moet toevoegen om gerecyclede producten de markt op te krijgen (b.v. puingranulaat, metalen en compost). Als oud werknemer van een aannemers- en recylingbedrijf , staan de brandstofrekeningen van vrachtauto’s, puinbrekers, asfaltfraisen en zeefmachines me nog zeer helder voor de geest. Hoe zich dat moet verhouden tot duurzaamheid, is mij in ieder geval niet duidelijk.
De onzin komt vanuit politburo’s met opgehokte, elders nutteloze hoogopgeleiden met een verwrongen beeld van de realiteit.
Zeker, langdurig opgeleiden zijn ook langdurig gehersenspoelden.
Ik hoop dat mijn verwachting op goedkope kernenergie uitkomt. Dan is recycling makkelijker haalbaar ;-)