Gigantisch transformator station offshore om wind energie aan land te brengen.
Gastartikel Friso Sikkema
Wij hebben een “inconvenient truth” die we in ogenschouw moeten nemen en dat is de volgende:
De “energietransitie” zoals die in Europa wordt genoemd, is niet aan de orde.
Dat is nogal een bewering en verdient een toelichting.
Er zijn twee basispijlers waarop onze toekomstige energiebehoefte volgens de gevestigde ‘groene’ beweging zou moeten rusten. Helaas zijn beiden zwaar gelimiteerd in hun bruikbaarheid.
De eerste pijler is energie-efficiëntie.
Klinkt als een goed plan, nietwaar? Gebruik gewoon dezelfde energiebronnen als voorheen, maar efficiënter. Een mooie doelstelling, maar op een gegeven moment is de koek op. Je hebt altijd energie nodig. Mijn nieuwbouw huis (2018) met muren zo dik als een bunker gebruikt toch echt nog steeds aardgas. Een A+++ koelkast gebruikt nog altijd elektriciteit, en mijn wasmachine ook. Voor bijna alle installaties die energie verbruiken geldt dit, van i-Phones tot zeeschepen. Die zijn allemaal zuiniger geworden, maar de rek is eruit.
Een daarbij komend (negatief) effect is dat als de energie-efficiëntie toeneemt, de vraag naar het product of de dienst toeneemt, waardoor de besparingen teniet worden gedaan.
Bijvoorbeeld: Als ik een vliegtuig zou kunnen bouwen dat het brandstofverbruik halveert, zal de vraag naar vliegreizen toenemen. Dit staat bekend als de paradox van Jevons en is overal ter wereld al vele malen bevestigd.
Het blijkt dat Nissan LEAF-eigenaren (elektrische auto) meer dan 50% extra kilometers per jaar (16.588 km) rijden dan het Europese gemiddelde van 10.816 km.
De productie van staal kost nu veel minder energie (lees: kolen, dus veel CO2) dan 50 jaar geleden, dus staal is goedkoop (400 euro per ton staalplaat), dus neemt de vraag toe, wordt er meer staal gemaakt en bespaar je uiteindelijk niks.
Als we dan ook nog eens bedenken dat er in landen als Nigeria, Cambodja, India en Peru miljarden mensen zijn die zich een slag in de rondte werken om zich die wasmachine, koelkast en brommer te kunnen veroorloven, en dat is hun goed recht, is het niet verbazingwekkend dat de energiebehoefte van de mensheid een constante sterke stijging laat zien. Zie afbeelding verder beneden.
De tweede pijler is hernieuwbare energie: zonnepanelen en windturbines.
Dat klinkt ook als een mooi plan; installeer gewoon een paar zonnepanelen en windturbines, en voilà, we hebben onze energiebehoefte verschoven van fossiele brandstoffen naar zonne- en windenergie.
Helaas heeft duurzame energie enkele zeer ernstige en onoverkomelijke problemen:
1. Het percentage van de tijd dat de hernieuwbare bronnen hun “typeplaatje” vermogen produceren, is erg laag.
Zonne-energie in Duitsland, het braafste jongetje van de klas als het gaat om groene energie, produceert slechts 11% van de tijd het nominale vermogen gemiddeld per jaar. Dit betekent dat er je 89% van de tijd een back-up nodig hebt, in de praktijk aardgas. Deze 11% wordt veroorzaakt door de Noordelijke ligging van Duitsland, en de grote kans op bewolking. Hoe zuidelijker, hoe beter, maar meer dan ongeveer 20% (Arizona, USA) zit er niet in.
Een voorbeeld: Ik installeer op mijn dak voor één kilowatt aan zonnepanelen (vier stuks). Als die het hele jaar door elektriciteit zouden produceren zou er maar liefst 8760 kWh worden geproduceerd, meer dan genoeg voor een flink huishouden.
Echter, de panelen produceren in werkelijkheid slechts ongeveer 970 kWh gedurende het jaar, oftewel 11 procent van 8760.
Voor wind zijn de cijfers iets beter, maar blijven toch steken tussen de 25% voor turbines aan land, tot ongeveer 40% (tegenwoordig ook 50%) voor turbines op zee. Er is dus altijd een back-up nodig. Ook moet er rekening gehouden worden met de extra materialen die benodigd zijn voor een windturbine op zee, zoals bijvoorbeeld zeer zware stalen fundamenten, onderzeese kabels, transformator stations op zee, en de zeer grote schepen die nodig zijn voor de installatie. Zie onder. Al deze installaties worden geproduceerd met enorme investeringen in energie en dus een forse CO2-uitstoot.
Figuur 1. Boven: Het prinses Amalia windpark in de Noordzee. Dit park produceert gemiddeld gedurende het jaar ongeveer net zoveel energie als het schip eronder (48MW).
Onder: het gigantische transformatorstation BORWIN-3, welke op zee de elektriciteit verzamelt van een aantal windturbines en vervolgens naar land transporteert, op weg naar de installatie.
2. Omdat de energiedichtheid van wind en zon erg laag is, zijn er enorme installaties nodig om de energie te oogsten.
Je kunt rustig in de zon wandelen zonder meteen gloeiend heet te worden, en je kunt met een beetje inspanning tegen de wind in fietsen. De hoeveelheid energie per kubieke meter lucht en per vierkante meter zonneschijn is erg laag (gelukkig).
Maar om een beetje fatsoenlijk energie te oogsten moet je dus eerst veel materiaal (staal, beton, glas, aluminium, PV-cellen, montagemateriaal, kabels, koper, plastics, etc.) investeren. Al deze materialen moeten eerst worden geproduceerd.
Daarvoor zijn grote hoeveelheden grondstoffen en heel veel energie nodig; een offshore windturbine van 5 MW wordt bijvoorbeeld gebouwd met 2900 ton staal, dat wordt gemaakt met de uitstoot van 5500 ton CO2. Maar omdat ze in zee worden geplaatst, zijn er tientallen (honderden?) extra kilometers aan zware kabels nodig, plus nog een enorme fundering. De werkelijke CO2-uitstoot (en giftig afval, zie onder) van hernieuwbare energiebronnen is dus veel hoger dan de meeste mensen beseffen, en dan praten we niet eens over recycling.
Figuur 2. Lake Baotao, Mongolië, een meer waar giftig afval wordt gedumpt dat vrijkomt bij de winning van metalen die nodig zijn voor onder meer smartphones en windturbines.
3. Alle technische installaties hebben een beperkte levensduur.
Op een gegeven moment werkt de installatie niet meer, of is het niet meer economisch om deze nog te blijven onderhouden, en moet deze worden vervangen (net als een auto, een koelkast, of een i-phone). De enige reden dat wij de auto’s kunnen vervangen en een wereldwijd wagenpark van 1.3 miljard auto’s, bussen en vrachtwagens kunnen onderhouden en uitbreiden is een investering in fossiele brandstoffen.
Voor de windturbines en zonnepanelen wordt dit met schaalvergroting een enorm probleem.
Realitycheck 1: ZON
Wij installeren een miljard zonnepanelen in de EU.
We installeren 50 miljoen panelen per jaar, dus in 20 jaar zijn we er. Echter, ze hebben een levensduur van 20 jaar (dit is realistisch, incl. hagelstormen etc).
Dat betekent dat er nadat we dat gedaan hebben, ofwel in jaar 21, iedere dag bijna 140.000 panelen vervangen moeten worden, voor de rest van de beschaving. Als je van 140.000 zonnepanelen een toren zou bouwen wordt die 4 kilometer hoog. Als een zonnepaneel 30 kilogram weegt zouden een miljard zonnepanelen iedere dag 4200 ton electronica-afval opleveren, tot het einde van de beschaving, plus het afval wat eerst al vrijkwam bij de productie.
Dat zijn tweehonderd grote vrachtwagens met afval per dag, elke dag, tot het einde der tijden, voor slechts 9% van de elektriciteitsvoorziening in Europa.
Maar deze miljard zonnepanelen produceren slechts 9 % van de elektriciteit in de EU-28 (300 GW, 300 Wp per paneel). Niemand heeft ook maar enig idee over de recycling van deze gigantische bergen afval of over hoeveel energie dit kost.
In het bovenstaande voorbeeld zouden de één miljard zonnepanelen ongeveer 300 GW (GigaWatt) genereren, maar alléén wanneer de zon in de juiste hoek schijnt. Dus de panelen produceren helemaal niks als het nacht is (of zwaar bewolkt).
Realitycheck 2: WIND
We installeren in de Noordzee en Atlantische oceaan (dus bijv. voor de kust van Portugal tot aan Denemarken) 50.000 windturbines van 5 MW. Deze turbines produceren dan bijna hetzelfde vermogen als de zonnepanelen hierboven, 250 GW, maar doen dit gedurende een groter gedeelte van de tijd dan de zonnepanelen. Al met al zouden deze turbines ongeveer een derde van de totale elektriciteitsvraag van de EU-28 produceren (totaal 2800 miljard kWh, 2018). In de praktijk gaan de turbines 20 jaar mee, maar laten we uitgaan van 25 jaar.
Dat klinkt als een goed plan, nietwaar?
Maar om de turbines te bouwen, is alleen al aan staal (fundering plus toren) maar liefst 145 miljoen ton staal nodig. Ter vergelijking: een zeer grote staalfabriek (Tata Steel IJmuiden) produceert jaarlijks 7 miljoen ton staal. Dat betekent dat voor de turbines de volle productie van Tata Steel verbruikt wordt, gedurende meer dan 20 jaar. Al dit staal kost enorm veel CO2 (1,9 ton CO2 per ton staal), dus 275 miljoen ton CO2 is eerst uitgestoten.
Als wij dit soort aantallen turbines in 10 jaar willen installeren betekent dat dat er per dag minimaal 15 turbines geïnstalleerd moeten worden, non stop, tien jaar lang.
Maar omdat de turbines 25 jaar (eigenlijk 20, maar vooruit) mee gaan, moeten we na installatie iedere dag 5 turbines vervangen en recyclen. Oftewel, 41 turbines per dag; 41 Eiffeltorens, iedere dag. Tot het einde van de beschaving. Dat betekent per dag een berg van bijna 15.000 ton roestig staal als afvalstroom.
Hoewel de turbines tezamen een enorm vermogen produceren, kan dit soort hoeveelheden elektriciteit absoluut niet getransporteerd worden. Het Europese elektriciteitsnetwerk zou daarvoor op nog nooit vertoonde wijze moeten worden verzwaard (vele malen meer dan het huidige netwerk). Wederom kost dit een enorme hoeveelheid materiaal, die eenvoudigweg niet beschikbaar is.
Een dergelijk windpark op zee zou ongeveer 3 windturbines per km2 bevatten, zodat er een totaal oppervlak van 17.000 km2 benodigd is, 130 km in het vierkant. Als we ervanuit gaan dat elke turbine 10 km aan zware kabel nodig heeft, komen we op een getal uit van 500.000 kilometer zware kabel. Als een kabel 5 kilo koper per meter bevat (realistisch) dan is er voor al deze kabels 2.5 miljoen ton koper nodig. Ook bij de productie van koper wordt zeer veel CO2 uitgestoten.
De installatie van een dergelijk project valt dus in het domein van de science fiction.
Daarnaast, als klap op de vuurpijl, produceren de windturbines allemaal tegelijk helemaal niets of zeer weinig, net als de zonnepanelen, dus alle gas- en kolencentrales zijn nog steeds noodzakelijk.
Al met al is de voorziening van basislast elektriciteit door windturbines onhaalbaar. Onthoudt dat het hier slechts gaat over een derde van de EU elektriciteitsvoorziening.
4. Elektriciteit is onmogelijk op te slaan in de benodigde hoeveelheden.
Omdat het simpelweg vaak bewolkt is in Europa, er ‘s-nachts geen zon is en de wind nou eenmaal niet altijd waait, wordt er vaak helemaal niks geproduceerd. Naast het feit dat de installaties niet vaak energie produceren, doen ze dat ook nog eens allemaal tegelijkertijd. Dus, zonnepanelen en windturbines produceren allemaal tegelijkertijd energie en tegelijkertijd helemaal niets.
Dus hoe zit het dan met elektriciteitsopslag? Als we nu eens de elektriciteit die we produceren met zon en wind, op zouden kunnen slaan?
Het harde feit is dat zelfs in de meest fantastische dromen van batterij/opslagexperts (ik ben er zelf een), er geen oplossing te bedenken is die zoveel energie opslaat. Onderstaand een foto van de allergrootste batterij ooit gebouwd (Japan). Deze levert gedurende 6 uur 50 MW aan elektriciteit. Ter vergelijking; de kolencentrale in Nijmegen, waar ik woon, had een vermogen van 585 MW, bijna twaalf maal zoveel.
Een batterij van 50 MW (MegaWatt) kan genoeg energie opslaan voor ongeveer 100.000 huishoudens. Maar de batterij is wel na zes uur leeg. Ook heeft de batterij een rendement van 80%, en kost de productie van de batterij weer veel extra (fossiele) energie. Waterstof gebruiken als opslagmedium is uitermate inefficiënt en resulteert in onacceptabele verliezen.
Figuur 3. Grootste batterij ter wereld, geinstalleerd in Japan.
5. “Groene” energie bronnen produceren alleen elektriciteit. Wat gaan we dan doen met al het andere energieverbruik?
Er is een tendens om bergen geld uit te geven aan “hernieuwbare” bronnen, maar de energieopbrengsten daaruit vallen enorm tegen. De gigantische hoeveelheden geïnstalleerde windturbines en zonnepanelen wereldwijd hebben niet eens de groei van het verbruik van fossiele brandstoffen in de afgelopen tien jaar gecompenseerd, zie hieronder.
Wereldwijde totaal energieverbruik in miljoenen tonnen olie-equivalent (met een duizelingwekkend totaal van 13.500 miljoen ton olie-equivalent)
Figuur 4. Wereld energieverbruik. Het bovenste oranje flintertje is alle “groene”energie in de wereld. Daarbij dient op te merken dat vooral biomassa en afvalverbranding worden aangemerkt als hernieuwbare energiebronnen. Het is onderhand bekend dat biomassa niets bijdraagt aan de reductie van CO2, en dat afval vaak gewoon plastic (=aardolie) is.
De “inconvenient truth” die we onder ogen moeten zien is de volgende:
Met zonnepanelen en windturbines komen we er echt niet!
De astronomische bestedingen aan deze technologie zullen nog wel even doorgaan, maar uiteindelijk zal het besef doordringen dat er maar beperkt iets te halen valt.
Maar wat dan wel?
We hebben nog een echte optie. Een volledig onterecht heet hangijzer.
Kernenergie.
Kernenergie is zeer veilig, uitermate schoon, extreem krachtig (24/7/365) en kan ons een miljoen jaar lang voorzien van energie.
Onze irrationale angst en de publieke weerzin tegen deze technologie moeten zo snel mogelijk worden overwonnen, want haast is geboden.
In een notendop:
· Het “afvalprobleem” wordt vooral gevoed door irrationele angst, volumetrisch past alle kernafval uit reactoren van bijv. Frankrijk in een IKEA. Er is geen probleem. [1][2]
· Zonnepanelen leiden tot de dood van meer mensen dan kernenergie (huidkanker en installateurs die van daken afvallen), laat staan kolen, gas en olie. [3]
· Het dodental van Fukushima was nul, en het dodental van Tsjernobyl was onder de honderd [4]
· en het is onmogelijk een kernwapen te maken van gebruikte reactorbrandstof, daarvoor moet je een speciale reactor bouwen. [5]
· Van de 31 landen die commerciële reactoren opereren hebben er slechts zeven kernwapens. Saillant detail; twee landen hebben wel de kernwapens maar geen kerncentrales, Noord-Korea en Israël.
Dit is in feite fantastisch nieuws: we hebben de realistische mogelijkheid om onze achterkleinkinderen van ongeveer net zoveel energie te voorzien als wij nu gebruiken!
[1] https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-wastes/radioactive-waste-management.aspx
[2] https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-wastes/radioactive-wastes-myths-and-realities.aspx
[3] https://www.academia.edu/12681524/Electricity_generation_and_health
[4] https://www.unscear.org/unscear/en/chernobyl.html
[5] https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-wastes/radioactive-wastes-myths-and-realities.aspx
Friso Sikkema
PhD physical chemistry – energy – chlor-alkali – chemicals – membranes