Steenkoolmijnen, bronnen van groene energie?

Mijnen kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan de levering van warm water aan huishoudens en bedrijven. Het is verstandig daarbij tevens gebruik te maken van andere bronnen van aardwarmte met een lage temperatuur en restwarmte van bedrijven

Advertenties
Warmwaterbronnen – Foto: Michael Bower (Pexels)

Tot op heden is het gebruik van steenkool verantwoordelijk voor 25 procent van de uitstoot van broeikasgassen door de industrie. Voormalige steenkoolmijnen gaan echter bijdragen aan een duurzame toekomst.  

In geothermische gebieden zoals IJsland en Nieuw-Zeeland (foto) wordt al jarenlang gebruik gemaakt van warme bronnen voor verwarming en om te baden. De aarde is een onuitputtelijke bron van warmte, als er maar tevens water beschikbaar is.

Een reusachtig reservoir

Na de sluiting van vele kolenmijnen gedurende de laatste decennia zijn hun schachten en gangen langzaam volgelopen met water. Hoe dieper, hoe warmer het water is, variërend van 10oC vlak onder het oppervlak tot 30oC op een diepte van 700 meter.

Sommige wetenschappers zijn van mening dat dit water een belangrijke bron is van duurzame energie, waardoor de oude mijnen ineens een groene uitstraling krijgen[1]. Het Durham Energy Instituteheeft op verschillende plaatsen experimenten uitgevoerd. Alleen al in het Verenigd Koninkrijk is in de vorige eeuw 15 miljard ton steenkool gewonnen, waardoor er een reservoir is ontstaan van twee miljard kubieke meter water met een temperatuur tussen de 12-20°C. Dit komt overeen met 38.500 terajoule aan warmte, genoeg om 650.000 huizen te verwarmen, aangenomen dat het water zijn temperatuur behoudt[2].

Een onderzoek van de McGill University in Montreal, Canada, schat dat elke kilometer mijngang die gevuld is met water, een vermogen van 150 kW heeft[3]. Interessant is ook een onderzoek naar de mogelijke bijdrage van ondergelopen mijnen aan de productie van energie door middel van modellering. Een relevante, maar verontrustend resultaat van dit onderzoek is dat de temperatuur van het water over een periode van 50 jaar met 7 – 8°C zal afnemen als de hele watervoorraad binnen een jaar heeft gecirculeerd[4].

Praktijkvoorbeelden

De Ropak-verpakkingsfabriek in Springhill, Nova Scotia, zet sinds 1998 met succes mijnwater in voor haar warmwatervoorziening[5]. Mijnwater wordt bij een temperatuur van 18°C met een snelheid van 4 liter per seconde uit een ondergelopen kolenmijn gepompt. Hierbij passeert het een warmtepompsysteem voordat het via een andere schacht wordt geïnjecteerd (zie afbeelding hieronder). Het betreft dus een volledig gesloten lus. In vergelijking met conventionele verwarmingssystemen bespaart het bedrijf jaarlijks CAD 45.000 of het equivalent van ongeveer 600.000 kWh.

Bronnen die de Ropac Company voorzien van warm water – Centre for the Analysis and Dissemination of Demonstrated Energy Technologies 

Een andere casestudy betreft Asturië (Noordwest-Spanje), waar een ziekenhuis en een universiteitsgebouw met succes worden verwarmd met behulp van mijnwater[6].

Het meest interessante en innovatieve veldexperiment bevindt zich echter in Nederland, in de gemeente Heerlen.

De ontwikkeling van de rol van mijnwater als geothermische bron

De gemeente Heerlen is ongeveer 15 jaar geleden begonnen met onderzoek naar de mogelijkheid om een ondergelopen kolenmijn te gebruiken als geothermische bron voor verwarming en koeling van gebouwen[7]. Een paar jaar later werd een bedrijf opgericht om de gebleken mogelijkheden te realiseren: Mijnwater BV.

Er werden vijf putten geboord: twee voor warm water, twee voor koud water en één om water terug te geleiden (figuur). Een distributienetwerk van zeven kilometer bestaande uit drie buizen, het zogenaamde backbone, voorzag de gebouwen en huizen van energie

De warm- en koudwaterbuffers van Mijnwater te Heerlen. Illustratie uit: Weg van gas: Kansen voor de nieuwe concepten Lage Temperatuur Aardwarmte en Mijnwater, CE Delft 2018.

Al snel werd duidelijk dat water dat teruggepompt werd in de mijn zowel de temperatuur van zowel het ondergrondse warme en koude water beïnvloedde, conform de voorspellingen van de Poolse modelleringsstudie die hierboven vermeld werd.

Het bedrijf is niet bij de pakken neer gaan zitten en heeft in plaats daarvan het concept Mijnwater 2.0ontwikkeld. De belangrijkste uitgangspunten van dit nieuwe concept zijn:

• In plaats van de levering van lauwwarm mijnwater, werd de uitwisseling van energie tussen gebouwen – het optimale gebruik van restwarmte en -koude – de belangrijkste motor van het project.

• De ondergelopen mijn fungeert als een buffer voor warmte- en koudeopslag.

• Water dat wordt terug geleverd aan het mijnwaterreservoir is op temperatuur gebracht van het koude dan wel het warme deel daarvan. Daarom zijn alle putten geschikt gemaakt voor zowel het onttrekken als het teruggeleiden van water.

• De retourleiding (oranje buis in bovenstaande figuur) is niet langer nodig en wordt ingezet voor de toevoer en afvoer van warm of koud mijnwater om de capaciteit van het backbone te vergroten.

• Het distributiesysteem is gelaagd. In eerste instantie wisselen gebouwen binnen dezelfde cluster overschotten uit van warm en koud water. Vervolgens wisselen clusters onderling hun overschotten uit en uiteindelijk verschaft het backbone de clusters water uit de ondergrondse buffers (figuur hieronder)

• Het beheer van de toevoer van warm en koud water is volledig vraaggestuurd en geautomatiseerd.

Clusters en backbone – Illustratie: Weg van gas: Kansen voor de nieuwe concepten Lage Temperatuur Aardwarmte en Mijnwater, CE Delft 2018.

Op dit moment worden honderden huishoudens en ongeveer tien bedrijven en instellingen bediend door het netwerk. Contracten zijn al getekend voor de toevoeging van nog eens 1000 huishoudens.

Individuele dan wel collectieve warmtepompen worden ingezet om de temperatuur van het water te verhogen van 25 naar 60°C. Dit maakt verwarming mogelijk van matig tot tamelijk goed geïsoleerde huizen (label B -C) zonder grote veranderingen in het verwarmingssysteem. Dit is een belangrijke toegevoegde waarde ten opzichte van all-electric oplossingen. Deze zijn vooralsnog alleen toepasbaar in zeer goed geïsoleerde huizen en gebouwen (label A – A++). In dit geval gebruiken warmtepompen buitenlucht en ze verwarmen het water tot ongeveer 30°C.

Gedurende het laatste decennium is het mijnwatersysteem veranderd van rechtstreeks gebruik van warm mijnwater (Mijnwater 1.0) naar een smart thermal griddat in de eerste plaats restwarmte en -koude van deelnemende bedrijven en instellingen gebruikt (Mijnwater 2.0). De mijn heeft daarin een bufferfunctie (opslag en reserve) voor water 25°C en 16°C. De temperatuur blijft vrijwel zeker constant omdat er minder water wordt onttrokken en de buffers ver genoeg van elkaar af liggen. Bij deze methode kunnen ook andersoortige buffers worden gebruikt, zoals goed geïsoleerde aardlagen. Er is dan veel gelijkenis met zogeheten warmtekoudeopslag (WKO). 

verrijking van het smart thermal grid door aardwarmte

Het concept Mijnwater 2.0 is uitgebreid bestudeerd door CE Delft[8]. De conclusie is dat ongeveer 4,6 miljoen huishoudens in Nederland en ook veel bedrijven kunnen worden bediend door een concept als dit, zeker als het wordt gecombineerd met de inzet van aardwarmte met een lage temperatuur (ongeveer 20 – 30°C).

Een vergelijking tussen standaard geothermisch boren en boren naar aardwarmte met lage temperatuur – Illustratie: Visser & Smit Hanab

Het gebruik van aardwarmte met lage temperatuur (afkomstig tussen 250 – 1250 meter onder het oppervlak) is een welkome aanvulling op de meer gebruikelijke winning van aardwarmte vanaf een diepte tussen 1250 – 4000 meter en lager, waarvoor een veel complexere en duurdere boring is vereist. De winning van aardwarmte met lage temperatuur wordt aangevuld met zogenaamd horizontaal boren[9]. Het voordeel is dat het boren van putten voor winning en retourstroom kan plaatsvinden vanaf één plek en de capaciteit wordt verhoogd[10](figuur boven)

Onderstaande video demonstreert de winning van aardwarmte met lage temperatuur

De combinatie van een smart thermal grid en de winning van aardwarmte op lage temperatuur heeft vier kenmerken:

• Warmte en koude uitwisseling tussen gebruikers binnen en tussen clusters.

• Clusters staan in verbinding met buffers van warm en koud water.

• Winning van aardwarmte met lage temperatuur.

• Geavanceerde software die vraag en aanbod regelt.

Dit concept is om verschillende redenen aantrekkelijk:

• De schaalbaarheid; de aanleg kan starten met losse clusters, die later verbonden worden met een of meer backbones.

• De ruimere beschikbaarheid en kennis van warmtebronnen met lage temperatuur in de ondergrond in vergelijking met bronnen op grotere diepte en het relatieve gemak van hun winning.

• Toepasbaarheid in matig tot tamelijk goed geïsoleerde huizen, die dan aardgasvrij kunnen worden zonder kostbare isolatie en met gebruik van bestaande verwarmingssystemen.

• De mogelijkheid van warmte- en koudeopslag.

Hoe zit het de kolenmijnen?

Rechtstreeks onttrekken van water uit voormalige kolenmijnen blijkt riskant, vanwege de kans dat de temperatuur van het warme mijnwater geleidelijk daalt en die van het koude water stijgt. Voormalige kolenmijnen nabij plaatsen met een grote vraag naar warm en koud water kunnen worden gebruikt als buffer als onderdeel van een smart thermal grid

De waarde van het concept van smart thermal grids, zeker in combinatie met de winning van aardwarmte met hoge temperatuur, is echter niet beperkt tot gebieden waar in het verleden steenkool werd gewonnen. Los van het aardgas is stukken dichterbij gekomen.


[1]https://www.dur.ac.uk/news/newsitem/?itemno=37069

[2]https://www.citymetric.com/horizons/coal-power-dirty-abandoned-mines-could-help-create-clean-energy-future-3624

[3]http://www.thinkgeoenergy.com/abandoned-coal-mines-as-source-for-geothermal-direct-use-for-heating/

[4]Zbigniew MaJolepszy: Modelling of geothermal resources within abandoned coalmines, Upper ˜˜Silesia, Poland. Faculty of Earth Sciences, University of Silesia,

[5]https://www.nrcan.gc.ca/sites/oee.nrcan.gc.ca/files/pdf/publications/infosource/pub/ici/caddet/english/pdf/R122.pdf

[6]https://www.sciencedirect.com/science/journal/00489697

[7]Minewater 2.0 project in Heerlen the Netherlands: transformation of a geothermal mine water pilot project into a full scale hybrid sustainable energy infrastructure for heating and cooling. Paper 8th International Renewable Energy Storage Conference and Exhibition, IRES 2013 

https://www.mijnwater.com/wp-content/uploads/2014/04/Energy-procedia_IRES-2013_Verhoeven-V20012013-Final-1.pdf

[8]Weg van gasKansen voor de nieuwe concepten LageTemperatuurAardwarmte en Mijnwater https://www.mijnwater.com/wp-content/uploads/2018/09/CE_Delft_3K61_Weg_van_gas_DEF_LageTemperatuurAardwarmte_en_Mijnwater_20180720.pdf

[9]https://www.bpnieuws.nl/artikel/8015039/lage-temperatuur-aardwarmte/

[10]https://www.bndestem.nl/moerdijk/boren-naar-aardwarmte-in-zevenbergen-wat-we-hier-doen-is-uniek~ac6d00f9/

Ondernemingsraden hebben de verkeerde brief geschreven

Nederlandse bedrijven kunnen veel meer doen aan de vermindering van de CO2-uitstoot zonder dat dit hun continuïteit aantast. Ondernemingsraden moeten daarom een andere brief schrijven

Ondernemingsraden verzetten zich ertegen dat hun bedrijven vervuilers worden genoemd en worden aangeslagen met de beruchte CO2-taks van Jesse Klaver. In de open brief in de Volkskrant van 7 maart 2019 lichten ze hun zienswijze toe[1]. Ze betogen dat hun werkgevers al veel doen, dat de kosten zijn hoog zijn en dat hun werkgelegenheid op het spel staat. 

In dit korte essay zoek ik naar aanwijzingen voor de omvang van de inspanningen van Nederlandse bedrijven op het gebied van duurzaamheid. Ik concludeer dat ondernemingsraden aanleiding hadden om een brief te schrijven, maar dat ze de verkeerde brief hebben geschreven.

Het Bureau CDP beoordeelt tweejaarlijks wereldwijd een 60tal bedrijfstakken vanuit een duurzaamheidsperspectief[2]. Ik leg eerst de aanpak van CDP uit aan de hand van de sector chemie.  

Het onderzoek van CDP loopt parallel aan de richtlijnen van de Task Force on Climate-related Financial Disclosures (TCFD) voor de presentatie van gegevens in jaarverslagen. Er wordt gevraagd naar vier soorten gegevens:

  • Gegevens die samenhangen met risico’s van CO2-emissies in de hele keten (zogenaamde ‘scope 3 emissions’), waaronder de beschikbaarheid van alternatieve hulpbronnen (transition risks).
  • Gegevens die voortvloeien uit risico’s met betrekking tot de beschikbaarheid van schoon water in het bijzonder en het watermanagement van het bedrijf in het algemeen (physical risks).
  • Gegevens over de voortgang van de overgang naar een emissiearme toekomst, over de daartoe gewenste product- en procesinnovatie en de over de omvang van de investeringen in R&D die met dit doel plaatsvinden (transition opportunities).
  • Gegevens over de mate waarin een bedrijf de omschakeling naar duurzame productie heeft geïnternaliseerd in zijn strategie, inclusief de beloning van het management (climate governance and strategy).

Bedrijven worden op basis van deze criteria in vier categorieën verdeeld (A, B, C en D) Daarnaast is er een groep bedrijven waarvan te weinig gegevens beschikbaar zijn (E). De onderstaande tabel toont hoe deze indeling uitvalt voor de onderzochte ondernemingen uit de sector chemie[3].

Chemie

De chemische industrie neemt 28% van het totale industriële industriegebruik (stand van zaken 2017) voor haar rekening. Ze is verantwoordelijk voor 13% van de industriële CO2-uitstoot. Volgens CDP neemt de efficiëntie van het energieverbruik jaarlijks toe, wat resulteert in een daling van de CO2-emissie. Dit is vooral het gevolg van incrementele verbeteringen. CDP acht het noodzakelijk om binnen 5 – 10 jaar radicale veranderingen door te voeren, zoals de vervanging van aardolie en -gas door biomassa als grondstof. Hoopgevend is dat de uitgaven voor R&D vijfmaal hoger zijn dan het gemiddelde in de industrie.

Staal

De staalindustrie staat er voor wat betreft CO2-emissie wereldwijd slechter voor (stand van zaken 2016)[4]. Het energieverbruik en de CO2-emissie is de laatste jaren gestegen, terwijl een daling van de emissies met 70% nodig is om een evenredige bijdrage te leveren van het realiseren van de Parijse akkoorden (op 2oC niveau). Een aantal van de onderzochte bedrijven zegt te streven naar reductie van de CO2-uitstoot, maar geen enkel bedrijf kijkt verder dan 2020. Het rapport waarschuwt dat de industrietak te maken zal krijgen meteen aanzienlijke CO2-belasting.

De best scorende bedrijven zijn het Koreaanse POSCO en het Zweedse SSAB. De slechtst scorende bedrijven zijn Tata Steel en US Steel. 

De CDP A-lijst

De hoogst scorende bedrijven uit alle bedrijfstakken samen staan op de prestigieuze CDP A-lijst[5]. Nederlandse bedrijven op deze lijst zijn Unilever, ING, Philips, Signify (de verlichtingstaak van Philips) en de RELX Groep (voorheen Reed-Elsevier). De rest van de 90 Nederlandse bedrijven die zijn onderzocht, scoort lager[6].  

Uit de gegevens blijkt dat het rendement voor aandeelhouders van bedrijven die op de A-lijst staan in de periode december 2011 – juli 2016 5,4% hoger was dan het gemiddelde van alle beursgenoteerde bedrijven. De grootste vermogensbeheerder ter wereld, BlackRock  met €4.800 miljard uitstaand vermogen, bevestigt de relatie tussen aandacht voor duurzaamheid en financieel rendement en dus groeiende interesse bij beleggers[7].

RobecoSAM

Een manier om de betrouwbaarheid van de CDP-lijst onderzoeken is om de scores te vergelijken met die van op een andere gezaghebbende lijst, namelijk die van RobecoSAM[8]. Deze lijst vermeldt 2686 bedrijven, waarvan een beperkt deel de score ‘goud’, ‘zilver’ of ‘brons’ behaalt (te vergelijken met de A-lijst van CDP).

Van de Nederlandse bedrijven scoren Unilever, Philips, Signify en DSM ‘goud’ binnen hun eigen bedrijfstaak; bedrijven die alle ook voorkomen op de CPD-A (of A-) lijst[9].

KPN (A-) en AkzoNobel (A), die in de editie van 2018 eveneens goud scoorden, behalen in 2019 resp. zilver en brons. Eveneens is er een zilveren medaille voor ABN AMRO (B). Brons is er verder voor Ahold Delhaize (C), Nationale Nederlanden (B), PostNL (A-), Randstad (D) en – vooruit – Air France-KLM (B).

Van de bedrijven, waartoe de ondertekenaars van de voornoemde brief behoren, staat geen enkel bedrijf op de CDP- A-lijst.

Zeven behoren tot groep B en twee tot groep C . Van de overige zijn onvoldoende gegevens bekend (E). Opvallend is dat Tata Steel goud scoort op de lijst van RobecoSAM maar tot de achterhoede hoort bij CDP[10].

Bedrijven die hoog op bovenstaande lijsten scoren kunnen nog lang niet in alle opzichten als duurzaam gekwalificeerd worden. Uit een rapport van Greenpeace blijkt bijvoorbeeld dat 25% van het plastic dat de stranden van de Filipijnen bedekt, afkomstig is van koplopers Neslé en Unilever[11].  Unilever[12] en Nestlé[13] erkennen het probleem en beide bedrijven hadden al eerder kenbaar gemaakt om voor 2025 alle plastic afbreekbaar, composteerbaar of herbruikbaar te maken. 

Terug naar de ondertekenaars van de brief. Mijn stelling is dat deze een verkeerde brief geschreven hebben. 

Uit de analyses van zowel CDP als RobecoSAM blijkt dat geen van de bedrijven van de ondertekenaars behoren, koplopers zijn op het gebied van duurzaamheid. Ze benutten lang niet alle mogelijkheden om de uitstoot van CO2te beperken en de maatregelen die ze nemen zijn vaak incrementeel. Dat komt omdat dit doel ondergeschikt is aan hun primaire missie, het streven naar een zo hoog mogelijke winst en/of beurswaarde. De primaire missie bepaalt de investeringsruimte en dus ook de omvang van de investeringen in de beperking van de CO2-emissie.

De urgentie van de beteugeling van de uitstoot van broeikasgassen vraagt om een andere benaderingswijze. Namelijk alle maatregelen nemen die technisch mogelijk zijn en deze een hogere prioriteit toekennen dan maximaliseren van de winst en/of aandeelhouderswaarde, met in acht name van de continuïteit van het bedrijf.

De ondernemingsraden zouden daarom twee brieven moeten schrijven. 

Een aan de eigen directie met een pleidooi om terugdringen van de CO2-uitstoot de hoogste prioriteit toe te kennen in de missie van het bedrijf, ook al gaat dat ten koste van de hoogte van de winst en de aandeelhouderswaarde, uiteraard met borging van het voortbestaan van het bedrijf als randvoorwaarde. 

Als de directie hier wel oren naar heeft, kan er een tweede brief uitgaan naar de overheid. Hierin wordt ontheffing gevraagd voor de CO2-taks omdat het bedrijf maximaal investeert in een emissieloze toekomst en een CO2-taks ten koste zal gaan van een deel van deze investeringen.

Mochten de ondernemingsraden met hun eerste brief succes hebben, dan dragen ze bij aan een verandering van de maatschappelijke positie van het bedrijfsleven, namelijk een transitie van kapitalistische naar sociale ondernemingen. Daarover gaat mijn volgende blogpost.

Lukt dat niet, laat dan de CO2-taks maar komen, maar dan wel in Europees verband.


[1]https://www.volkskrant.nl/columns-opinie/open-brief-aan-politiek-leiders-bedrijf-geen-politiek-met-onze-banen-wij-zijn-trots-op-banen-en-vooruitgang~b5760a86/

[2]https://6fefcbb86e61af1b2fc4-c70d8ead6ced550b4d987d7c03fcdd1d.ssl.cf3.rackcdn.com/cms/reports/documents/000/004/150/original/CDP_Consumer_Goods_2019_Exec_summary.pdf?1550855903

[3]https://6fefcbb86e61af1b2fc4-c70d8ead6ced550b4d987d7c03fcdd1d.ssl.cf3.rackcdn.com/cms/reports/documents/000/002/683/original/CDP_Chemicals_2017.pdf?1507139412

[4]https://6fefcbb86e61af1b2fc4-c70d8ead6ced550b4d987d7c03fcdd1d.ssl.cf3.rackcdn.com/cms/reports/documents/000/001/195/original/CDP_Steel_2016_FINAL.pdf.pdf?1479377027

[5]https://www.duurzaam-ondernemen.nl/worlds-top-green-businesses-revealed-in-the-cdp-a-list/?utm_source=Online+Kenniscentrum+Duurzaam+Ondernemen&utm_campaign=5239c81567-DuOn_EMAIL_CAMPAIGN&utm_medium=email&utm_term=0_bc05740288-5239c81567-291310645

[6]https://www.cdp.net/en/scores#446647786929955804cc9a3a08ef1eb4

[7]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/future-finance/25093/john-mckinley-blackrock-bedrijven-die-rekening-houden-met-klimaatverandering-zijn-op-de-lange-termijn-winstgevender

[8]http://yearbook.robecosam.com

[9]Ik vermeld hierna achter de scores op de lijst van RobecoSAM tussen haakjes de scores op de CDP-lijst.

[10]Vermoedelijk komt dit omdat CDP uitsluitend gegevens had over de activiteiten van Tata Steel in India. 

[11]https://www.duurzaam-ondernemen.nl/greenpeace-nestle-en-unilever-topvervuilers-monsterlijke-hoeveelheden-plastic-in-filipijnen/

[12]https://www.duurzaam-ondernemen.nl/unilever-wil-afbreekbaar-plastic-2025/

[13]https://www.duurzaam-ondernemen.nl/nestle-wil-uiterlijk-in-2025-haar-verpakkingen-voor-100-recyclen-of-hergebruiken/

Waterstof: Vooral geopolitiek bepaalt toekomstige rol

Het zijn niet technische overwegingen die de rol van waterstof in de toekomstige energievoorziening bepalen, maar de bereidheid om grote hoeveelheden waterstof in te voeren.

Waterstof opslag. Foto NASA (publiek domein)

Ik sta eerst stil bij de productie en de toepassing van waterstof als brandstof. Daarna komt de beschikbaarheid ervan aan de orde.

De productie van waterstof

Het proces van elektrolyse brengt water in aanraking met elektriciteit met als resultaat zuurstof en waterstof. Geen enkele schadelijke emissie dus. Schadelijke emissie ontstaat wel als bij de productie van waterstof ‘grijze’ stroom wordt gebruikt. Groene waterstof is gemaakt met elektriciteit, afkomstig van schone energiebronnen. Van blauwe waterstof is sprake als de vrijkomende CO2 tijdens de productie van elektriciteit wordt opgevangen en opgeslagen. Het onderstaande filmpje toont op begrijpelijke wijze hoe in het proces van elektrolyse waterstof wordt gemaakt.

De voor- en de nadelen van waterstof.

Het belangrijkste nadeel van waterstof is dat 60% van de energetische waarde verloren gaat als je elektriciteit gebruikt om waterstof te maken en deze daarna weer wordt omgezet in elektriciteit met behulp van een ‘brandstofcel’. Stroom bewaren in een accu levert maar 5% rendementsverlies op.

Soms wordt ook wel gewezen op het gevaar van waterstof: De ramp met de Hindenburg in 1937, een reusachtige zeppelin gevuld met waterstof. Achteraf blijkt dat de waterstof niet de oorzaak van deze ramp was. 

Waterstof is minder gevaarlijk dan aardgas. Je loopt in elk geval geen kans op koolstofmonoxidevergiftiging.

Het grote voordeel van waterstof is dat het goed kan worden opgeslagen, zeker in de vorm van vloeibare ammoniak. Ammoniak kan makkelijk weer worden omgezet in waterstof. Waterstofgas gedraagt zich hetzelfde als aardgas; je hebt er alleen de dubbele hoeveelheid van nodig en daarom branders met iets grotere gaatjes. Ook moet er een kleurstof worden toegevoegd, want waterstof brandt onzichtbaar.

De opslag van waterstof

Een kilo waterstof levert ongeveer evenveel energie als een volgelaten Tesla Power Wall. Een tank met 60.000 m3 ammoniak komt overeen met ruim 200 miljoen kilowattuur. Dat is de jaarproductie van een 30 moderne windturbines op land. Als die tanklading daarna weer omgezet wordt in elektriciteit, hebben daarvoor 75 windmolens een jaar staan draaien.

De conclusie is overduidelijk: Sla overtollige elektriciteit zo veel mogelijk op in accu’s en gebruik ammoniak alleen als je opgewekte stroom langdurig wilt opslaan of desnoods als je van de ammoniak weer waterstofgas maakt. Het rendementsverlies is dan ‘maar’ 30%. Met dit inzicht is het mogelijk om de potentiële toepassingen van waterstof te beoordelen[1].

Industriële toepassingen

Waterstof is een onvervangbaar hulpmiddel in de chemische industrie, ook vanwege de hoge temperatuur die ermee kan worden bereikt.

Groene waterstof levert een bijdrage aan de verduurzaming van de industrie. Een aantal bedrijven in Zeeland en België wil daartoe een waterstofnetwerk tussen Vlissingen en Gent aanleggen.

Fiets op waterstof. De Alpha 2.0. Foto Pragma Industries

Vervoer

Inmiddels zijn er voor alle vormen van vervoer – zelf fietsen[2]– op waterstof aangedreven varianten beschikbaar. 

Met het voorgaande in gedachten is waterstof als brandstof voor personenauto’s tamelijk onzinnig. De actieradius is ongeveer 600 km en het tanken gaat snel, maar het verschil met elektrische auto’s wordt snel kleiner. Er zijn nog maar weinig automerken die gaan voor personenauto’s op waterstof, waaronder Toyota. Vermeldenswaard is de ontwikkeling een hybride auto, die rijdt op elektriciteit en waarvan de accu onder het rijden wordt opgeladen door een brandstofcel. Hier werkt Daimler aan, na de ontwikkeling van een volledig door waterstof aangedreven personenauto te hebben stopgezet.

Voor andere transportmiddelen kan het oordeel positiever uitvallen[3]. De regel is, hoe groter de gewenste actieradius en hoe zwaarder vervoermiddel en lading zijn, des te meer de voordelen van waterstof opwegen tegen het gebruik van accu’s. Te denken valt aan bussen, vrachtauto’s maar ook aan vliegtuigen en schepen[4]. De provincie Groningen en QBuzz  experimenteren met bussen op waterstof. De 20 bussen gaan rijden op de lange trajecten. Dit in tegenstelling tot de rest van het wagenpark, dat op termijn geheel elektrisch zal zijn omdat laden in de dienstregeling kan worden ingepast. 

Verwarming

Waterstofgas is in principe een bruikbare vervanger van aardgas. Netbeheerder Stedin gaat groen waterstofgas inzetten om de woningen van een appartementencomplex in Rotterdam te verwarmen. De waterstof wordt lokaal geproduceerd en via speciale gasleidingen verder getransporteerd[5](foto). Voor deze oplossing is viermaal zoveel elektriciteit nodig dan voor een warmtepomp, uitgaande van een goede isolatie.

Waterstofinstallatie in Rotterdam (blauwe containers) en het appartementencomplex (links midden) dat met waterstof verwarmd zal worden. Foto: DNV GL

Woningcorporaties overwegen niettemin om waterstof in te zetten als alternatief voor dure isolatie van oudere woningen. Tenzij waterstof heel goedkoop kan worden ingevoerd, zal het een dure oplossing blijven. De kans is daarom groot dat verwarming op waterstof of biogas zal zijn voorbehouden aan historische binnensteden, waar weinig alternatieven zijn.

De conclusie is dat het gebruik van Nederlandse zonne- of windenergie voor de productie van waterstof een kostbare zaak is[6].Er is een grote hoeveelheid elektriciteit voor nodig. Het is zeer de vraag of we daarvoor hier opgewekte groene elektriciteit moeten gebruiken. Deze is hard nodig voor de elektriciteitsvoorziening en alleen daarvoor moet het areaal wind- en zonne-energie vele malen groter worden dan nu.

Geopolitieke aspecten

Waterstof kan beter worden geïmporteerd, net als steenkool indertijd. De productiekosten van zonne-energie in woestijngebieden liggen aanzienlijk lager dan die in Europa. Dit komt vooral door de aanzienlijk grotere lichtintensiteit, waardoor de opbrengt van zonnepanelen en -collectoren tweemaal zo groot is[7]. Zonne-energie zal dan worden omgezet in waterstof en met name ammoniak en kan per tanker worden vervoerd. De lage prijs compenseert het lagere rendement.

De toekomstige exportlanden van waterstof zijn – jawel – de huidige Golfstaten.  En dat ligt gevoelig.

 Pas als de internationale betrekkingen stabieler worden, zal van invoer op grote schaal sprake zijn en krijgen de voornoemde toepassingen van waterstof een reële kans.


[1]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/energie/30369/waterstof-toepassingen

[2]https://www.pragma-industries.com/products/light-mobility/

[3]https://www.businessinsider.nl/zijn-waterstofautos-in-de-toekomst-onmisbaar-deskundigen-denken-van-wel-dit-is-waarom/

[4]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/logistiek/30429/is-waterstof-de-duurzame-oplossing-voor-de-binnenvaart?utm_source=nieuwsbrief&utm_medium=e-mail&utm_campaign=Daily+Focus+12+November

[5]https://www.stedin.net/over-stedin/pers-en-media/persberichten/eerste-huizen-verwarmd-met-waterstof-komen-in-rotterdam-rozenburg

[6]In het navolgende artikel rekent Thijs van den Brinck de kosten door van het gebruik van waterstof voor een aantal toepassingen. Zeer lezenswaardig: http://www.wattisduurzaam.nl/15443/energie-beleid/tien-peperdure-misverstanden-over-wondermiddel-waterstof/

[7]http://www.wattisduurzaam.nl/5969/energie-opwekken/zonne-energie/zonnestroom-mexico-duikt-4-dollarcent-per-kilowattuur/

Smart grid: waar sociale en digitale innovatie samenkomen

Als consumenten ook elektriciteit gaan produceren zijn zowel digitalisering van het netwerk als de vorming van energiecoöperaties een harde noodzaak

 

Electricity supply - picture Pxabay
Elektriciteitsvoorziening – beeld Pixabay

 

De ontwikkeling van ‘smart grids’ (slimme elektriciteitsnetten) leent zich goed om het belang van digitale innovatie te illustreren. Het is ook een voorbeeld van de manier waarop digitale en sociale innovatie elkaar nodig hebben[1].

Elektriciteitscentrales maken nu nog gebruik van een infrastructuur die in zijn geheel is ontworpen voor gecentraliseerde elektriciteitsopwekking, gekenmerkt door eenrichtingsverkeer van producent naar consument.

Naar een gedecentraliseerde elektriciteitsvoorziening

De netwerkstructuur van de toekomst zal een meer gedecentraliseerd karakter hebben en veelal bestaan uit twee of drie lagen. Deze gelaagdheid zal bijdragen aan de stabiliteit van de stroomvoorziening, maar dat kan alleen dankzij vergaande digitalisering. Deze nieuwe structuur is voorop in ontwikkeling. In 2016 werd wereldwijd ongeveer $ 47 miljard besteed aan infrastructuur en software om het elektriciteitssysteem flexibeler te laten werken, hernieuwbare energie te integreren en klanten beter te bedienen.

Steeds meer huishoudens beschikken niet alleen over energie-verbruikende apparaten, maar ook over voorzieningen om elektriciteit op te wekken en op te slaan (warmtepompen, fotovoltaïsche apparatuur, elektrische voertuigen, stationaire batterijen). Veel energieconsumenten worden ook producenten van hun eigen energie (prosumenten) en daarmee ‘beheerders’ van een eigen mini-net. Ze interfereren hiermee met de gangbare stroomvoorziening en dit kan de stabiliteit van het hoofdnet beïnvloeden. Een gevolg kan zijn om de roep om het hoofdnet te verzwaren, wat  miljarden kost.

Digitalisering: voorwaarde voor decentralisering

Het alternatief is om hoofdnet en mini-netten met elkaar laten communiceren. Het beheer van de productie van energie in grootschalige krachtcentrales (inclusief wind- en zonneparken) zal dan plaatsvinden in samenhang met de regulering van de in- en uitstroom van elektriciteit van het hoofdnet naar de mini-netten. Dat kan ook inhouden dat er signalen worden gegeven aan huishoudens om batterijen te laden of te ontladen en zelfs om de productie van energie te stoppen.

De beheersing van de verschillende elektriciteitsstromen vraagt om een geautomatiseerd monitoring- en controlesysteem. De uitwisseling van gegevens tussen mini-netten en hoofdnet heeft veel privacyaspecten, vooral als de netbeheerder toegang invloed krijgt op wat zich ‘achter de meter’ afspeelt. Om deze reden is een tussenlaag tussen hoofdnet en mini-netwerken van prosumenten zeer gewenst.

Het zijn lokale energiecoöperaties die de laag vormen tussen huishoudens en hun mini-netten en het hoofdnet, beheerd door de netbeheerder en van stroom voorzien door elektriciteitsbedrijven. Over coöperaties heb ik elders geschreven[2].

De energiecoöperatie: noodzakelijke schakel in energiebeheer

Een energiecoöperatie is een samenwerkingsverband van een kleine of middelgrote groep huishoudens. Huishoudens kunnen hierdoor hun overschotten en tekorten aan stroom onderling uitwisselen zonder directe tussenkomst van de netbeheerder of de elektriciteitsproducenten. De netbeheerder krijgt te maken met de overschotten en tekorten van het lokale net als geheel, waarmee de noodzaak om te interfereren in de mini-netten van individuele huishoudens vervalt.

De regulering van de stroom van en naar de mini-netten vindt plaats op coöperatieniveau. De coöperatie kan haar regulerende taak verder versterken door de ontwikkeling van lokale energiebronnen (wind- of zonnepark of aardwarmte) en de opslag daarvan in een districsbatterij. Het is zelfs mogelijk om lokale netwerken tijdelijk los te koppelen van het hoofdnet. Hierdoor ontstaat een situatie van autarkie, waardoor de veerkracht van het netwerk toeneemt bij storingen en calamiteiten[3].

 

Smart grid bron Phoenix contact
Een Smart grid: Afbeelding: Phoenix Contact

 

Flexibele energieprizen: basis voor stabiliteit stroomvoorzienig

In een drievoudig gelaagde netwerkstructuur moeten vraag en aanbod van energie op twee plaatsen in evenwicht worden gehouden: Tussen huishoudens en energiecoöperatie en tussen energiecoöperatie en netbeheerder en elektriciteitsmaatschappijen. Deze structuur is een garantie voor stabiliteit in de energievoorziening op elk van de drie niveaus. Flexibele prijzen voor elektriciteit spelen hierbij een belangrijke rol. Dankzij het feit dat stroomproductie en -consumptie real-time worden gevolgd, kan de prijs van de elektriciteit van minuut tot minuut worden vastgesteld. In eerste instantie voor de coöperatie als geheel, maar eventueel ook voor elk huishouden afzonderlijk. Dit laatste kan aan interessant zijn voor huishoudens die zelf veel investeren in opslagcapaciteit en de batterijen volledig vullen als de prijs van elektriciteit laag is. Dit alles gebeurt langs digitale weg zonder tussenkomst van mensen, op basis van vooraf onderhandelde algoritmen.

Lage prijzen kunnen bijvoorbeeld resulteren in het automatisch laden van alle beschikbare batterijen, maar tegelijkertijd kunnen de elektriciteitsmaatschappijen besluiten om een deel van de stroom te gebruiken voor de productie van waterstof om zo de voorraad van duurzame energie aan te vullen.

De onderstaande video illustreert hoe een slim lokaal netwerk kan werken:

Dankzij de tussenkomst van een energiecoöperatie wordt Interferentie met de privacy van individuele prosumenten weliswaar niet beperkt, maar wel inzichtelijk gemaakt. Bovendien weten ze precies waaruit deze interferentie bestaat en zijn ze bij de sturing ervan betrokken.

Digitale en sociale innovatie komen samen

De energiecoöperatie is een plaats waar technische en sociale innovatie samenkomen[4]. Prosumenten beslissen samen over de algoritmen die de stroom van elektriciteit binnen het lokale netwerk beheren. Bijvoorbeeld wanneer alle beschikbare batterijcapaciteit wordt gebruikt (de inkoopprijs is laag) en wanneer stroom wordt verkocht aan het hoofdnet (de prijs is hoog). Zie hiervoor een kleinschalig voorbeeld in Amsterdam. Maar ze bepalen onder extreme omstandigheden ook wanneer huishoudens de productie van elektriciteit moeten matigen, bijvoorbeeld omdat de collectieve opslagcapaciteit van de coöperatie vol is en de capaciteit van het hoofdnet maximaal benut is waardoor de verkoopprijs van elektriciteit aan het hoofdnet negatief is. Waar de leden van de coöperatie samen de algoritmen binnen de coöperatie vaststellen, onderhandelen hun vertegenwoordigers met over de algoritmes van de netbeheerder en de betrokken elektriciteitsbedrijven.

Wellicht nog belangrijker is dat de leden van een coöperatie samen worden geconfronteerd met een steeds groter aantal opties om gezamenlijk energie te produceren, bijvoorbeeld door zelf een zonnepark te ontwikkelen of door collectieve deelname aan de bouw van een windmolen. Op lange termijn zijn deze opties veel goedkoper dan elk dak vol te leggen met zonnepanelen. Elders schreef ik over de kleine gemeenschap van Feldheim (Duitsland) die energie-autarkisch werd door collectieve besluitvorming, gedreven door het streven naar de laagst mogelijke kosten[5].

Het elektriciteitsnet van de toekomst zal de waarden van digitalisering en menselijke samenwerking omarmen: Het zal actieve sturing door prosumenten van vraag en aanbod van elektriciteit mogelijk maken en het gebruik van schone energie stimuleren.

[1]Deze post bevat veel informatie uit een recent boek: Promoting Digital Innovations to Advance Clean Energy Systems. Geredigeerd door Varun Sivaram, juni 2018. Dit boek kan gratis worden gedownload: https://cfrd8-files.cfr.org/sites/default/files/report_pdf/Essay%20Collection_Sivaram_Digital%20Decarbonization_FINAL_with%20cover_0.pdf

[2]https://www.expirion.nl/blog-19–energietransitie–samenwerken-verrijkt.html

[3]https://www.fastcompany.com/90263250/this-new-florida-neighborhood-has-zero-emissions-tons-of-smart-tech-and-is-hurricane-proof?utm_source=postup&utm_medium=email&utm_campaign=Fast%20Company%20Daily&position=2&partner=newsletter&campaign_date=11082018

[4]https://wp.me/p32hqY-1Ei

[5]https://www.expirion.nl/blog-20–feldheim–100–energie-autarkisch.html

 

Transitie naar duurzame energie gaat veel te langzaam

Het terugdringen van CO2-uitstoot gaat met het huidige beleid veel te langzaam. Extra maatregelen per direct zijn nodig ook om het besef van urgentie te versterken

Duurzaamheid - Snelheid 100Het onlangs verschenen rapport van het UN Intergovernmental Panel on Climate Change[1](IPCC) vat in ruim 30 pagina’s nog eens alle evidentie samen voor de relatie tussen opwarming van de aarde en uitstoot van broeikasgassen (waaronder CO2).

Het is allemaal niets nieuw, maar het is niettemin schokkend te lezen dat als het niet lukt om de CO2-emissie in 2050 tot nul te reduceren, delen van Miami dan al onder water staan, de koraalriffen bijna dood zijn en grote delen van West Afrika woestijn zijn geworden met miljoenen migranten als gevolg. Deze ontwikkelingen zijn nu al zichtbaar[2].

Het kwaad is nog niet geschiedt, maar radicale maatregelen zijn nodig en wel op veel kortere termijn dan we denken te hebben.

Eigenlijk draait alles om één maatregel, het stopzetten van het gebruik van fossiele brandstoffen niet voor 2050 maar eerder[3].

De technologieën zijn aanwezig: windmolens, zonnepanelen, aardwarmte en warmtepompen. We moeten bouwen en bezwaarprocedures beperken. Daarnaast is het nodig om CO2 op te slaan en uit de atmosfeer halen. De kosten van zijn gigantisch, ongeveer 2,5% van het BNP per jaar, maar dit geld betekent ook een stimulans voor de economie.

Stop de verkeerde discussies, zoals die over extra uitgaven voor bewapening omdat een dwaas als Donald Trump dat wil. Maar ook discussies om kernenergie opnieuw in te voeren zijn niet effectief: Ze zaaien verdeeldheid waar eensgezindheid nodig is en hun bouw gaat veel te lang duren.

Tweet Trumo over klimaat

Inmiddels moet er iets gebeuren op de zeer korte termijn. In hoger beroep heeft de rechter de Nederlandse overheid gesommeerd om vóór 2020 de uitstoot van CO2  terug te brengen met 17 megaton extra[4].

De intentie was om op die datum 25% minder CO2-uitstoot te hebben dan in 1990 (toen 220 megaton). Het bestaande beleid zal hoogstens leiden tot een daling tot 183 megaton (17%). De rechter achtte dit ook in hoger beroep onvoldoende en hanteerde een ondergrens van 25%.

Deze extra ombuiging kan, maar brengt ook kosten met zich mee. Eén maatregel daarentegen kost relatief weinig (5 – 10 miljoen) en dat is per direct de maximumsnelheid terugbrengen van 130 naar 100 km per uur en op wegen waar deze 100 km is naar 80 km. Dit levert ongeveer 1,4 megaton per jaar minder CO2-uitstoot op. Stop ook onmiddellijk met investeringen in de uitbreiding van het wegennet.

los-angeles-1396606_960_720

Maatregelen die eveneens effectief zijn, zijn de kilometerheffing en gebruik van gas in plaats van kolen in energiecentrales. De ‘vrijgekomen’ middelen van de afschaffing van de dividendbelasting kunnen bestemd worden voor subsidies aan het bedrijfsleven voor energiebesparende maatregelen.

Overigens kunnen we met zijn allen al vanaf vandaag beginnen met niet harder dan 100 km per uur rijden op de snelwegen. Plak dan wel het bovenstaande plaatje op de achterruit.

[1]http://report.ipcc.ch/sr15/pdf/sr15_spm_final.pdf

[2]https://medium.com/s/story/the-overwhelming-hugeness-of-climate-change-a50d6a59552

[3]https://medium.com/enrique-dans/combatting-global-warming-means-adopting-technology-now-24fcb9ec1383

[4]https://krispijnbeek.nl/2018/10/16/uitspraak-in-hoger-beroep-klimaatzaak/

 

Energietransitie: 10 zware wissels op de toekomst

Nederland is voortvarend gestart met de voorbereiding van de energietransitie. Het rapport Nijmegen aardgasvrijmaakt tastbaar wat dat gaat betekenen. Maar op 10 punten wordt daarbij een zware wissel op de toekomst getrokken

Buizen voor warmtenet - foto Mike 1024 (CC)
Buizen voor warmtenet – Foto Mike 1024 (Creative Commons)

Deze blogpost gaat over onzekerheden in de energietransitie. Het transitieplan van de gemeente Nijmegen is daarbij het uitgangspunt[1]. Een van de eerste in zijn soort, waarvoor de gemeente alle lof toekomt. Lof ook voor de manier waarop de burgers bij de plannen betrokken worden. Maar de te bespreken onzekerheden gaan op voor alle gemeenten.

Energietransitie: een enorme opgave

Dat de transitie een enorme opgave is, was al duidelijk uit het klimaatakkoord[2]. Alleen al vóór 2030 zouden 2 miljoen woningen van het gas af moeten. In 2050 geldt dat voor alle 7,7 Nederlandse woningen. Nog afgezien van alle gebouwen. Om dit mogelijk te maken moeten we de komende 10 jaar de productie van duurzame energie opvoeren van 17 naar 84 of misschien wel 120 terawattuur. Verder moeten een groot deel van alle Nederlandse woningen beter worden geïsoleerd.

Terecht rept het energieakkoord van de noodzaak om per wijk te bekijken hoe de transitie het best vorm kan krijgen. Voor dichte bebouwing met huizen gebouwd voor 1995 zijn warmtenetten de beste oplossing en huizen die gebouwd zijn na 1995 kunnen het beste all-electric worden.

Nijmegen voortvarend aan de slag

Nijmegen beschikt over 78.000 woningen (gemiddeld oppervlak 110 m2) en gebouwen met een omvang van 50.000 woningequivalenten, die thans op aardgas zijn aangesloten. Sinds kort zijn 6000 woningen aangesloten op een warmtenet.

De gemeente Nijmegen gaat ervan uit dat ongeveer 30.000 – 50.000 woningen op een klein- of grootschalig warmtenet kunnen worden aangesloten en dat 25.000 – 35.000 woningen all-electric worden. Voor de overige woningen wordt gezocht naar andere oplossingen, zoals groen gas. Het betreft vooral huizen in de binnenstad waar de bouwkundige aanpassingen die voor de andere oplossingen vereist zijn, lastig zijn uit te voeren.

De gemeente heeft een gefaseerd plan opgesteld, waarbij al vóór 2020 concrete resultaten geboekt moeten worden in een aantal wijken (zie kaart). In deze gebieden zijn de voorbereidende maatregelen al in volle gang, inclusief bijeenkomsten met bewoners.

Wijkgerichte aanpak Nijmegen
Bron: Warmtevisie Nijmegen 2018

Tien zware wissels op de toekomst

Het Nijmeegse transitieplan laat door zijn gedetailleerde karakter tevens zien dat zijn welslagen afhangt van een hele reeks vooralsnog onzekere factoren. De energietransitie trekt zware wissels op de toekomst. Maar dit kan ook niet anders bij een dergelijke complexe operatie.

  1. Bereidheid van huiseigenaren om de kosten van de isolatie van woningen te financieren

Er staat een gigantische isolatieopgave te wachten, in het bijzonder voor huizen die all-electric moeten worden. Bureau Berenschot heeft deze kosten berekend, uitgaande van de eisen die energielabel B stelt. Het gaat in dit geval om zogenaamde basisisolatie. Deze omvat isolatie binnenkant dak, vloer- en spouwmuurisolatie, HR+++ glas en mechanische ventilatie. Hun warmtevraag is 45 – 70 kilowattuur/m2, wat een watertemperatuur vereist van 55 – 70oC).

De meeste huizen hebben thans een label C of hoger. Onderstaande afbeelding geeft de kosten aan van isolatie naar energielabel B, uitgaande van verschillende huistypen en energielabels[3]. Deze kosten zijn inclusief de verwarmingsapparatuur en 10 zonnepanelen.

Kosten energietransitie
Bron: Eigen Huis Magazine, juni 2018

Om draagvlak bij de bevolking te krijgen zijn allerlei voorstellen in ontwikkeling (!) om de kosten van de energietransitie te beperken. Een daarvan is het aangaan van huis-gebonden leningen voor de aanschaf van nieuwe apparatuur en de uitvoering van isolatie. De rente zou mede uit het de lagere energiekosten betaald worden, maar omdat de kosten hoog kunnen oplopen zal er sprake zijn van een aanzienlijke onrendabele top. Om deze reden is het zeer waarschijnlijk dat veel huiseigenaren een dergelijke investering tot op het laatst zullen uitstellen totdat een verwachte(!) daling van de kosten voor isolatie zal inzetten. Als de prijs van aardgas substantieel stijgt en die van elektriciteit evenredig daalt zullen ze waarschijnlijk geneigd zijn op grote schaal elektrisch gaan bijverwarmen.

Zoals uit onderstaand schema blijkt wil de gemeente Nijmegen waar dat mogelijk is aansluiting op een warmwaternet niet van isolatie laten afhangen. Huiseigenaren van matig geïsoleerde woningen zouden dan al gebruik kunnen maken van een hoge-temperatuur warmtenet (1a) en huiseigenaren met een huis met een basisisolatie op een warmtenet met een middelhoge temperatuur (1b). Zo kan worden voorkomen dat de kosten van isolatie bij voorbaat al niet te nemen hindernis zijn.

Transitiepaden
Bron: Warmtevisie Nijmegen 2018

  1. Een doorbraak van all-electric is sterk afhankelijk van innovaties in warmtepompen

Mijns inziens heeft Bureau Berenschot de kosten van isolatie van all-electric huizen  onderschat door uit te gaan van basisisolatie (energielabel B). Voor huizen die zijn voorbestemd om volledig te worden verwarmd met warmtepompen is thans maximale isolatie vereist (BENG1, energielabel A++). Deze omvat vloer- en spouwmuurisolatie, HR+++ glas, isolatie aan binnen- en buitenkant van het dak en ventilatie met warmteterugwinning. Hun warmtevraag wordt daardoor teruggebracht naar 25 kilowattuur/men daardoor kan worden volstaan met water van 35 – 50oC. Dit kan een bestaande warmtepomp aan zonder excessief elektriciteitsverbruik in de winter.

De verwachting(!) is echter dat warmtepompen de komende jaren een ontwikkeling zullen doormaken waardoor ze warm water van 55 – 70oC kunnen produceren, zodat ook huizen met basis-isolatie all-electric kunnen worden.

  1. Invoering op grote schaal van warmtenetten vereist de beschikbaarheid van voldoende warm water.

Nijmegen heeft thans een bescheiden warmtenet waarop 6000 huizen zijn aangesloten. Ook in de meeste andere gemeenten in Nederland spelen warmtenetten een bescheiden rol. Het warmtenet in Nijmegen wordt gevoed door de afval-energiecentrale ARN. Om meer dan de helft van alle Nijmeegse huizen en gebouwen van warm water te voorzien, zijn op grote schaal andere bronnen nodig. De verwachting (!) is om hiervoor gebruik te kunnen maken van ultradiepe warmwaterlagen (5 km), waar zich water van 160oC  bevindt. Het onderzoek naar dergelijke watervoorraden moet nog grotendeels beginnen. In aanvulling hierop zijn er ook plannen voor kleinschalige warmtenetten die – voorlopig – met biomassa worden gestookt. Op lange termijn is ook gebruik van oppervlaktewater mogelijk, maar ook hiervoor zijn waterpompen met een hoog rendement nodig.

power-plant-67538_960_720
Winning geothermische energie – Pixabay (Creative Commons)

  1. De vereiste toename van de productie van duurzame elektriciteit staat bij lange na niet vast.

Nederland gaat niet alleen aanzienlijk meer elektriciteit gebruiken dan nu, maar deze elektriciteit moet ook van duurzame bronnen komen. De afgelopen jaren is het aantal zonnepanelen en windparken aanzienlijk gegroeid, wat in het geval van windenergie vaak met weerstand vanuit de bevolking gepaard ging. In de komend 10 jaar moet de hoeveelheid duurzame energie minstens vervijfvoudigen en daarna nog eens enkele malen groter worden. Hoeveel elektriciteit in 2050 nodig is, is onbekend. Ik heb elders  een schatting gemaakt [4].  Technisch is dit mogelijk om aan deze vraag te voldoen, maar de daarvoor vereiste ingrepen de ruimtelijke ordening zijn gigantisch en kunnen tot ellelange bezwaarprocedures en vertraging leiden.

  1. Het is onzeker of aan verzwaring van het elektriciteitsnet valt te ontkomen.

Bij een aanzienlijke stijging van het elektriciteitsgebruik, zeker als de nieuwe generatie warmtepompen op zich laat wachten, is een verzwaring van het elektriciteitsnet onvermijdelijk. Ook dit is een mega-operatie.

Thans worden verschillende manieren onderzocht om aan verzwaring van het elektriciteitsnet te ontkomen. De eerste is om lokaal opgewekte elektriciteit ook lokaal op te slaan en eventueel te verhandelen. In plaats van zwaardere kabels hebben we dan een ‘smart grid’ nodig dat zelfstandig de belasting van het net én de beschikbaarheid van voldoende elektriciteit voor de gebruikers kan regelen.

Maar er zijn ook meer grootschalige buffers nodig om. Daarover is afgezien van batterijen, die slechts voor enkele dagen reserve bevatten, nog weinig nagedacht. Voorbeelden van buffers zijn energieopslag in zoutlagen, omzetten van overtollige energie in waterstof of ammoniak, maar ook de aanleg van immense ondergrondse warmwaterreservoirs[5].

  1. Aan biomassa wordt een belangrijke rol toegedicht, maar biomassa zal slechts beperkt beschikbaar zijn.

Biomassa (afval, gekweekt hout, snoeihout) wordt thans op tamelijke grote schaal ingezet bij het stoken van elektriciteitscentrales en voor toepassingen in de chemische industrie. Ook in de toekomst wordt een biomassa een belangrijke rol toegedicht, bijvoorbeeld als grondstof voor kleinschalige warmwaternetten en als bron voor biogas. Er is veel discussie over de vraag wat duurzame biomassa is. Bovendien willen we naar minder afval toe en zo veel mogelijk afval hergebruiken. Voor ‘schone’ chemische industrie is biomassa een noodzakelijke vervanging van olie en steenkool. Om al deze redenen zal biomassa slechts in beperkte mate beschikbaar zal zijn voor verwarmingsdoeleinden.

  1. Opslag van CO2 moet, maar hoe is onzeker.

Het is volgens het Planbureau voor de leefomgeving vrijwel onmogelijk om de uitsloot van COin 2030 te halveren en in 2050 terug te brengen naar nul, zonder CO2 (tijdelijk) op te slaan[6]. De industrie heeft tijd nodig om te schakelen naar bio-based productie en er is vooralsnog onvoldoende duurzame elektriciteit om van waterstof voldoende ‘groen gas’ te kunnen maken. In al deze gevallen geldt dat er mogelijkheden moeten zijn om COtijdelijk op te slaan, in afwachting van zijn hergebruik. Naar methoden voor grootschalige CO2-opslag wordt onderzoek gedaan, maar de resultaten daarvan zijn vooralsnog ongewis en controversieel.

Alstom_Coradia_iLint_-_innoTrans_2016
Trein op waterstof – Foto: Alstom (Creative Commons)

  1. Waterstof als brandstof en als opslagmedium leidt tot een groot rendementsverlies.

Waterstof is een onbetwiste energiebron voor de industrie en een potentiële energiedrager, bijvoorbeeld als autobrandstof of om waterstofgas te maken. Waterstof wordt ook gezien als een middel om energie op te slaan. Elektriciteitsoverschotten worden dan gebruikt om van water waterstof (of ammoniak) te maken en deze later worden deze via brandstofcellen weer om te zetten in elektriciteit. Het rendement van dit proces is echter laag[7].

  1. De kosten van de energietransitie en alle bijkomende kosten zijn onbekend en de financiering ervan onzeker.

De financiering van de energietransitie zal voor een deel ten laste van overheden komen, al worden energiebedrijven steeds meer geprikkeld om voor eigen rekening duurzame energie te produceren. In de praktijk zullen ook burgers aanzienlijk meebetalen, met name aan apparatuur, isolatie en uiteraard via belastingen. De kosten voor alle betrokken partijen zijn vooralsnog niet te overzien, zoals onlangs is gebleken, ook niet door het Planbureau voor de leefomgeving. Deze onduidelijkheid werkt ten nadele van een brede ervaring van de energietransitie

  1. Een business case met veel onbekende elementen

Nijmegen kiest, blijkens de nota Warmtevisie: Op weg naar een aardgasvrij Nijmegen voor een ‘open’ warmtenet waarop verschillende aanbieders van warm water kunnen aansluiten en burgers zelf kunnen besluiten ‘aan te haken’. De nota geeft zelf al aan dat onduidelijkheid over het aantal afnemers het nemen van investeringsbeslissingen lastig maakt. Dat geldt uiteraard ook voor degenen die centrales voor de productie van warm water moeten gaan exploiteren.  Aan de andere kant valt het ook lastig in te zien welke alternatieven bewoners hebben anders dan tot het allerlaatste moment gebruik te blijven maken van aardgas.

Complexiteitsdenken

De energietransitie is een noodzakelijke ‘reis’ naar koolstofvrije samenleving langs een deels onbekende weg en niet in te schatten risico’s.

De grootste fout die overheden kunnen maken is om te suggereren dat hier sprake is van een project dat vooraf in calculeerbare activiteiten uiteengelegd kan worden. Veel belangrijker is om een kwalitatief goed transitietraject te doorlopen en daarbij zo veel mogelijk burgers meeneemt. Dit kan gebeuren om steeds vanuit het gestelde doel terug te redeneren naar activiteiten op de korte termijn. In dit proces zullen zich nieuwe kansen en bedreigingen voordoen. Deze kunnen ertoe leiden dat het gestelde doel moet worden aangepast. Dit geldt ook voor het magische jaartal 2050.

[1]Warmtevisie: Op weg naar een aardgasvrij Nijmegen. Juni 2018. Hier te downloaden: https://www.nijmegen.nl/fileadmin/bestanden/bestuur/bestuursdossiers/Nijmegen-aardgasvrij/Warmtevisie-Nijmegen-2018-180626.pdf

[2]Hier downloaden: https://www.klimaatakkoord.nl/documenten/publicaties/2018/07/10/hoofdlijnen-compleet

[3]https://d18b3k73pw7q78.cloudfront.net/app/uploads/2018/06/EHM-artikel-Stoppen-met-aardgas-juni-18.pdf

[4]https://wp.me/p32hqY-1FL

[5]In het artikel Energieopslag. De missing link in de doorbraak van duurzame energie  behandel ik een reeks opslagmethoden. Je vindt dit artikel in mijn e-boek De smart city idee, dat je hier gratis kunt downloaden:  https://www.dropbox.com/s/k03uilw32un3mp0/2018%2008%2025%20De%20smart%20city%20idee.pdf

[6]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2017-verkenning-van-klimaatdoelen-van-lange-termijnbeelden-naar-korte-termijn-actie-2966.pdf

[7]http://www.wattisduurzaam.nl/15443/energie-beleid/tien-peperdure-misverstanden-over-wondermiddel-waterstof/