Ongemakkelijke waarheden over de energietransitie Bill Gates heeft gezegd dat als het gaat om het begrijpen van de energierealiteitBill Gates heeft gezegd dat als het gaat om het begrijpen van de energierealiteit ‘… we sommetjes moeten maken’. Hij heeft gelijk.

Auteur: Mark P. Mills

Uit de oude doos.

Er gaat geen week voorbij zonder dat een burgemeester, gouverneur, beleidsmaker of expert zich aansluit bij de haast om een energietoekomst te eisen of te voorspellen die volledig is gebaseerd op wind/zon en batterijen, bevrijd van de ‘last’ van de koolwaterstoffen die samenlevingen al eeuwenlang van energie hebben voorzien. Ongeacht iemands mening over het feit of een energietransitie noodzakelijk is of niet, de fysica en economie van energie in combinatie met schaalrealiteiten maken duidelijk dat er binnen afzienbare tijd niets mogelijk is dat ook maar enigszins lijkt op een radicaal nieuwe energie-economie. Bill Gates heeft gezegd dat als het gaat om het begrijpen van de energierealiteit ‘we sommetjes moeten maken’.

Hij heeft gelijk. Dus in mijn recente rapport van het Manhattan Institute,The New Energy Economy: An Exercise in Magical Thinking’, deed ik precies dát wat hij suggereerde.

Dit is dan een samenvatting van enkele van de belangrijkste conclusies uit de onderliggende berekeningen. (Zie het volledige rapport voor uitleg, documentatie en citaten.)

Realiteit wat betreft de omvang van de vraag naar energie

1. Koolwaterstoffen leveren meer dan 80 procent van de wereldenergie: als dat allemaal in de vorm van olie zou zijn, zou dat een rij vaten opleveren van Washington DC naar Los Angeles, en die hele rij zou elke week ter hoogte van het Washington Monument groeien.

2. De kleine daling van twee procentpunten in het aandeel van koolwaterstoffen in het wereldenergieverbruik leidde in die periode tot meer dan $ 2 biljoen aan cumulatieve wereldwijde uitgaven voor alternatieven; zon en wind leveren tegenwoordig minder dan twee procent van het mondiale energieverbruik.

3. Wanneer de vier miljard armen in de wereld hun energieverbruik verhogen tot slechts een derde van het niveau van Europa per hoofd van de bevolking, stijgt de wereldwijde vraag met een hoeveelheid die gelijk is aan tweemaal het totale verbruik van Amerika.

4. Een honderdvoudige groei van het aantal elektrische voertuigen tot 400 miljoen op de weg in 2040 zou vijf procent van de wereldwijde vraag naar olie verdringen.

5. Hernieuwbare energie zou in twee decennia negentigvoudig moeten groeien om de wereldwijde koolwaterstoffen te vervangen. Het duurde een halve eeuw voordat de wereldwijde aardolieproductie ‘slechts’ vertienvoudigde.

6. Het vervangen van de op koolwaterstof gebaseerde elektriciteitsopwekking in de VS in de komende 30 jaar zou een constructieprogramma vereisen dat het net uitbouwt met een snelheid die 14 keer groter is dan ooit in de geschiedenis.

7. Het elimineren van koolwaterstoffen om Amerikaanse elektriciteit te maken (op korte termijn onmogelijk, en zelfs in tientallen jaren onhaalbaar) zou 70 procent van het Amerikaanse koolwaterstofverbruik ongemoeid laten – Amerika gebruikt 16 procent van de wereldenergie.

8. Efficiëntie verhoogt de vraag naar energie door producten en diensten goedkoper te maken: sinds 1990 is de wereldwijde energie-efficiëntie met 33 procent verbeterd, de economie met 80 procent gegroeid en het wereldwijde energieverbruik met 40 procent gestegen.

9. Efficiëntie verhoogt de vraag naar energie: sinds 1995 is het brandstofverbruik per passagierskilometer met 70 procent gedaald, het luchtverkeer meer dan tien keer zo hoog en het wereldwijde brandstofverbruik met meer dan 50 procent gestegen.

10. Efficiëntie verhoogt de vraag naar energie: sinds 1995 is het energieverbruik per byte ongeveer 10.000 keer lager, maar het wereldwijde dataverkeer is ongeveer een miljoen keer gestegen; wereldwijde elektriciteit die voor computers wordt gebruikt, is enorm gestegen.

11. Sinds 1955 is het totale wereldwijde energieverbruik met 50 procent gestegen, een hoeveelheid die gelijk staat aan het toevoegen van twee keer de volledige vraag in de Verenigde Staten.

12. Voor de veiligheid en betrouwbaarheid is er op elk moment een gemiddelde nationale vraag naar koolwaterstoffen van twee maanden in opslag. Vandaag de dag kan amper twee uur aan nationale elektriciteitsvraag worden opgeslagen in alle batterijen voor nutsvoorzieningen, plus alle batterijen in een miljoen elektrische auto’s in Amerika.

13. Batterijen die jaarlijks worden geproduceerd door de Tesla Gigafactory (’s werelds grootste batterijfabriek) kunnen drie minuten aan jaarlijkse Amerikaanse elektriciteitsvraag opslaan.

14. Om genoeg batterijen te maken om de Amerikaanse elektriciteitsvraag van twee dagen op te slaan, zou 1000 jaar productie door de Gigafactory (’s werelds grootste batterijfabriek) nodig zijn.

15. Elke $ 1 miljard aan geproduceerde vliegtuigen leidt tot ongeveer $ 5 miljard aan vliegtuigbrandstof die gedurende twee decennia is verbruikt om ze te laten vliegen. De wereldwijde uitgaven voor nieuwe jets bedragen meer dan $ 50 miljard per jaar – en stijgen.

16. Elke $ 1 miljard die aan datacentra wordt uitgegeven, leidt tot $ 7 miljard aan elektriciteitsverbruik gedurende twee decennia. De wereldwijde uitgaven aan datacentra bedragen meer dan $ 100 miljard per jaar – en stijgen.

Realiteiten over energie-economie

17. Over een periode van 30 jaar produceert $ 1 miljoen aan zonne- of windenergie respectievelijk 40 miljoen en 55 miljoen kWh: $ 1 miljoen aan schaliebronnen produceren genoeg aardgas om in 30 jaar 300 miljoen kWh op te wekken.

18. Het kost ongeveer hetzelfde om één schalieput of twee windturbines te bouwen: de laatste, gecombineerd, produceert 0,7 vaten olie (equivalente energie) per uur, het schalieplatform gemiddeld 10 vaten olie per uur.

19. Het kost minder dan $ 0,50 om een vat olie of het equivalent daarvan in aardgas op te slaan, maar het kost $ 200 om de equivalente energie van een vat olie in batterijen op te slaan.

20. Kostenmodellen voor wind en zon gaan uit van respectievelijk 41 procent en 29 procent capaciteitsfactoren (d.w.z. hoe vaak ze elektriciteit produceren). Gegevens uit de echte wereld laten voor beide maar liefst tien procentpunten minder zien. Dat vertaalt zich in $ 3 miljoen minder geproduceerde energie dan aangenomen over een 20-jarige levensduur van een 2 MW $ 3 miljoen windturbine.

21. Om de intermitterende wind/zonne-output te compenseren, gebruiken Amerikaanse nutsbedrijven olie- en gasgestookte zuigermotoren (grote cruiseschip-achtige diesels). Sinds 2000 zijn er drie keer zoveel aan het net toegevoegd als in de 50 jaar daarvoor.

22. De capaciteitsfactoren van windparken zijn verbeterd met ongeveer 0,7 procent per jaar; deze kleine winst komt voornamelijk van het verminderen van het aantal turbines per hectare, wat leidt tot een toename van 50 procent van het gemiddelde landoppevlak dat wordt gebruikt om een wind-kilowattuur te produceren.

23. Meer dan 90 procent van de Amerikaanse elektriciteit en 99 procent van de stroom die wordt gebruikt voor transport, is afkomstig van bronnen die gemakkelijk energie kunnen leveren aan de economie wanneer de markt daarom vraagt.

24. Wind- en zonne-energiemachines produceren gemiddeld 25 tot 30 procent van de tijd energie, en alleen als de natuur het toelaat. Conventionele energiecentrales kunnen vrijwel continu draaien en zijn beschikbaar wanneer dat nodig is.

25. Door de schalie-revolutie stortten de prijzen van aardgas en steenkool in, de twee brandstoffen die 70 procent van de Amerikaanse elektriciteit produceren. Maar de elektriciteitstarieven zijn niet gedaald, maar zijn sinds 2008 met 20 procent gestegen. Directe en indirecte subsidies voor zonne- en windenergie zijn daarvoor verantwoordelijk.

Energiefysica … ongemakkelijke waarheden

26. Politici en experts bedienen zich vaak van ‘moonshot‘-taal. Maar het transformeren van de energie-economie is niet hetzelfde als een paar mensen een paar keer op de maan zetten. Het is alsof je de hele mensheid op de maan zet – en wel permanent.

27. Het gebruikelijke cliché: een energie-tech-revolutie is net zo als de digitale tech-revolutie. Maar aan de informatieproducerende machines ligt een totaal andere fysica te grondslag dan aan de energieproducerende machines. Het cliché is gekker dan appels met bowlingballen vergelijken.

28. Als zonne-energie zou worden geminiaturiseerd als computertechnologie, zou een zonnepaneel ter grootte van een postzegel het Empire State Building van stroom kunnen voorzien. Dat gebeurt alleen in stripboeken.

29. Als batterijen dezelfde schaal zouden kunnen bereiken als digitale technologie, zou een batterij ter grootte van een boek, dat drie cent kost, een straalvliegtuig naar Azië kunnen aandrijven. Dat gebeurt alleen in stripboeken.

30. Als verbrandingsmotoren dezelfde schaal zouden kunnen bereiken als computers, zou een automotor krimpen tot de grootte van een mier en duizend keer meer pk’s produceren; echte motoren van die afmetingen hebben 100.000 keer minder vermogen.

31. Er zijn geen digitaal-achtige productiviteitswinsten van een factor tien voor zonnetechnologie te behalen. Fysische limiet voor zonnecellen (de Shockley-Queisser-limiet) is een maximale omzetting van ongeveer 33 procent van fotonen in elektronen; commerciële cellen vandaag halen 26 procent.

32. Er zijn geen digitaal-achtige productiviteitswinsten van een factor tien voor windtechnologie te behalen. Fysische limiet voor windturbines (de Betz-limiet) is een maximale opname van 60 procent van de energie in bewegende lucht; commerciële turbines halen 45 procent.

33. Er zijn geen digitaal-achtige productiviteitswinsten van een factor tien voor batterijen te behalen: de maximale theoretische energie per eenheid olie is 1500 procent groter dan de maximale theoretische energie in de beste overeenkomstige eenheid batterijchemicaliën.

34. Er zijn ongeveer 60 pond batterijen nodig om het energie-equivalent van een pond koolwaterstoffen op te slaan.

35. Ten minste 100 eenheden materiaal moeten worden gewonnen, getransporteerd en verwerkt voor elke overeenkomstige eenheid gefabriceerde batterij.

36. Voor het opslaan van het energie-equivalent van één vat olie, dat 300 pond weegt, zijn 20.000 pond Tesla-batterijen nodig (waarde $ 200.000).

37. Voor het vervoeren van het energie-equivalent van de vliegtuigbrandstof die wordt gebruikt door een vliegtuig dat naar Azië vliegt, zou $ 60 miljoen aan Tesla-type batterijen nodig zijn die vijf keer meer wegen dan dat vliegtuig.

38. Er is het energie-equivalent van 100 vaten olie nodig om een hoeveelheid batterijen te vervaardigen die het energie-equivalent van een enkel vat olie kunnen opslaan.

39. Een autopark op batterijen betekent dat er meer gigaton van de aarde moet worden gewonnen om toegang te krijgen tot lithium, koper, nikkel, grafiet, zeldzame aardmetalen, kobalt, enz. – en miljoenen tonnen olie en steenkool te gebruiken, zowel voor de mijnbouw als voor de fabricage van metalen en beton.

40. China domineert de wereldwijde batterijproductie met een elektriciteitsnet dat voor 70 procent op kolen werkt. Elektrische voertuigen die Chinese batterijen gebruiken, zullen meer koolstofdioxide produceren dan wordt bespaard door de vervanging van motoren die op fossiele brandstoffen lopen.

Ongemakkelijke waarheden over de energietransitie Bill Gates heeft gezegd dat als het gaat om het begrijpen van de energierealiteit

Mark Mills.

41. Net zo min als helikopters worden gebruikt voor regelmatige trans-Atlantische reizen – in beginsel wellicht mogelijk maar met ingewikkelde, dure logistiek – dient men een kernreactor te gebruiken om een trein van stroom te voorzien of fotovoltaïsche systemen om een land van stroom te voorzien.

***

Over de auteur

Mark P. Mills is een senior fellow bij het Manhattan Institute, een McCormick School of Engineering Faculty Fellow aan de Northwestern University, en auteur van Work in the Age of Robots, uitgegeven door Encounter Books.

Bron hier.

***