Afvang en opslag van CO2 (CCS): Het stiefkind van de energietransitie

De komende decennia worden wereldwijd nog miljarden tonnen CO2-equivalenten uitgestoten ondanks de overgang naar schone energie. Hoe zeer ligt het dan voor de hand om deze schadelijke gassen
op te vangen en op te slaan, of te wel CCS (carbon capture and storage)?

Advertenties
Direct air capture technology – Foto: Carbon Engineering

Nee, zegt een aantal milieuactivisten. Geld dat je investeert in CCS kun je niet meer gebruiken voor onderzoek naar schone energiebronnen. Het zal bovendien de industrie ervan weerhouden om alternatieven voor het gebruik van fossiele brandstoffen te zoeken. Ik vind dat de vermindering van CO2 in de dampkring een hoger doel is dan stoppen met het gebruik van fossiele brandstoffen. Maar zoals nog zal blijken, hebben we die keuze niet eens. 

Tot nu toe zijn inspanningen op dit het gebied van CCS beperkt en dat geldt – wereldwijd – ook voor onderzoek op dit gebied. De techniek zelf is overigens niet nieuw, wel de schaal waarop deze toegepast zou moeten worden.

Het meest recente rapport[2]van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) benadrukt dat CCS, ook wel ‘negatieve emissie’ genoemd, tot ver in de 22steeeuw onafwendbaarder is. Dit náást alle tot nu toe voorgenomen inspanningen om de uitstoot van broeikastgassen ze veel mogelijk te beperken. 

Bij de berekening van het vereiste tempo van de vermindering van CO2-emissie, is ervan uitgegaan dat er tot 2050 nog tussen de 600 en 1200 miljard ton aan koolstof in de atmosfeer terecht zal komen (afhankelijk van 1,5oC dan wel 2oC opwarming van de aarde). Het gevolg is dat zich in 2050 zo’n gigantische hoeveelheid CO2in de atmosfeer heeft opgehoopt dat de opwarming van de aarde nog decennia gewoon doorgaat. Met het afvangen én verwijderen van CO2 kan dus eigenlijk geen dag worden gewacht. 

De noodzaak van negatieve emissies – Afbeelding World Resource Institute

Ook het afvangen van CO2 zal na 2050 noodzakelijk zijn omdat het zeer onwaarschijnlijk is dat tegen die tijd voor alle CO2-bronnen alternatieven beschikbaar zullen zijn. Uiteindelijk zal er in de periode vanaf heden tot 2100 élk jaar 8 miljard ton af- en opgevangen en opgeslagen moeten worden.

Eerder al had het Planbureau voor de Leefomgeving (CPL) al uitgerekend, dat de energietransitie een stuk goedkoper is bij een maximale inzet van CCS én van biomassa. Het CPL pleitte er eveneens voor géén middelen ongebruikt te laten[3]

De kosten van verschillende varianten beperking CO2-uitstoot – Afbeelding Planbureau voor de leefomgeving

Het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat heeft de opdracht verstrekt aan onder andere De Gemeynt en CE Delft om alle argumenten voor en tegen CCS te onderzoeken en tot een afweging te komen, uitmondend in een ‘routekaart’ als basis voor het afvangen van CCS[4]. De verwijdering van CO2 uit de lucht is daarbij nog niet aan de orde. 

Het Ministerie heeft aan de makers van dit rapport de boodschap meegegeven dat de toepassing van CCS gericht zal zijn op de industrie, dat er alleen opslag onder zee zal plaatsvinden en dat er nog geen rekening wordt gehouden met de verkoop en het gebruik van CO2.

CCS wereldwijd

Voordat ik op dit voor ons land belangrijke en waarschijnlijk toonaangevende rapport inga, sta ik stil bij wat wereldwijd, en met name in de VS, in wetenschappelijke kringen over het afvangen, verwijderen en opslaan van CO2wordt gezegd. Dit gaat namelijk veel verder.

Voor het verwijderen van CO2 worden in grote lijnen vier methoden onderscheiden[5]

Alternatieve methoden voor CCS – Afbeelding: World Resources Institute

De eerste methode sluit aan bij de verwijdering van CO2 bij de bron, maar de aandacht gaat daarbij vooral uit naar het afvangen van CO2 bij de verwerking van biomassa (BECCS; bioenergy with carbon capture and storage). Vermoedelijk, omdat er in de VS veel meer biomassa is en op verantwoorde wijze kan worden geproduceerd. 

In de tweede plaats krijgen natuurlijke methoden om CO2 uit de lucht te halen veel aandacht, zoals een reusachtige uitbreiding van het areaal bos en het houden van vee in bisachtige gebieden. 

In de derde plaats vindt onderzoek plaats naar de rechtstreekse verwijdering van CO2 uit de lucht (DACS: direct air capture with storage). 

In de vierde plaats zijn er sterk innovatieve technieken in ontwikkeling zoals als het kunstmatig produceren en ondergronds opslaan van houtskool, het kweken van planten die zeer veel CO2 kunnen opslaan, ‘verstenen’ van CO2 en het opvangen van CO2 uit de oceanen om aldus hun absorptievermogen van CO2 uit de licht te vergroten.

CCS in Nederland

De onderstaande afbeelding toont in welke typen bedrijven CCS een rol kan gaan spelen. In alle bedrijven geldt dat er voorlopig nog geen alternatieven zijn. De onder groep II vermelde activiteiten zullen in de komende decennia afnemen dan wel geheel verdwijnen.

Primaire bronnen voor de inzet van CCS – Afbeelding CE Delft

De beschikbaarheid van CCS kan dit proces mogelijk vertragen, maar met een vergunningenstelsel valt dit relatief eenvoudig in de hand te houden.

Tot op heden zijn er nog weinig activiteiten die op termijn tot een grootschalig gebruik van CCS zullen leiden. Geen enkele commerciële partij durft het aan om met de ontwikkeling van de vereiste transport- en opslaginfrastructuur te beginnen.  Onder deze omstandigheden ligt het voor de hand dat de overheid een initiërende rol op zich neemt, bijvoorbeeld door deze activiteiten onder te brengen in een vooralsnog voor 100% bekostigde maatschappelijke onderneming.

Duidelijk is dat we zowel het afvangen en opslaan van koolstof en de beperking van de uitstoot van CO2 beide voortvarend moeten aanpakken.


[1]Met CO2-equivalenten is bedoeld alle vormen van broeikasgassen.

[2]https://www.ipcc.ch/sr15/

[3]Ros en Daniels Verkenning klimaatdoelen, PBL 2017. Downloaden: https://www.pbl.nl/publicaties/verkenning-van-klimaatdoelen-van-lange-termijn-beelden-naar-korte-termijn-actie

[4]Hans Warmenhoven, Margriet Kuijper, Jan Paul van Soest, Harry Croezen, en Nanda Gilden: Routekaart CCS: CO2-afvang en -opslag, een ongemakkelijk maar onmisbaar onderdeel van de energietransitieDit rapport is in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat.Downloaden: https://www.rijksoverheid.nl/documenten/publicaties/2018/03/05/routekaart-ccs

[5]James Mulligan, Gretchen Ellison, Kelly Levin, and Colin Mccormick: Technological carbon removal in the United States World resource Institute 2018 https://wriorg.s3.amazonaws.com/s3fs-public/technological-carbon-removal-united-states_0.pdf?_ga=2.172840227.1618072385.1551126518-832317363.1551126518

De aarde: Onuitputtelijke bron van schone energie

Aardwarmte speelt een grote rol in de plannen van Amsterdam, Nijmegen en menige andere gemeente om in 2040 CO2-emissievrij te zijn. Er is nog heel veel werk te doen voordat dit doel is bereikt.

Aardwarmte bij kwekerij Zeurniet in Honselersdijk. 

We lezen veel over de snelle groei van zonne- en windenergie.Publicaties over aardwarmte (geothermie) waren tot voor kort schaars. Niet vreemd want het aandeel van aardwarmte in het wereldwijze energiegebruik in 2017 is (afgerond) 0%, tegen 81% fossiele bronnen[1]. Maar verandering is in zicht. Enige tijd geleden schreef ik over de winning van ondiepe aardwarmte (tussen 250 – 750 m.). In deze post komt het hele scala van mogelijkheden om aardwarmte te winnen aan de orde.

In Nederland hebben tuinbouwondernemers in 2007 de grondslag gelegd voor het ontstaan van een geothermiesector. Er zijn vanaf dat jaar 35 putten geboord, waarvan er 14 actief zijn. 

De totale jaarlijkse vraag naar warmte in Nederland bedraagt thans ongeveer 960 petajoule. Deze zal vermoedelijk dalen naar 930 petajoule in 2030 en naar 870 petajoule in 2050. Deze daling van de vraag komt door een efficiënter gebruik van warmte, betere isolatie en dalende bevolkingsgroei. Hier staat tegenover het groeiende gebruik van elektriciteit voor vervoer. De bijdrage van geothermie aan de huidige vraag naar warmte is slechts 3 petajoule.

Ongeveer de helft van de vraag naar warmte is afkomstig van de gebouwde omgeving (verwarming en warm kraanwater). Aardgas, biomassa en restwarmte zijn thans de belangrijkste energiebronnen. In de toekomst moet geothermie de plaats van het aardgas voor een belangrijk deel overnemen.

Doublet met productie- en infiltratieput. Afbeelding afkomstig uit: Stappenplan geothermie voor de glastuinbouw, december 2013

Wat is aardwarmte?

Geothermie, onttrekt warmte aan aardlagen tussen 250 en 5000 meter diep (zie afbeelding). Hier bevindt zich warm water van 15 tot 125oC. Dit water kan wel 150 miljoen jaar oud zijn en het is zout door de erin opgeloste mineralen. Het water wordt opgepompt met behulp van een productieput, staat zijn warmte af via een warmtewisselaar en het afgekoelde water verdwijnt weer via een injectieput in de bodem, op enige afstand van de plaats waar het vandaan komt (Zie afbeelding) Hier warmt het in ongeveer een jaar tijd weer op. Beide putten samen heten een doublet.  

Reserves

Jos Limberger. Foto Universiteit Utrecht

Jos Limberger is onlangs aan de Universiteit van Utrecht gepromoveerd op de ontwikkeling van geothermie[2]. Hij berekent dat de jaarlijks winbare hoeveelheid aardwarmte in de orde van grootte ligt van het totale jaarlijkse mondiale energieverbruik. Hieraan is echter een aantal mitsen en maren verbonden. Het opzetten van een grootschalig productiesysteem vereist grote investeringen. Deze zijn vergelijkbaar met de aardoliewinning, waarvan de baten echter veel hoger zijn. De productie moet (in tegenstelling tot de aardoliewinning) over een relatief groot oppervlak worden gespreid, om het water weer op temperatuur te laten komen. Tegelijkertijd moeten de putten dichtbij de plaats liggen waar de warmte wordt gebruikt.

Al met al zijn de kosten voor de ontwikkeling van boorlocaties op dit moment nog te groot voor economisch verantwoorde exploitatie.

Een meer grootschalige aanpak kan hier verandering in brengen. Dit lijkt te gaan gebeuren.

Het onderstaande filmpje geeft een goed beeld van de winning van aardwarmte.

Wereldwijd hebben 49 landen in de periode 2014 – 2017 samen ongeveer $20 miljard geïnvesteerd in geothermie.  Naar verhoging niet veel. Shell besteedde in die periode $25 miljard aan het zoeken naar nieuwe olievelden. Nederland investeert naar verhouding veel: in de eerste helft van 2018 alleen al is er bijna een half miljard dollar toegezegd aan subsidie. 

Onderzoek in Nederland

Het onderzoek in Nederland is het afgelopen jaar opgeschaald: Het betreft vooral onderzoek naar de mogelijkheden van ultradiepe geothermie[3]. Dit mede omdat vanwege de hoge temperatuur (120 – 250C.) Deze vorm van geothermie ook relevant is voor de industrie, die een warmtebehoefte heeft van 400 petajoule). 

Aan dit grootschalig onderzoek doen mee Engie, de Universiteit Utrecht, het Universitair Medisch Centrum Utrecht, de Hogeschool Utrecht en de Stichting Kantorenpark Rijnsweerd. 

Verder doet Energie Beheer Nederland (EBN) seismisch onderzoek om vast te stellen waar en op welke diepte zich winbare aardwarmte bevindt en bovendien of de bodemgesteldheid winning mogelijk maakt[4].   

Risico’s

Bij het boren naar aardwarmte, doet zich een beperkt aantal risico’s voor, dat bij in acht neming van grote zorgvuldigheid en het gebruik van de juiste technieken en apparatuur tot een minimum teruggebracht kunnen worden. 

Door bij het boren rekening te houden met natuurlijke breuken in de ondergrond is de kans op een aardbeving klein.

Dankzij een speciale constructie van de buizen kan er geen water van de ene aardlaag in de andere terecht komt. 

Van groot belang verder is dat bij de productie van aardwarmte geen materie aan de ondergrond wordt onttrokken: De warmte wordt met behulp van een warmtewisselaar gewonnen en het afgekoelde water wordt weer teruggepompt. Hierdoor blijft de druk onveranderd en is de kans op bodemdaling gering.

Pionier stadium

De Staatstoezicht voor de Mijnen, tevens belast met geothermie, is tamelijk kritisch over de manier waarop de winning en de exploitatie van aardwarmte tot dusver in Nederland heeft plaatsgevonden. Hiervan is in 2017 uitvoerig verslag gedaan in het rapport De Staat van de geothermie in Nederland[5].

Het rapport schrijft dat milieu- en veiligheidsrisico’s onvoldoende worden onderkend, wet- en regelgeving niet goed genoeg wordt nageleefd en er sprake is van een zwak ontwikkelde veiligheidscultuur bij initiatiefnemers en hun aannemers. De Raad wijt dat deels aan de kleinschaligheid van de sector, het gebrek aan middelen en onvoldoende deskundig personeel. Dit heeft geleid tot een aantal incidenten.  Zo is er overigens met medeweten van de Raad geboord op plaatsen in Limburg en Brabant die dicht bij breukzones liggen. Door de (verplichte) aanwezigheid van een sensorsysteem werden de overigens lichte aardbevingen die daar het gevolg van waren onmiddellijk opgemerkt, waarna de winning op deze locaties is stilgelegd. Hetzelfde geldt voor boringen in het aardbevingsgebied van Groningen. 

In mei 2018 heeft het Platform Geothermie het Masterplan aardwarmte in Nederland, een brede basis voor een duurzame warmtevoorziening[6]gepubliceerd.

Dit plan moet ertoe leiden dat aardwarmte samen met duurzame restwarmte en biomassa op substantiële wijze gaat bijdragen aan de toekomstige vraag naar warmte. De huidige productie van 3 petajoule neemt dan toe naar 50 petajoule in 2013 en tot meer dan 200 petajoule per jaar in 2050. Van deze 200 petajoule zal ongeveer 40% geleverd zal worden via warmtenetten. Om dit doel te bereiken moet het aantal doubletten groeien van de huidige 14 naar 175 in 2030, en vervolgens naar 700 in 2050. 

Bij de opschaling van het aantal doubletten speelt de aanwezige expertise in de glastuinbouw een grote roi. De ondergrond in het Westland is goed in kaart gebracht. Van de gewenste uitbreiding van 3 naar 50 petajoule in 2030, kan 30 petajoule in de glastuinbouwsector worden gerealiseerd, wat tijd geeft om elders seismisch onderzoek uit te voeren.

Helaas ontbreekt een gespecificeerde begroting. Maar als het geformuleerde doel wordt bereikt, komt de haalbaarheid van de energietransitie een stap dichterbij.


[1]https://goo.gl/KyKPrc

[2]https://www.uu.nl/en/events/phd-defence-thermo-mechanical-characterization-of-the-lithosphere-implications-for-geothermal

[3]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/energie/30487/engie-geothermie?utm_source=nieuwsbrief&utm_medium=e-mail&utm_campaign=Daily+Focus+19+November

[4]https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/energie/30545/locaties-geothermie?utm_source=nieuwsbrief&utm_medium=e-mail&utm_campaign=Daily+Focus+27+November

[5]https://www.sodm.nl/documenten/rapporten/2017/07/13/staat-van-de-sector-geothermie

[6]https://www.geothermie.nl/images/Onderzoeken-en-rapporten/20180529-Masterplan-Aardwarmte-in-Nederland.pdf

Brochure ‘Amsterdam klimaatneutraal 2050’: Geen antwoord op meest dringende vragen

De brochure Amsterdam klimaatneutraal 2050 is te eenzijdig geschreven vanuit de reductie van CO2 in plaats van uit de invoering van alternatieve energiedragers

Amsterdam maakt werk van de energietransitie. Onlangs ontvingen alle bewoners de brochure Amsterdam Klimaatneutraal 2050[1].  Dat is de eerste stap naar een definitieve routekaart, die de gemeente eind 2019 wil vaststellen. Voor het zover is, wordt met talloze betrokkenen gepraat. Ik kan voorspellen waarover deze gesprekken gaan.

De brochure laat zien voor welke immense opgave de stad de komende 30 jaar staat: Op dit moment bedraagt de CO2-uitstoot op het Amsterdamse grondgebied van Amsterdam ongeveer 4.500 kiloton tegen 3.010 kiloton in 1990. Het doel voor 2030 is een reductie van 3.200 kiloton. Dat er sprake is van een trendbreuk is dus een understatement.

Bron: Amsterdam energieneutraal 2050

De brochure inventariseert wat nodig is om de beoogde reductie van de CO2-uitstoot te realiseren: Nieuwe huizen en gebouwen worden bij voorkeur energieneutraal, de stad gaat uiterlijk in 2040 van het aardgas af, huizen en gebouwen worden massaal aangesloten op warmtenetten, het verkeer wordt elektrisch, er komen verkeersbeperkende maatregelen en dankzij grootschalige isolatie worden huizen en gebouwen zuiniger en de Hemweg-centrale moet ook dicht.

Net als het Klimaatakkoord, schenkt de brochure echter weinig aandacht aan de alternatieve energiebronnen en hun beschikbaarheid[2].

Zonnepanelen

Het meest concreet is nog het streven om alle geschikte daken met zonnepanelen te bedekken. De 180.000 zonnepanelen die nu op Amsterdamse daken liggen zouden in vier jaar tijd tot 1 miljoen moeten toenemen. Panelen op daken leggen is niet zo moeilijk maar een kostbare verzwaring van het net voorkomen vereist, zoals het City-zen project heeft geleerd dat wordt voorzien in een smartgrid inclusief lokale opslagcapaciteit en dat is nog niet zo eenvoudig[3].

Aardwarmte

De warmtenetten ontvangen thans hun energie uit diverse bronnen, zoals afval, restwarmte van de industrie en biomassa. Elk van deze bronnen slinkt en aardwarmte moet voorzien in de resterende vraag. Op dit moment is aardwarmte (geothermie) in Nederland nog schaars en de winning is problematisch[4]. Er zal de komende vier jaar in Amsterdam één (sic) proefboring worden verricht. Ik wees er eerder dal op dat ook Nijmegen een forse hypotheek neemt op de realisering van de klimaatdoelen door hoog in te zetten op geothermie[5].

Groene elektriciteit

Verwacht wordt dat de stad in 2050 viermaal meer elektriciteit gebruikt dan thans. Amsterdam is in hoge mate afhankelijk van het welslagen van de plannen om op nationaal niveau het aantal windmolens drastisch uit te breiden, op zee in het bijzonder Juridische procedures zullen de snelheid waarmee dit gebeurt ongetwijfeld belemmeren.

De gemeente gaat terecht met bewoners en andere betrokkenen in gesprek. Ik voorspel dat dit gesprek zal gaan over de beschikbaarheid van alternatieven, de kosten van de transitie en wie die betaalt. Ik vond dat de presentatie van een routekaart voor de energietransitie in Amsterdam door prof. Andy van den Dobbelsteen in Pakhuis De Zwijger (maart 2018) meer inzicht gaf in de richting waarin alternatieven voor gas en ‘grijze’ elektriciteit gezocht kunnen worden[6], tot op wijkniveau toe. Overigens ook niet over de tijdige beschikbaarheid daarvan en hun kosten. Die vraag kan vooralsnog niemand beantwoorden.

Zoals blijkt uit het recente boek van Drawdown van Paul Hawken, is ‘Parijs’ (alleen) haalbaar als we een groot aantal beschikbare technieken verkennen en gebruiken en geen daarvan op voorhand uitsluiten. Het draagvlak voor de energietransitie had vergroot kunnen worden door haalbaar geachte tijdpaden voor de invoering alternatieve energiebronnen centraal te stellen en als resultaat daarvan de afname van de CO2-uitstoot te laten zien. 

De brochure ‘Amsterdam Klimaatneutraal’ is geschreven vanuit het perspectief van de activistische bestuurder in plaats van dat van de bezorgde burger.

Of Amsterdam in 2030 dan wel 2050 de gewenste uitstoot realiseert hangt hoe dan ook af van de beschikbaarheid van geschikte alternatieven voor grijze stroom en aardgas. Niemand zal immers beweren dat de gaskraan dichtgaat, ook als de Amsterdammers daarna in de kou zitten. Toch?


[1]https://www.amsterdam.nl/bestuur-organisatie/volg-beleid/ambities/gezonde-duurzame/routekaart-amsterdam/

[2]Hierover heb ik elders geschreven: https://www.expirion.nl/blog-25–het-klimaatakkoord-is-geen-energieakkoord.html

[3]http://www.cityzen-smartcity.eu/ressources/smart-grids/virtual-power-plant/

[4]https://www.1limburg.nl/verhoogd-risico-op-aardbevingen-noord-limburg?context=section-12592

[5]https://wp.me/p32hqY-1GK

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

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/

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/

Wat iedereen moet weten over de energietransitie

De ontwikkeling van een energiehuishouding zonder CO2-uitstoot is een gigantische operatie. Deze post is een uitgebreide factsheet die misverstanden kan wegnemen en de visie op de koers kan aanscherpen

koeien-in-weiland

Of, hoe hou je verjaardagspartijtjes gezellig?

De Nederlandse politiek, het bedrijfsleven en de milieubeweging lijken elkaar gevonden te hebben in het streven naar een samenleving zonder CO2-uitstoot[1]. Naarmate meer personen zich de consequenties daarvan realiseren, komen er meer vragen maar ook meer weerstand. Dat kan ten koste gaan van de sfeer van menig verjaardagspartijtje of ander gezellig samenzijn. Daarom zou eigenlijk iedereen het volgende moeten weten en de moeite moeten nemen om deze saaie blogpost te lezen, zo niet van buiten te leren.

Vooraf

Enkele basale begrippen

Watt:

Maat voor elektrisch vermogen. Een zonnepaneel met een vermogen van 300 watt produceert onder ideale omstandigheden een constante ’stroom’ van 300 watt. Daarom wordt in dit geval van wattpiek gesproken.

Joule / kilowattuur

Maten voor de hoeveelheid geproduceerde energie binnen een gegeven hoeveelheid tijd.

  • 1 joule is de productie (of het verbruik) van 1 watt per seconde.
  • 1 kilowattuur is de productie (of het gebruik) van 1000 watt gedurende een uur.

Het energieverbruik van een gemiddeld huishouden per jaar

Aardgas: 1500 m3; komt overeen met 15.000 kilowattuur

Elektriciteit : 3500 kilowattuur

Brandstof:

Benzineauto bij 20.000 km per jaar en verbruik 1: 20. Dit is 1000 liter en komt overeen met 10.000 kilowattuu

Elektrische auto (BMWi3) gebruikt bij 20.000 km per jaar 3200 kilowattuur.

Treinreis: 1 km (benzine)auto = 4 km per trein.

Vliegtuigreis: 1 km (benzine)auto = 1 km per vliegtuig

Unknown-3

De zon als energieleverancier

Vermogen per paneel

Het vermogen van een zonnepanelen varieert van 250 – 350 wattpiek.

Dat wil zeggen dat ze onder ideale omstandigheden (loodrechte inval van zonnestraling, alle dagen per jaar gedurende 8 uur per dag) 250 resp. 350 kilowattuur aan elektriciteit per jaar produceren.

Dergelijke ideale omstandigheden doen zich in Nederland niet voor. Uitgangspunt is daarom dat een paneel van 300 wattpiek gemiddeld 250 kilowattuur per jaar oplevert.

Voor het gemiddelde huishouden zijn 14 zonnepanelen voldoende zijn om de behoefte aan elektriciteit te dekken. 

Zonne-energie in Nederland

In 2015 was het opgesteld vermogen voor de productie van zonne-energie 2000 megawatt op een oppervlak van 12 km2. Dit is voldoende stroom voor ongeveer 450.000 huishoudens.

Dat zal naar verwachting groeien naar 6000 megawatt in 2020.

Ter vergelijking, de in 2015 geopende Eemshavencentrale van RWE heeft een vermogen van 1500 megawatt.

Het ruimtebeslag van zonnepanelen

Zonnepanelen zijn verspreid over daken van particulieren en bedrijven, maar ze kunnen ook ‘grondgebonden’ zijn (zonneparken, zonneweiden).

Panelen op dak:

Het aantal panelen dat op een dak past varieert sterk. Op een schuinstaand dakoppervlak van 100 x 100 m. zonder ramen en schoorstenen passen ongeveer 4500 zonnepanelen (stroom voor 350 gemiddelde huishoudens).

Grondgebonden panelen[2]

Op een zonneweide van 1 ha passen ongeveer 2500 zonnepanelen. Dit is goed voor 175 gemiddelde huishoudens.

Bij een aanzienlijk groter aaneengesloten oppervlak loopt dit aantal op tot 4500 panelen – of meer – per ha (goed voor ruim 350 gemiddelde huishoudens).

Soms lenen grote oppervlakten zich voor de plaatsing van windmolens en zonnepanelen tegelijkertijd.

De kosten van een zonnepark van 100.000 panelen (25 ha) bedragen ongeveer €25 miljoen.

59AF0F5B-1ABB-42CB-B024-9C8288284F3E

De wind als energieleverancier

Windenergie in Nederland

In 2015 stonden in Nederland 2500 windmolens die elektriciteit opwekten met een gezamenlijk vermogen van 3000 megawatt.

Het vermogen per windmolen (in megawatt) groeit snel. De molens die nu in windparken op land worden geplaatst hebben per stuk een vermogen van 3,5 megawatt.

Het vermogen van windmolens op zee loopt inmiddels op tot 10 megawatt.

Vollasturen

De tijd die windmolens energie produceren wordt herleid op zogenaamde vollasturen. Het aantal vollasturen op land wordt gesteld op 2500 en dat op zee op 4000. Er zijn overigens ook vermeldingen van hogere en lagere waarden in omloop.

Een windmolen met een vermogen van 3,5 megawatt op land levert 8,75 miljoen kilowattuur aan energie (goed voor 2500 gemiddelde huishoudens)

Een windmolens met een vermogen op van 10 megawatt op zee levert 40 miljoen kilowattuur aan energie (goed voor 11.500 gemiddelde huishoudens)

Ruimtebeslag van windmolens

Windmolens moeten voldoende onderlinge afstand hebben. Deze is afhankelijk van de straal van de wieken.:

Bijvoorbeeld

Een windmolenpark in Drenthe telt 50 molens van 3 megawatt op een oppervlak van 500 ha. Zij leveren samen 320 miljoen kilowatt aan vermogen. Men gaat uit van 2000 volwinduren, wat 640 miljoen kilowattuur oplevert. Dit is stroom voor 90.000 gemiddelde huishoudens. De kosten bedroegen € 200 miljoen.

 

Energieverbruik in Nederland

We onderscheiden doorgaans vijf gebruikersgroepen: gebouwde omgeving, industrie, verkeer, landbouw, overig (waaronder luchtvaart).

Een andere indeling is: verkeer en vervoer, land- en tuinbouw, industrie en huishoudens (exclusief autogebruik)

De productie van energie

Om energie te maken gebruiken we grondstoffen, ook wel energiedragers genoemd. Deze grondstoffen voeren we in, winnen we zelf en/of voeren we uit. Hieronder tref je een overzichtelijk schema aan.

screenshot 2

Bron: Compendium voor de leefomgeving 2017

Energiedragers ondergaan doorgaans verschillende bewerkingen. Bijvoorbeeld aardgas, aardolie en steenkool worden omgezet in elektriciteit maar ook in talloze chemische producten. Bij deze omzettingen treedt energieverlies op.

Een deel van de energiedragers wordt gebruikt voor niet-energetische toepassingen, bijvoorbeeld in chemische industrie. Deze zijn inbegrepen in het totale energieverbruik van 3155 petajoule dat het schema vermeldt.[3]

Mix aan energiedragers

Het aandeel van de afzonderlijke energiedragers (voor energetische en niet-energetische toepassingen) is in de periode 2000 – 2015 gewijzigd[4]:

  • Het aandeel van aardgas is afgenomen van 47% naar 39% in 2015;
  • het aandeel kolen nam toe van 10% naar 15%.
  • Het aandeel van olie (38%) is licht gestegen.
  • Het aandeel hernieuwbare bronnen is toegenomen van 1,6% naar 5,8%. Dit groeit naar verwachting tot 12,4% in 2020 en tot 16,7% in 2023.

Zie hiervoor ook de onderstaande figuur

screenshot 4

Bron: Nationale energieverkenning 2017

Binnen de categorie hernieuwbare bronnen steeg het aandeel van zon en wind en daalde het aandeel van biomassa. In 2015 kwam nog meer dan 60 procent van de energie uit biomassa. In 2023 is dat naar verwachting iets minder dan 50 procent.

Elektriciteitsgebruik

Het elektriciteitsverbruik in Nederland zal tot 2030 stabiel zijn en ongeveer 412 petajoule bedragen. Groeiende efficiency zorgt voor daling en groeiend gebruik door elektrische auto’s en van meer apparaten – denk aan datacenters – voor toename.

Het aandeel van elektrische auto’s in het elektriciteitsverbruik is 2016 ongeveer 6 petajoule en zal stijgen tot 20 petajoule in 2030.

Als je het elektriciteitsverbruik voor huishoudens (81 petajoule) vergelijkt met het totale verbruik (3155 petajoule), of alleen het totale elektriciteitsverbruik (412 petajoule) dan moet je vaststellen dat de opmerking dat een wind- of zonnepark voor zoveel duizend huishoudens elektriciteit levert niet tot overmatig optimisme mag leiden.

 

Energieverbruik in de toekomst

Is een koolstofarm of -vrij Nederland haalbaar?

Ja, afgaande op berekeningen van het Planbureau van de leefomgeving[5]. Er moet wel aan vier voorwaarden worden voldaan:

  • Groot aandeel van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen in combinatie met voldoende opslagcapaciteit
  • Afvangen en opslaan van CO2 (CCS; carbon capture and storage)
  • Gebruik van biomassa
  • Energiebesparing

De kosten van de energietransitie worden geschat op € 25 miljard per jaar.

Mix van energiedragers

Het Parijse energieakkoord gaat uit van beperking van de CO2-uitstoot met ongeveer 95%. Dit betekent een geheel andere mix van energiedragers voor de productie voor energetische en niet-energetische doelen.

Bij de samenstelling van deze mix zijn de volgende componenten beschikbaar:

  • Hernieuwbare energiebronnen als de zon, de wind en aardwarmte
  • Overige ‘schone’ energiebronnen als hydro-energie en kernenergie
  • Biomassa, ook als bron voor de productie van biogas en als grondstof voor de chemische industrie
  • Steenkool, aardgas en aardolie, in combinatie met het opvangen en bewaren van CO2 (CCS; carbon capture and storage)
  • Waterstof met elektriciteit als ‘grondstof’
  • Lucht (als bron van warmte en koude met behulp van elektrisch aangedreven warmtepompen
  • Invoer van schone energie

Het onlangs verschenenrapport Verkenning van klimaatdoelen, van lange termijn beelden naar korte termijn actie van het Planbureau voor de leefomgeving [6](oktober 2017) laat zien dat elke mix heeft voor- en nadelen heeft. Hoe meer fossiele grondstoffen worden gebruikt, hoe meer CCS vereist is. Hoe meer elektriciteit wordt gebruikt, des te ingrijpender zijn de gevolgen voor de infrastructuur, maar hoe minder verliezen er tijdens het productieproces optreden.

capture-decran-2018-02-21-a-08-32-07

De opgave waarvoor Nederland staat: productie van 2000 – 2500 petajoule per jaar bij 95% reductie CO2

Het voornoemde rapport gebruikt verschillende modellen om bij gewenste bijdrage van de afzonderlijke componenten aan elk van de mixen vast te stellen.

Elke mix moet tussen 1800 – 2500 petajoule per jaar opleveren, afhankelijk van de omvang van de verliezen tijdens het productieproces (verschil tussen primair energieverbruik en finaal energieverbruik). Hoe meer elektriciteit wordt gewonnen met hernieuwbare bronnen, des te lager zijn deze verliezen.

Het aandeel van elektriciteit in de productie van elektriciteit in elk van de mixen is daarom groot, variërend tussen de 900 – 1300 petajoule.

Ik ga hierna in op de maximale productie van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen. Uitgangspunt daarbij is de opwekking van 1250 petajoule met zonne- en windenergie en van 50 petajoule met overige ‘schone’ bronnen.

De keuze van de overige componenten van de mix laat ik voor het moment buiten beschouwing.

Zonne- en windenergie moeten beide maximaal worden ingezet; ze vullen elkaar goed aan, Hierbij geldt dat minimaal ⅔ van energie afkomstig dient te zijn van de wind (835 petajoule; 235 miljard kilowattuur) en ⅓ van de zon (415 petajoule, 115 miljard kilowattuur)

Hoeveel windturbines leveren samen 235 miljard kilowattuur windenergie op?

Het huidige geplaatste vermogen (4000 megawatt) levert 10 miljard kilowattuur op.

Het resterende vermogen (225 megawatt) kan komen uit 3000 molens extra op het land (3,5 megawatt capaciteit, 2500 volwinduren) Dit levert ruim 25 miljard kilowattuur aan capaciteit.

De overige 200 miljard kilowattuur zou moeten komen van 5.000 molens op zee (10 megawatt, 4000 volwinduren)

Volgens de Nederlandse Windmolen Associatie is er op de Noordzee plaats voor 25.000 windmolens met een capaciteit van 10 megawatt, waarvan er 3400 kunnen staan op het Nederlandse deel[7]. Uiteraard zijn ook andere combinaties denkbaar, maar het plaatsen van windmolens op land is veel lastiger te combineren met andere vormen van landgebruik en zal meer weerstand oproepen.

Duurzaamheid - Zonnepanelen en windmolens 4

Hoeveel zonnepanelen leveren samen 115 miljard kilowattuur zonne-energie op?

Het huidige geplaatste vermogen aan zonnepanelen is ruim 2000 megawatt, hetgeen 2 miljard kilowattuur oplevert.

Nog te plaatsen zijn daarom 452 miljoen panelen (vermogen 300 wattpiek).

Deloitte heeft onlangs berekend dat er in Nederland 892 km2 bruikbaar dakoppervlak is. Daarop passen in totaal 270 miljoen panelen[8]. Het is aan te bevelen om deze capaciteit met voorrang te benutten.

Er resteren dan 182 miljoen panelen (45 miljard kilowattuur). Deze zullen een ‘grondgebonden’ karakter moeten hebben. Ervan uitgaande dat er 450.000 panelen op een km2 grond geplaatst kunnen worden, betekent dit dat ongeveer 400 km2 aan grond met zonnepanelen bedekt moet worden. De grond kan deels dezelfde zijn al waar ook windmolens komen te staan.

screenshot2

Het venijn zit in de staart

Op dit moment lijkt de energietransitie een breed draagvlak te hebben. Naarmate de implicaties duidelijker worden, zal het verzet toenemen. Gezien het ingrijpende karakter van de transitie is dat begrijpelijk. Maar om diezelfde reden is ook een breed draagvlak nodig. Daarom is een constructieve en open discussie gewenst. De volgende tegenwerpingen zullen vrijwel zeker worden gehoord; ze laten zich goed van een wederwoord voorzien

De opwarming van de aarde is het gevolg van klimaatsverandering. De vele miljarden voor duurzame energie zijn daarom weggegooid geld. Er is nog voor vele tientallen jaren olie- en steenkoolreserves en in deze periode moet worden door alternatieven voor de periode daarna.

Het is zeer wel mogelijk dat we ons in de aanloop naar een warmere periode bevinden. Zeker is dat een eventuele ‘natuurlijke’ opwarming versneld wordt door menselijk handelen. Het afbouwen van de CO2-emissie zal de desastreuze gevolgen van klimaatverandering – een proces dat duizenden jaren duurt – zeker vertragen. Bovendien verdwijnen in een koolstofvrije economie ook andere emissies, zoals fijnstof die in elk geval een negatief effect op onze gezondheid hebben.

De gevaren van kernenergie worden schromelijk overdreven. Kernenergie is schoon en een uitstekend alternatief voor fossiele brandstoffen. Voor de toekomst bieden alternatieven, zoals kernfusie en thorium-reactoren, mogelijk nog veiliger oplossingen.

De gevaren van kernenergie mogen niet worden onderschat, waarbij terrorisme een niet te verwaarlozen rol speelt. Bovendien zadelen we vele generaties na ons op met de opslag van radioactief afval, evenmin niet zonder gevaren.

Er zijn veel betere plaatsen te vinden voor de plaatsing van windmolens dan in mijn directe omgeving

Er is inderdaad een zeer zorgvuldig proces nodig waarin op een transparante manier alternatieven voor vestigingsplaatsen van zonne- en windparken vergeleken worden. Het streven om zo veel mogelijk windenergie op zee te halen en zonnepanelen zo veel mogelijk op daken te leggen helpt.

Het is onrealistisch om Nederland al in 2050 voor 95% karboonvrij te hebben

Dat zou best wel eens kunnen. We moeten echter af van de traditionele manier van projectmatige planning. Nederland karboonvrij in 2050 is de stip aan de horizon. We moeten terug redeneren vanaf dat punt en vervolgens stap voor stap aan de slag gaan om dit ambitieuze doel te bereiken. Van elke eerstvolgende stap kan het tijdsbeslag worden ingeschat.  Als we langer over de tussenstappen doen, komt het voorlopige einddoel verder weg te liggen. Dat is echter te prefereren boven een aanpak die nu al inzet op de realisering van minder ambitieuze doelen op lange termijn.

De grootste bedreiging van de realisering van de plannen is overigens het gebrek aan voldoende vakmensen. Niet aan geld.

[1]http://themasites.pbl.nl/energietransitie/

[2]https://www.rvo.nl/sites/default/files/2016/09/Grondgebonden%20Zonneparken%20-%20verkenning%20afwegingskadersmetbijlagen.pdf

[3]http://www.clo.nl/indicatoren/nl0201-aanbod-en-verbruik-van-energiedragers

[4]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2017-nationale-energieverkenning-2017_2625.PDF

[5]http://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/PBL-2011-Routekaart-energie-2050-500083014.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.nwea.nl/standpunten/wind-op-zee/visie-nwea-op-windenergie-op-zee

[8]https://www2.deloitte.com/nl/nl/pages/data-analytics/articles/zonnepanelen.html