De wereld-energievoorziening in 2050

For English version see here

De mensheid gebruikt op dit moment zóveel energie dat niemand zich dat nog kan voorstellen. De afgeronde getallen voor 2010 vindt u in de kadertjes hieronder, en of het nu duizend maal méér of duizend maal minder zou zijn, dat maakt voor uw voorstelling niets uit. Dit gebrek aan gevoel voor schaalgrootte wil nog wel eens in de hand werken dat energiebesparing of een sympathieke energieopwekker als dé oplossing van ons energieprobleem aangeprezen wordt. Dit bemoeilijkt een zinvolle energiediscussie.

In dit artikel probeer ik de reële opties te benoemen voor de energievoorziening in 2050.

De energievraag in 2050

Toekomstig energiegebruik volgens de alternatieve benadering

De organisaties die aandringen op snelle verduurzaming van de maatschappij hanteren al vele jaren het model zoals in de figuur te zien is uit het recente “The Energy Report” van Ecofys/WWF.

Uit: The Energy Report (Ecofys, in opdracht van WWF)

Daarbij lopen fossiel en nucleair snel af, worden geheel vervangen door duurzame bronnen, en daalt ook nog eens het totale energiegebruik. Dan is de gehele energievoorziening in 2050 duurzaam. Dit proces wordt “de energietransitie” genoemd, en is vaak geïllustreerd met fraaie grafieken. Zo’n plaatje zegt ons: “Zie je wel, het kan best, als je maar wilt!”

De werkelijkheid blijkt echter weerbarstig als er aan gerekend wordt.

De échte energietransitie

De energievraag in de toekomst wordt voor een groot deel bepaald door een heel andere energietransitie, en dat is die van archaïsch naar minimaal welvarend.

De “echte” energietransitie: van archaïsch naar minimaal welvarend

Een archaïsche samenleving kookt en verwarmt op hout, en verplaatst zichzelf en goederen te voet, per fiets of per lastdier. Minimale welvaart (zoals in oost Europa) kenmerkt zich door industrialisatie; wonen in simpele flats, met elektriciteit en fossiele verwarming; en transport met auto’s en vrachtwagens. De ontwikkeling van archaïsch naar minimaal welvarend leidt tot een enorme stijging van het energiegebruik per persoon. Verdere groei van welvaart maakt véél minder verschil voor het energiegebruik per persoon.

Nu is het zo dat op dit moment ruim 1 miljard redelijk tot zéér welvarenden 60% van alle energie gebruiken. Dit betekent dat 20% van de wereldbevolking per persoon 6x zoveel energie gebruikt als de rest. We weten ook dat de bevolking van China, India, Indonesië, Brazilië etc op het punt staat om de stap naar minimale welvaart te maken. Dat gaat binnen één tot twee generaties gebeuren, als hun ontwikkeling die van ons op gelijke voet volgt, en dat mogen we alleen maar hopen.  Dat wil dan wél zeggen dat het aantal mensen met minimaal of hoger welvaartsniveau binnen enige decennia zal toenemen van 1 naar ca 4 miljard. Als die extra 3 miljard mensen inderdaad ook 6x zoveel energie per persoon gaan gebruiken, stijgt het wereldenergiegebruik minimaal met 150%, dus met een factor 2,5.

Energiegebruik per persoon

Voorwaarde voor deze factor 2,5 is wel dat het energiegebruik per welvarend persoon de komende 40 jaar gelijk blijft, anders wordt hij nog groter . Maar we willen allemaal wel steeds meer gadgets, veel meer reizen na ons pensioen dan onze ouders, meer downloaden, grotere huizen en veiligere en schonere auto’s. Dat kost allemaal véél meer energie. Toch is er wel hoop om het energiegebruik per welvarend persoon voortaan gelijk te houden: in Europa en de VS maken we de laatste jaren min of meer pas op de plaats met energiegebruik per persoon, ondanks een toenemende welvaart. (Deels is dat overigens schijn, omdat we steeds meer energie importeren in onze producten vanuit Azië). Maar door verdere energiebesparende maatregelen is het wellicht mogelijk om het energiegebruik per rijk persoon nog wat omlaag te krijgen. Toch moet je wel een enorme optimist zijn om ruimte te zien voor méér dan 25% reductie per persoon, gemiddeld, wereldwijd. Die 25% vermindert onze berekende toename van het energiegebruik in 2050 dan van 150% tot ca 90%.

Dat is meteen het antwoord op de vraag of zuiniger zijn met energie de oplossing voor het energietekort van de toekomst is. Het antwoord is nee, want energiebesparing kan de toenemende wereld-energievraag onmogelijk compenseren. Maar het is er wel een voorwaarde voor. Want voor elke oplossing is het noodzakelijk dat het energiegebruik per enigszins welvarend persoon zeker niet verder stijgt.

Voorspellingen

Onlangs gepubliceerde voorspellingen van de energievraag door ExxonMobil (zie figuur), BP, Total en het IEA tonen een  BBP (Bruto Binnenlands Product) groei met ca.150% in 2050 (geëxtrapoleerd), vergelijkbaar met ons aantal welvarende mensen. Maar hun energievraagcurve volgt het BBP  niet, zoals je zou verwachten, maar blijft er vér bij achter. Men komt dan uit op ongeveer op 50%  groei in 2050, aanmerkelijk lager dan onze laagste schatting van 90%.

Sterk op BBP achterblijvende groei van energievraag in scenario ExxonMobil

De oorzaak daarvan is duidelijk: de energieproductie kan nu eenmaal niet snel genoeg groeien om de GDP toename te volgen. De daaruit voortkomende energietekorten leiden tot een hogere energieprijs en dus een nogal hardhandige vermindering van de vraag.

Het verschil tussen ons sommetje en deze voorspellingen geeft het krachtveld aan waarin de wereld terechtgekomen is. Bij de stijging van de energievraag in 2050 met ca. 50% hoort een 40% lager energiegebruik per welvarend persoon dan op dit moment. Die daling ontstaat niet zozeer omdat het rijkere deel van de wereld per persoon minder zal gaan gebruiken: in de ExxonMobil voorspellingen stijgt het energiegebruik in Europa en de VS zelfs nog met enige procenten. De 40% daling zal komen uit de grote groep minimaal welvarenden, die vanwege de duurdere energie met een veel lager gebruik zullen moeten volstaan.  De “echte” energietransitie grafiek gaat dan véél vlakker lopen. Deels zal dit mogelijk gemaakt worden doordat deze economieën efficiënter met energie zullen (moeten) omgaan, maar de duurdere energie zal ook een flinke rem zetten op de welvaartsgroei van met name de opkomende economieën zonder eigen energiebronnen. Vanuit humaan oogpunt is dit betreurenswaardig.

Het genoemde  Ecofys / WWF rapport stelt dat door een zeer sterk overheidsingrijpen, het totale energiegebruik van de wereld zelfs omlaag kan, en ook moet, ondanks de groei van de welvaart in China en India. De consequentie daarvan is dat het energiegebruik per welvarend persoon daalt tot 30% van wat die nu is. Daarbij is de welvaartsstaat zoals we die nu kennen niet meer mogelijk: alleen de voedselketen kost op dit moment al bijna zoveel energie.

 

De mogelijke energiebronnen voor de toekomst

We willen als wereld in 2050 dus waarschijnlijk 1,5 tot 2 maal zoveel energie consumeren als nu, terwijl de fossiele brandstoffen, waar we nu bijna volledig afhankelijk van zijn, ooit zullen opraken. Wat gaat deze grote grijze strategische kloof overbruggen?

Strategische kloof voor energievoorziening van de toekomst

Kernenergie

Ik heb lang gedacht dat we die kloof met kernenergie zouden gaan opvullen. Maar als je daaraan gaat rekenen blijkt dat dat geen optie is. Er zijn nu ca 450 kerncentrales, die voorzien in ca 17% van de elektriciteitsbehoefte (dat is 2% van de primaire wereld-energiebehoefte), en die gaan bijna allemaal dicht de komende 30 jaar. Als de energievraag in 2050 verdubbeld is, en ook het vermogen per centrale verdubbelt, moeten er dus 450 nieuwe, veel grotere centrales gebouwd worden om alleen maar het huidige aandeel in de energievoorziening te handhaven.

Ik verwacht dat dit ondanks Fukushima zal gaan gebeuren, maar veel méér zit er denk ik niet in. Om de genoemde kloof op te vullen zouden méér dan 10.000 grote centrales nodig zijn. Dat moet je ook als voorstander van kernenergie mijns inziens niet eens willen, bij de huidige stand van de technologie.

Duurzame opwekking

In het boek “Sustainable Energy without the Hot Air” van David MacKay wordt aangetoond dat het zelfs in een rijk, dichtbevolkt land als Engeland mogelijk is om alle energie duurzaam op te wekken. Is een duurzame energievoorziening in 2050 dus gewoon mogelijk? Laten we plan M bekijken, met het frisgroene landkaartje van Engeland, volgens MacKay het “gemiddelde” scenario.

Plan M van MacKay, en kaart met daarop 21% duurzame energie

Daarbij blijkt er in het energie-dagrantsoen van de Engelsman van 70kWh 23% kernenergie, 23% geïmporteerde elektriciteit, 4% steenkool en 17% efficiencywinst door warmtepompen te zitten. Verder is in die 70 kWu/p/d niet de 40 kWh/d/p/ aan energie opgenomen die verstopt zit in geïmporteerde goederen. Op de mooie landkaart met alternatieve bronnen wordt dus eigenlijk maar  21% van de Engelse energiebehoefte duurzaam opgewekt.

Voor het duurzaam maken van één vijfde van de energievoorziening is dan wél een enorme ombouw van het land nodig: het grootste deel van het onbewoonde oppervlak moet een andere bestemming krijgen. De hele wereld buiten de stad verandert compleet van karakter en uiterlijk. Natuur en landbouw worden bijna overal ondergeschikt aan energieproductie.

Daarbij gaat MacKay uit van een energiegebruik per persoon van 70 kWu per dag per persoon. In Nederland is dat op dit moment ongeveer 185 kWu/p/d. Alle duurzame bronnen op het kaartje bij elkaar zouden dus maar 8% van het dagverbruik opwekken als dat zo groot was als het onze op dit moment. Nu is de Nederlander nogal een grootverbruiker, en gaat  MacKay uit van een aantal realistische efficiencyverbeteringen, maar de aanname van een daggebruik van 70 kWu blijft uiterst optimistisch.

Kosten van duurzame bronnen

De duurzame bronnen op de landkaart kosten volgens  MacKay €446 miljard. Maar hij rekent voor zijn grootste post, windenergie, maar met de helft van wat grote windprojecten op dit moment kosten, dus hij is wederom érg optimistisch. De andere prijzen kan ik moeilijk controleren.

Verder zijn de kosten van een substantieel deel van het hele verhaal, biomassa en biobrandstoffen (30% van het alternatieve energiedeel) niet meegerekend. Een zeer optimistische inschatting van de prijs daarvan komt uit op €244 miljard. Dan wordt het totale kostenplaatje €690 miljard. Dat is €55.000 per gezinnetje met twee kinderen, ruim de helft van de staatsschuld per gezin in Nederland.  En dat is beslist een zéér optimistische inschatting. Daar krijgt het gezin dan gedurende 15 jaar  21% duurzame energie voor terug. Daarna moet er weer een soortgelijk nieuw bedrag op tafel komen voor vervanging van de installaties.

Uit bijgaand overzicht van de alternatieve bronnen, gerangschikt naar kostprijs volgens MacKay, blijkt dat de gekozen mix ook de goedkoopste is, ervan uitgaande dat alle mogelijkheden voor getijdenlagunes en -stroming, wind op land, en afvalverbranding benut zijn.

Kosten van alternatieve energiebronnen volgens MacKay

Ook is Engeland voor alle bronnen (behalve de duurste drie) een bijna ideaal land. Het duurzame scenario van MacKay is dus absoluut niet naar wereldschaal te vertalen.

Het insluipeffect van zeer hoge kosten merk je al een beetje aan Duitsland: daar staat voor 1000 euro per inwoner aan zonnecellen opgesteld, die voor 15 jaar in ongeveer 0,5% van het huidige energiegebruik gaan voorzien. Omgerekend naar 100% en met 5% rente zou dat per gezin méér dan €70.000 per jaar kosten.

Ik denk niet dat MacKay’s 21% duurzame energie tegen deze kosten een reële propositie naar de burgers is. Te meer daar het woord “optimistisch” wel heel erg vaak gevallen is bij de berekeningen.

Grondstoffen, productiecapaciteit en elektrificatie

MacKay gaat in zijn boek voorbij aan de problemen van het sterk opschalen van de productie van installaties. Omdat duurzame energiewinning zo extensief is, zijn daar enorme hoeveelheden installaties voor nodig. In het boek wordt achteloos gesproken over 64 GW aan windmolens (voor 7% van de energieopwekking), maar daar moeten wel maar liefst 13.000 (!) stalen Euromasten met wieken voor gebouwd worden, waarvan de helft in zee. Dat gaat niet zomaar.

Aan het opschalen van op zich geschikte duurzame bronnen tot ze substantieel bijdragen aan de energievoorziening kleven drie ernstige problemen:

Grondstoffen

Grote windmolens vergen over de 800 ton staal per stuk, tientallen tonnen aan slecht tot niet recyclebaar composietmateriaal, en vooral: bij voorkeur 800 kilo neodymium voor de magneten. De voor Engeland benodigde windturbines zouden daar 10.000 ton van nodig hebben. Dat is twee derde van de wereld jaarproductie. Maar MacKay heeft ook heel veel elektrische auto’s nodig voor zijn plannen (het hele transport wordt zo’n beetje elektrisch). Voor 30 miljoen Engelse elektrische auto’s is nog eens 80.000 ton neodymium nodig.

Engeland huisvest in 2050 minder dan 1% van de wereld-energiegebruikers. Voor een duurzame wereld moeten deze getallen dus maal honderd genomen worden. Dan is het allang geen kwestie meer van een tekort aan productiecapaciteit, maar van véél te kleine winbare wereldreserves.

Een vergelijkbaar probleem bestaat met de stoffen indium en gallium voor zonnecellen en lithium voor accu’s. En TNO ziet in een recent rapport zelfs enorme problemen met de totale koperreserves wanneer we de maatschappij verregaand willen elektrificeren.

Zeer grote schaalvergroting van de wind of PV productie zal dus eerder resulteren in een sterke prijsstijging dan in een prijsdaling.

Productiecapaciteit

Om dermate veel windmolens (golfslagturbines etc) te kunnen bouwen moet de productiecapaciteit heel veel en heel snel groeien. Capaciteitsgroei in zware constructies van méér dan 15% per jaar is haast niet denkbaar. Dat komt omdat je daarvoor de hele keten van productiemiddelen, inclusief mijnbouw en grondstoffenproductie moet opschalen, zowel voor de producten als voor de gebouwen en de productiemiddelen zelf. Dit gebeurt alleen in een dergelijk razend tempo (15% per jaar is een verdubbeling per 5 jaar) onder extreme druk, en wanneer er geen enkele twijfel bestaat over een mogelijk opkomende concurrerende technologie of afname van de vraag.

Om van een jaarproductie van 100 gigantische 5MW windturbines naar de door MacKay gewenste 13.000 te komen heb je zelfs bij deze geforceerde opschaling nog steeds minimaal 22 jaar nodig. Maar na aflevering van de laatste molen staat deze enorme hoeveelheid productiecapaciteit grotendeels leeg, waarvan de splinternieuwe laatste 30%  gemiddeld maar 1 jaar iets geproduceerd heeft.

Ook de grondstoffen- en toeleveringsindustrie stort in als de 13.000ste windmolen afgeleverd is.

Het rekenen met een opschalingspercentage is dan ook veel te simplistisch. De ontwikkeling gaat veel langzamer, en valt sowieso stil tegen de tijd dat voldoende productiecapaciteit is gebouwd voor de verwachte vervangingsmarkt. In dat geval duurt het in totaal ca 30 jaar voor je aan de gewenste 13.000 windturbines zit. En dat is de meest optimistische inschatting.

Voor de duidelijkheid nogmaals: daarmee wordt dan 7% van het energiegebruik van de Engelsen opgewekt.

Een dergelijke enorme bedrijfstak, inclusief grondstoffenketen, vergt nu eenmaal vele decennia om deze schaal te bereiken.

Elektrificatie van de maatschappij

Zo goed als alle duurzame bronnen zijn elektrisch.

Het duurzaam maken van de elektriciteitsvoorziening is, zoals inmiddels duidelijk zal zijn, al geen sinecure, maar dan zitten we nog maar op een derde. Het inzetten van elektrische energie voor de andere vormen van energiegebruik vraagt niet alleen de productie van de energiebronnen en de fabrieken daarvoor, maar ook een totale omschakeling van de energiegebruikende apparatuur naar elektrisch. Alle verwarmingssystemen, voertuigen en industriële installaties zullen vervangen moeten worden door geheel andersoortige apparaten. Ook daarvoor moet nieuwe productiecapaciteit gebouwd worden. Dat is een drastische ingreep, die veel grondstoffen, veel geld, maar vooral erg veel tijd zal kosten.

Moeten we duurzame energiebronnen dus maar afschrijven?

Als we ons beperken tot wat MacKay hierover geschreven heeft, is ondanks zijn uiterst optimistische aannames, met de nu beschikbare mix van bronnen, een betaalbare duurzame wereld-energievoorziening inderdaad niet haalbaar. Daar is MacKay zelf ook duidelijk over.  En dan heeft hij de opschalingsproblematiek nog niet eens in aanmerking genomen.

Dat wil niet zeggen dat er geen individuele duurzame bronnen zijn die ook nu al economisch zijn. Volgens een eenvoudige vuistregel is alles wat all-in onder de €4500 per continu geleverde kilowatt blijft in principe rendabel te benutten (uitgaande van €0,05 per kWu, een levensduur van 15 jaar en 5% rente). Dit komt in de MacKay tabel neer op €188 per kWh/d/p, dus geldt dit sowieso voor de in Engeland goedkoop winbare getijdenenergie, en energie uit afvalverbranding. Helaas is hun potentiële bijdrage zelfs in Engeland beperkt tot een paar procent. En we zijn op zoek naar bronnen die zodanig op te schalen zijn dat ze een significante rol in de wereldenergievoorziening  kunnen gaan spelen.

In MacKay’s plaatje valt wind op land echter ook onder de €188 grens, en komt wind op zee zéér in de buurt. Is wind dus toch de enige rendabele duurzame energiebron? Helaas zijn er twee redenen waarom ik daar sceptisch tegenover sta:

Afgeleid van cijfers van belangenorganisatie NWEA (Nederlandse Wind Energie Associatie) uit 2007 kom ik voor land uit op €280/kWh/d/p en voor zee op €335/kWh/d/p. Ik denk zelf dat de kosten in werkelijkheid flink hoger zijn, en op zee zelfs boven de €500/kWh/d/p zullen liggen.

Ernstiger is echter het probleem dat windmolens als het niet waait vervangen moet worden door andere, snel schakelende  energiebronnen, zoals gasturbines of energie opslagsystemen. Dit geeft een enorme daling van het totale rendement en een toename van de investeringen, waardoor de kostprijs all-in nog eens extra omhoog vliegt, met minimaal 50%, volgens sommige berekeningen zelfs met honderden procenten. In de door MacKay geschilderde bijna volledig geëlektrificeerde maatschappij worden deze problemen veel kleiner voorgesteld, maar zelfs als dat zou kloppen, zitten we daar nog minstens 40 jaar vanaf. All-in zit wind dus vooralsnog vér boven de acceptabele kostprijs.

We moeten reëel zijn over de op dit moment commercieel beschikbare bronnen: geen van de sterk op te schalen vormen lijkt het voorlopig  in zich te hebben om – all in – in de buurt van de 5 à 10ct per kWh te komen die de samenleving zonder grote problemen kan opbrengen.

Mocht ik het mis hebben, en mocht er al wél een betaalbare duurzame omzetter zijn met de enorme potentie om fossiel te gaan vervangen, of mocht die morgen gevonden worden, dan zou ik dat fantastisch vinden. Hoe eerder we dé energiebron voor het post-fossiele tijdperk gevonden hebben, hoe beter natuurlijk. Maar zelfs dan zal het dus nog zeker tot 2050 duren eer die bron echt een overheersend aandeel in de energievoorziening kan hebben.

Fossiele energie raakt op, maar wanneer?

Op dit moment is ca 85% van alle energie afkomstig van fossiele brandstoffen. Wind, PV, GEO en Biofuels halen samen nog geen procent. Iedereen gaat er vanuit dat die fossiele bronnen ooit opraken, maar wanneer is “ooit” eigenlijk?

Wereld energiegebruik naar bron

Wanneer we naar de nu bekende conventionele voorraden kijken, en we delen die simpelweg door het huidige energiegebruik, dan zouden we nog ca 250 à 400 jaar voort kunnen.

Tellen we daar onconventionele bronnen (coal bed methane, shale gas, shale oil, teerzanden etc) bij, dan wordt dat 350 tot 500 jaar. En tellen we de enorme voorraden gashydraten erbij, dan hebben we nog fossiel voor 400 tot 1000 jaar huidig verbruik. Veel van deze voorraden zijn tot voor kort als onwinbaar bestempeld, maar de technologie gaat razendsnel: binnen 10 jaar is opeens een enorme shale-gas industrie ontstaan, en vanaf ongeveer dit moment is diep-ondergrondse vergassing van steenkool commercieel beschikbaar. Beide openen enorme nieuwe stromen van fossiele energie.

Er is geen aanleiding om te denken dat er echt onwinbare voorraden bestaan. Wel is aannemelijk dat er nog grote fossiele voorraden gevonden worden op plaatsen waar we helemaal nog niet gezocht hebben.

Duur fossiel, of nog duurder alternatief?

Door de steeds moeilijker wordende winning zal fossiele energie, en met name olie, ongetwijfeld duurder worden. Volgens economen op het recente ASPO congres is een olieprijs van méér dan 4% van het BBP in de VS een trigger voor een recessie, en dreigt hyperinflatie en een zware langdurige wereldwijde recessie bij olieprijzen van méér dan $200 per vat. Beide zijn op de lange termijn niet echt uit te sluiten.

Dat is een erg goede reden om naar goedkope fossielvervangende energiebronnen te zoeken. Maar het is een dwaze reden om op dit moment nog véél duurdere duurzame energiebronnen in te voeren. Dan is het middel erger dan de kwaal.

Wie gaat er eigenlijk over de energievoorziening van de toekomst?

De discussie over een duurzame energievoorziening van de toekomst  wordt voornamelijk gevoerd door een aantal rijke westerse landen. Maar gaan wij daar eigenlijk wel over?

China gebruikt inmiddels méér energie dan de VS, en aanzienlijk meer dan Europa. Die Chinese stijgende lijn zet zich zeker nog enige decennia voort. In 2050 gebruiken India en China samen bijna evenveel energie als de rest van de wereld bij elkaar. En hoewel China voorop loopt in de ontwikkeling van alle soorten energiebronnen, zal het ook in 2050 nog steeds minimaal 80% van zijn energie uit fossiel halen, honderden extra kerncentrales en tienduizenden windmolens ten spijt.

Sterke lineaire groei van energiegebruik in China

Dit is niet mijn eigen inschatting, maar de uitgesproken overtuiging van Marc Jaccard, China expert en auteur van VN klimaatpanel IPCC, die al vele jaren de Chinese regering adviseert over duurzame energie, en het Chinese energiebeleid kent als geen ander. Overigens waren de andere twee China experts die ik sprak het met hem eens. Dit verklaart ook waarom de Chinezen op dit moment wereldwijd kolenmijnen opkopen en langlopende leveringscontracten afsluiten met fossiele producenten.

Het energiegebruik in China is voor 93% fossiel

Dat staat in schril contrast met de Europese regeringen die volstrekt onhaalbare duurzame doelstellingen formuleren, daar vervolgens in de verste verte niet bij in de buurt komen, maar ook geen voorzieningen treffen voor een verzekerde fossiele energievoorziening op de lange termijn, zoals de Chinezen dat doen.

Hoelang duurt het fossiele tijdperk nog?

Wel, dat zal duidelijk zijn: het fossiele tijdperk duurt nog tot vér na 2050.

Olie is in 2050 wel een kostbaar goedje geworden, maar gas en kolen zullen nog zeker tot het einde van deze eeuw méér dan 50% van de wereld-energie leveren.

Ik ga er wel van uit dat we in 2050 zicht hebben op goede vervangers van fossiele brandstoffen, en dat het vervangingsproces ook al is ingezet. Maar ook dan duurt het nog 50 jaar eer fossiel van de eerste plaats verdreven is. Dat leert de geschiedenis ons. Een wereld energie-infrastructuur heeft zoals gezegd een gigantische traagheid, door de enorme omvang en kapitaalintensiviteit van de installaties en productieketens. Zeker bij een dermate ingrijpende verandering als het vervangen van fossiel en het elektrificeren van de maatschappij.

Klimaatverandering

Het vóórtdurende gebruik van fossiel leidt tot een stijgende CO2 concentratie, wat volgens het IPCC een grote klimaatverandering zou kunnen veroorzaken. Om die te voorkomen moet de CO2 uitstoot volgens het VN panel op zéér korte termijn met 50 tot 80% gereduceerd worden. Over deze claims woedt een fel debat tussen wetenschappers, waar we hier niet op in zullen gaan.

Wat we wel kunnen constateren is dat er tussen de flink stijgende uitstoot die volgt uit realistische energiescenario’s, en de gevraagde zeer snelle 50 tot 80% reductie, een zó grote kloof zit dat daar geen oplossing voor denkbaar is. Ook IPCC auteur Jaccard trekt deze conclusie en  stelt expliciet dat hij, met name op grond van het Chinese energiebeleid,  een “continued failure to achieve a global CO2 reduction” verwacht. Laat staan een 80% reductie.

IPCC auteur Marc Jaccard verwacht “a continued failure to achieve a global CO2 reduction”

We blijken niet de keus te hebben tussen een opwarming (misschien) voorkomen, of ons daaraan aan te passen, en zullen ons dus mijns inziens op het laatste moeten richten, in het geval een opwarming zou plaatsvinden, om welke reden dan ook.

Wat staat ons nu te doen?

Uit de voorgaande analyse vallen conclusies te trekken voor wat ons op dit moment te doen staat. Ik doe een paar suggesties.

Fossiel is de realiteit

We moeten af van het idee dat fossiele energie een aflopende zaak is. We zullen er de komende generaties nog grotendeels afhankelijk van zijn, en ons daarop in moeten stellen. We zullen dan ook moeten werken aan een veel schonere, efficiëntere, eerlijkere en mens- en milieuvriendelijkere productieketen voor fossiele brandstoffen. Daar is nog enorm veel mis mee.

Ook is aandacht voor het optimaliseren van fossiel energiegebruik vooralsnog veel nuttiger dan het bouwen van windmolens of PV installaties. Met verstandiger fossiel gebruik is veruit de grootste energiewinst te boeken.

Een voorbeeld: Supermoderne en zéér efficiënte kolencentrales met uitstekende rookgasreiniging in Groningen, die vuile oude centrales in Duitsland vervangen, besparen bijna 50% op steenkoolgebruik en reduceren de CO2 uitstoot en de luchtvervuiling enorm, en moeten we dus in principe toejuichen. Niemand is gediend bij de ongegronde morele verontwaardiging die hier op het moment over wordt uitgestort.

Er is nog geen vervanging van steenkool als basislast leverancier in ons elektriciteitsnet beschikbaar. Behalve kernenergie, maar die is, zoals gezegd, niet snel genoeg op te schalen. Nieuwe STEG gascentrales zijn energetisch wel equivalent aan moderne kolencentrales, maar politiek bepaald niet: we zijn liever afhankelijk van meerdere bevriende kolenproducerende landen op het zuidelijk halfrond, dan geheel van één gasproducent Rusland, voor zowel onze verwarming als onze elektriciteit. Ook dat is de realiteit.

Exergie is belangrijker dan energie

Onze maatschappij is volledig georganiseerd op het optimaliseren van de return-on-investment. Energie is ondanks zware belastingheffing nog steeds véél te goedkoop om daarin een rol te spelen. Het gevolg is dat er op enorme schaal structureel energie en vooral exergie verspild wordt. (Exergie is de maximale hoeveelheid arbeid die je uit een energiebron kunt halen).

Een voorbeeld: We verbranden in onze CV ketels gas bij 1500 graden om een huis een paar graden te verwarmen. Dit is exergetisch een doodzonde: er wordt enorm veel energetische potentie van het gas verspild. Volgens de formules méér dan 90%. Een paar kilometer verderop verbranden we in een centrale op hetzelfde moment gas met een rendement van 35 tot 60% en gooien we de restwarmte weg. Het gebruiken van die restwarmte is namelijk in bijna alle gevallen economisch onrendabel.

De juiste manier om gas te gebruiken zou zijn:

Verbranden in een keramische brandstofcel (1000 C) geeft 60% elektriciteit, dan het afgas gebruiken voor een gasturbine en/of stoomturbine, dat geeft nog eens 20% elektriciteit. Tot slot de 20% afvalwarmte gebruiken voor ruimteverwarming of – koeling.  De exergetische winst tov een normale CV ketel is een factor tien, en resulteert in een enorme energiebesparing. Als we dit op wijkniveau zouden doen, of in onze CV ketels, dan zouden we al onze elektriciteitscentrales kunnen sluiten, en ongeveer de helft van het gas besparen dat nu voor elektriciteitsopwekking gebruikt wordt.

Duurzaam heeft geen haast

We hebben nog voor vele decennia fossiele brandstoffen, en de huidige duurzame bronnen lijken vooralsnog veel te duur om deze te kunnen vervangen. Wat heeft het voor zin om nu PV velden aan te leggen die 10x  duurder zijn dan rendabel is? Dit stimuleert de bouw van fabrieken op basis van  PV technologie die nooit zinvol fossiel zal kunnen vervangen.  Dat schept enorme gevestigde belangen die er alle baat bij hebben om nieuwe PV technologie tegen te houden, en brengt goedkope PV juist niet dichterbij.

Het is ook geen bijdrage aan een toekomstige duurzame energievoorziening: tegen de tijd dat we ze nodig hebben, hebben we ze al vier maal moeten vervangen.

Met het sterk subsidiëren van te dure energiebronnen belast je alleen maar de economie, en belemmer je eigenlijk juist de ontwikkeling die we moeten hebben: die naar een betaalbare, betrouwbare en duurzame energievoorziening.

De grote uitdaging

We moeten onze beperkte middelen mijns inziens niet besteden aan het bouwen van duurzame energievoorzieningen zolang die niet economisch rendabel zijn, maar aan een enorme onderzoeksinspanning naar nieuwe manieren om op termijn wél goedkoop en duurzaam energie te kunnen produceren. Dat is de grote uitdaging voor de wetenschappers en technici van de komende vijftig jaar.

Om dit enigszins gericht te doen, moet per potentiële bron een analyse gedaan worden van wat in omvang de mogelijke bijdrage aan de wereldenergievoorziening kan zijn; van wat de kosten daarvan zouden zijn in geld en materialen; van wat de realistisch maximale opschalingsfactor is, en van wat voor kostprijsdaling of -stijging er bij deze opschaling hoort. Hieruit zou dan kunnen worden afgeleid of een duurzame bron in aanmerking komt om in de toekomst een substantiële en betaalbare bijdrage aan de energievoorziening te leveren.

Wat zou de uitkomst van deze analyse kunnen zijn? Ik heb niet alle onderwerpen diepgaand onderzocht, maar ik heb wel een aantal suggesties, die dus voor een deel op mijn intuïtie berusten.

Op fossiel gebied is, zoals gezegd, veruit het meeste te halen uit een exergetische optimalisatie. Daarbij is veel winst te boeken met:

* hoge temperatuur brandstofceltechnologie

* de combinatie van LNG terminals met cryogene energieomzetters en oxyfuel centrales

* het nóg efficiënter en schoner maken van alle fossiele omzettingen, bv steenkool- en biomassavergassing

* optimaliseren van ondergrondse steenkoolvergassing

 

Niet-fossiele gebieden waar ik persoonlijk kansen zie voor significante resultaten:

* energiebesparende maatregelen, met name het nuttig gebruik van de enorme hoeveelheid ongebruikte restwarmte

* zéér goedkope zonneceltechnologie, bv als plakfolie

* PV zonnepanelen met een constructieve functie (als dakbedekking, tevens warmtecollector)

* geothermie

* efficiëntere en goedkopere warmtepompsystemen

* concentrated solar power technologie, ev. met energieopslag en ontziltingsfaciliteit

* intrinsiek of passief veilige kernsplijting, met duurzame splijtstofcyclus

* Molten Salt Reactoren met als brandstof thorium

* intrinsiek of passief veilige zg. nucleaire batterijen

* nieuwe vormen van kernfusie (bv laserfusie)

 

Verder is het nuttig om bij alles rekening te houden met een op de lange termijn steeds verder geëlektrificeerde maatschappij, bv

* door de aanleg van een smart grid

* door de aanleg van met name oost-west DC hoogspanningsleidingen voor piekstroom afvlakking

* door het aanpassen van de elektriciteitsvraag aan het aanbod bv door het flexibel maken van industriële energie-intensieve processen zoals de aluminiumproductie

 

Ik ben ervan overtuigd dat we in staat zullen zijn om aan de energievraag van het post-fossiele tijdperk te voldoen, en verwacht zelfs dat de fossielvervangende energiebronnen al lang vóór de fossiele reserves echt opraken ingevoerd zullen zijn.

Ons innovatieve vermogen is enorm en we kunnen in veel richtingen zoeken. Maar we moeten daarbij stoppen met wishful thinking en het najagen van illusies. De realiteit is uitdagend genoeg.

 

 

Door | 2012-01-28T01:28:46+00:00 27 juni 2011|60 Reacties

60 Reacties

  1. […] om te gunstig uit te komen. Zo komt men tot een slechts 30% hogere energievraag in 2040 dan in 2010.Mijn eigen berekeningen zijn gebaseerd op het energiegebruik per welvarend persoon, vergeleken met dat van een arm persoon, […]

  2. […] welvarende mensen in China zal nog zeker 50 jaar blijven stijgen, tot zeker het viervoudige van nu. Daar hoort een bijna evenredige groei van het energiegebruik bij. Volgens Exxon blijft het bij 30 […]

  3. MVlot 17 september 2013 om 10:18- Antwoorden

    Aardig om dit 2 jaar na dato te zien. Het is een erg conventionele kijk op duurzame energieopwekking. Inmiddels denderen de wind en PV treinen door en is PV energie nog maar een factor 2 à 3 duurder dan grijze stroom maar het houdt maar niet op met die prijsdalingen van die panelen. De WKK visie is serieus aan revisie toe; is dit een wenselijke tussenstap? Het antwoord ligt niet voor de hand. Bluegen heeft al een fuelcell op de markt met 60% rendement. Maar ja, als verwarming maakt hij veel te weinig uren om rendabel te zijn en gas is een erg dure manier geworden om stroom op te wekken dankzij het schaliegas in de USA (hoe wrang kan het zijn). Dus dat komt er voorlopig niet. Misschien moeten we toch wennen aan duurdere energie: en daar ligt steeds meer weerstand (vooral van industrie-lobbyisten en arme mensen vertegenwoordigers).

  4. […] geen verrassing. Al drie jaar geleden voorspelde ik de astronomische kosten van de Energiewende in mijn Energiebijbel. Het venijn zit hem in de verrekening van die kosten. De gesprekspartners van het Energieakkoord en […]

  5. […] algemene brede visie op de energievoorziening van de toekomst vindt u in mijn nog steeds actuele energiebijbel uit 2011, waarvan ook een Engelse versie […]

  6. benjamin visser 22 juni 2015 om 23:33- Antwoorden

    Oh wat wil ik graag, na 4 jaar, reageren 🙂 maar ik ben denk ik een beetje te laat , hehehe. Wel fijn om te zien dat het artikel nog steeds wordt gevonden en gelezen door mensen (mij) .

    Met vriendelijke groet,

  7. Jantje Pantertje 30 september 2015 om 14:18- Antwoorden

    OMAAAAAGOOSH THIS IS SO FREAKING KOEL I DONT LIKE, I LOVE IT OHOH

  8. Marian 7 augustus 2017 om 16:36- Antwoorden

    Het is nu 2017. Het artikel heeft nog NIETS aan waarheid ingeboet. Waarom moeten we nog altijd vechten tegen windmolens?

Geef een reactie