Duurzame energie is niet gratis: de denkfout achter de Primary Energy Fallacy

Duurzame energie is niet gratis. Zon en wind zijn weliswaar overvloedig aanwezig in de natuur, maar het omzetten van deze bronnen in betrouwbare elektriciteit die dag en nacht beschikbaar is, vraagt om een enorme hoeveelheid infrastructuur, materialen en energie. Toch doen beleidsmakers, media en statistieken vaak alsof groene stroom vrijwel kosteloos en verliesvrij is.

Dit artikel laat zien waarom die aanname niet klopt. Aan de hand van het concept van de Primary Energy Fallacy wordt duidelijk dat wind- en zonne-energie op systeemniveau veel hogere verborgen kosten hebben dan meestal wordt erkend. Wie het energiedebat serieus wil voeren, kan niet om deze realiteit heen.

Waarom deze discussie ertoe doet

Wanneer we een lichtschakelaar omzetten, vragen we ons zelden af waar die elektriciteit eigenlijk vandaan komt. Zonlicht, wind, steenkool, gas en uranium bestaan allemaal gratis in de natuur, maar het omzetten van die bronnen in bruikbare elektriciteit die elke seconde van het jaar, met de juiste spanning, frequentie en fase, beschikbaar is, is een veeleisend proces… een dienst die aan de consument wordt geleverd.

Hier komt het begrip primaire energie om de hoek kijken. En precies hier houdt een populair argument, de Primary Energy Fallacy, geen stand.

Wat primaire energie werkelijk is

Primaire energie is de ruwe energie die rechtstreeks uit de natuur wordt gewonnen: steenkool, gas, olie, uranium, stromend water, zonlicht en wind.

Elektriciteit is secundaire energie. Zij ontstaat pas na een lange keten van winning, verwerking, omzetting en levering. Tegenwoordig is elektriciteit goed voor ongeveer 40% van het wereldwijde primaire energiegebruik, ondanks het relatief kleine aandeel dat zichtbaar aan wind en zon wordt toegeschreven.

Ja, wind en zon “wekken” rechtstreeks elektriciteit op, maar waar het hier om gaat is dat elektriciteit voor onze netten (in tegenstelling tot het gebruik van een gelijkstroom-powerbank om een telefoon op te laden) alleen waarde heeft, en ik herhaal: ALLEEN waarde heeft, als zij kan worden geleverd als een dienst die 24/7/365, direct, met de “juiste” spanning, frequentie, fase en voldoende vermogen beschikbaar is. Thermische centrales leveren deze eigenschappen van nature. Windturbines en zonnepanelen doen dat niet. Voor critici herhaal ik: ik spreek hier over elektriciteit die bruikbaar is voor onze elektriciteitsnetten. Voor volledig off-grid toepassingen staat het iedereen vrij te doen wat hij wil; dat is in het grotere geheel grotendeels irrelevant.

De Primary Energy Fallacy in het kort

De denkfout rust op twee beweringen:

• Primary Energy Fallacy 1:
  “De omzetting van gas en steenkool naar elektriciteit leidt tot een verlies van ongeveer 60%. Dat betekent dat één eenheid primaire energie uit wind of zon twee eenheden primaire energie uit gas of steenkool vervangt.”
• Primary Energy Fallacy 2:
  “Ook de omzettingsverliezen bij eindgebruik in verbrandingsmotoren (ICE) zijn hoog. Elektrische motoren zijn veel efficiënter. De meeste automotoren ‘verliezen’ 70% van de energie van brandstof, wat betekent dat één eenheid eindenergie in de vorm van elektriciteit drie eenheden benzine of diesel vervangt.”

Het misverstand ontstaat door de aanname dat wind en zon elektriciteit opwekken zonder verliezen (een secundaire of tertiaire energievorm), terwijl steenkool, gas en uranium weliswaar een hoge energie-inhoud hebben maar tijdens verwerking te maken zouden hebben met “thermische verliezen” van circa 60–70%.

Dit argument van de Primary Energy Fallacy wordt gebruikt voor elektriciteitsopwekking en, in een licht aangepaste vorm, ook voor voertuigen met verbrandingsmotoren.

Op systeemniveau – het enige niveau dat ertoe doet bij het opwekken van elektriciteit die bruikbaar is voor onze netten – leveren wind en zon helaas minder netto bruikbare energie per eenheid geïnvesteerde primaire energie dan steenkool, gas of kernenergie.

“Gratis” hulpbronnen zijn niet gratis in gebruik

Energie-agentschappen rapporteren wind en zon vaak als vrijwel 100% efficiënt, omdat zij het enorme voorafgaande werk niet meerekenen dat nodig is om die elektriciteit bruikbaar te maken.

Een voorbeeld uit het recente Energy Institute Report:

• Wind + zon: ~4.655 TWh primaire energie wordt ~4.623 TWh elektriciteit, gerapporteerd als vrijwel verliesloos
• Kernenergie: ~8.500 TWh primaire energie wordt ~2.800 TWh elektriciteit, met verliezen meegerekend

Het probleem is eenvoudig: wind en zon verbergen hun verliezen in de toeleveringsketen en in de “hulpsystemen” die nodig zijn om ze bruikbaar te maken voor onze netten, zoals:

1. Een enorme overcapaciteit aan wind en zon om de lage natuurlijke capaciteitsfactor te compenseren, inclusief de uitdagingen van intermittentie en onvoorspelbaarheid en om opslag te laden.
2. Kortdurende energieopslag, in de vorm van batterijen, om korte fluctuaties op te vangen en het net te balanceren.
3. Langdurige energieopslag, veelal voorzien in de vorm van waterstof, om dagen of weken met onvoldoende gecombineerde wind- en zonneproductie te overbruggen.
4. Thermische back-upcentrales die stand-by staan; in Duitsland is tegen 2030 12–20 GW aan gasvermogen nodig; dit vermogen zou later op waterstof moeten draaien.
5. Een veel complexer en uitgebreider transmissienet en integratie-infrastructuur, inclusief systemen voor het “conditioneren” van wind- en zonnestroom.

Winning, raffinage, productie, opslagsystemen, netuitbreiding, balanceringssystemen en de korte operationele levensduur die nodig zijn om wind en zon bruikbaar te maken, vereisen enorme hoeveelheden primaire energie. Die verschijnen niet in de statistieken.

Een kolen- of gascentrale heeft duidelijke thermische verliezen, maar draait 30 tot 60 jaar op één locatie. Wind en zon vereisen voortdurende herbouw en omvangrijke ondersteunende infrastructuur.

Waarom wind en zon zoveel systeemondersteuning vereisen

Drie fysieke uitdagingen bepalen de productie van wind en zon:

(a) energiedichtheid, (b) intermittentie, (c) operationele levensduur

Om dit te compenseren zijn vijf grote hulpsystemen nodig, zoals hierboven beschreven:

• overcapaciteit,
• kortdurende opslag,
• langdurige opslag,
• back-upcentrales en
• transmissie- en netintegratie-infrastructuur.

Alle vijf systemen moeten worden gebouwd, onderhouden, vervangen en van energie worden voorzien. Hun energie- en materiaalvoetafdruk is aanzienlijk en ontbreekt grotendeels in primaire-energiestatistieken.

Het vervangen van één kolen-, gas- of kerncentrale vereist in feite de bouw van vijf afzonderlijke wind-zon-opslag-net-subsystemen, elk met een eigen levensduur en kostenstructuur.

Hoeveel bruikbare energie krijgen we werkelijk?

Enkele praktijkvergelijkingen:

Zon

• Natuurlijke capaciteitsfactor: 10% in Duitsland; 20–25% in zonnigere regio’s
• Levensduur: vaak 12–15 jaar in de praktijk, niet 25–30
• Vereiste overcapaciteit voor langdurige opslag: in extreme gevallen honderden keren de bestaande capaciteit
• Productie: sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen

Wind

• Natuurlijke capaciteitsfactor: ~22% wereldwijd; goede locaties ~35%
• Vermogensdichtheid: 1–2 MW per vierkante kilometer
• Levensduur: 10–20 jaar; offshore vaak aan de ondergrens
• Eveneens afhankelijk van fossiel aangedreven winning en productie

Steenkool of gas

• Natuurlijke capaciteitsfactor: >98%, beperkt door vraag en lagere benutting
• Levensduur: 30–60 jaar
• Eén centrale vervangt het volledige geheel van wind/zon plus hulpsystemen
• Brandstof moet continu worden aangevoerd, maar de infrastructuur blijft

Over hun volledige levensduur en volledige systemen leveren zon en wind veel minder energie terug dan de energie die erin wordt geïnvesteerd.

Waarom de denkfout blijft bestaan

Omdat de nationale statistieken de voorafgaande energiebehoefte van wind en zon niet tonen, lijken ze schoner, eenvoudiger en goedkoper dan ze in werkelijkheid zijn. Beleidsdiscussies steunen vaak op LCOE (levelized cost of electricity), die systeemeffecten negeert, in plaats van FCOE (full cost of electricity), waarin infrastructuur- en betrouwbaarheidskosten zijn opgenomen – precies die kosten die voor een land doorslaggevend zijn.

Primaire-energierekeningen gaan bovendien uit van een bijna 100% systeemefficiëntie voor inkomende zonnestraling, wat de enorme hulpbronnen- en energie-intensiteit verhult die nodig is om die energie te verzamelen, om te zetten, op te slaan en te conditioneren tot bruikbare elektriciteit.

Wat is dan de echte conclusie?

• Elk energiesysteem vereist energie, materialen, geld en tijd voordat het bruikbare elektriciteit levert.
• Wind en zon zijn niet “gratis” zodra opslag, netverzwaring, conditioneringssystemen en frequente herbouw worden meegerekend.
• Hun intermittente aard dwingt tot de bouw van veel meer fysieke infrastructuur dan de meeste mensen beseffen.
• Steenkool, gas en kernenergie hebben duidelijke omzettingsverliezen, maar leveren meer netto bruikbare energie per eenheid systeeminvestering.
• Op systeemniveau zijn wind en zon minder, niet meer, primair-energie-efficiënt.
• Er bestaat geen gratis kilowattuur… niet uit steenkool, gas, uranium, zonlicht of wind. De natuur levert grondstoffen; het omzetten daarvan in betrouwbare elektriciteit kost altijd iets.
• De Primary Energy Fallacy negeert deze realiteit en misleidt daardoor het debat over onze energietoekomst.