6 De toekomst van onze energie - EFDA

efda.org

6 De toekomst van onze energie - EFDA

Onze energiebronnen veranderen voortdurend. Achter

de hoogspanningskabels van het elektriciteitsnetwerk

ligt een hele wereld van exploratie, onderzoek en

ontwikkeling. Elke dag zijn miljoenen mensen aan

het werk om energiebronnen als steenkool, aardolie

en aardgas te delven. En duizenden wetenschappers

ontwikkelen nieuwe energiebronnen, die nodig zijn om

de energie die we gebruiken schoner en duurzamer te

maken.

Dit boekje geeft een brede introductie in de wereld

van de energie. Energie in ons dagelijks leven, de vele

manieren waarop we het gebruiken, waar het vandaan

komt, de invloed van ons energiegebruik op het milieu

en onze gezondheid, en de manier waarop we in de

toekomst aan onze energiebehoeften kunnen voldoen.

Het boekje werd geschreven voor gebruik in middelbare

scholen.

Omslagfoto: De aarde s’nachts. De afbeelding is samengesteld

uit foto’s gemaakt door satellieten. Met dank

aan C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/

NGDC, DMSP Digital Archive.

Energie, motor van jouw wereld.

Copyright © 2005, FOM – Instituut voor Plasmafysica

Rijnhuizen, te Nieuwegein

Tekst en illustraties: Mark Tiele Westra

(m.t.westra@rijnh.nl)

Vertaling uit het engels: Saskia Maassen, Utrecht

Grafi sch ontwerp en lay-out: Karen Jens

Druk: Weber Off set GmbH, München, Duitsland

Geproduceerd met de fi nanciële steun van de Europese

Commissie.

“Energie, motor van jouw wereld” maakt deel uit van

het educatieve programma van de European Fusion Development

Agreement (EFDA). Extra gedrukte exemplaren

(ook in het engels) kunnen worden verkregen via

de website www.efda.org/education/energy.html, waar

het complete boekje bovendien in elektronisch formaat

beschikbaar is. In de loop van 2006 zullen duitse,

franse, spaanse, en italiaanse vertalingen beschikbaar

worden gemaakt op de zelfde website.

Het materiaal in dit boekje of delen daarvan mag

worden gereproduceerd en gedistribueerd voor nietcommercieel

educatief gebruik in scholen, mits de bron

wordt vermeld. Alle moeite is gedaan om de rechtmatige

eigenaren van fotografi sch materiaal te vinden

en bij de afbeeldingen te vermelden. Mochten we toch

iets hebben gemist, dan horen we dat graag.

We willen graag Federico Casci, Simon Kuyvenhoven,

Chris Warrick, Jennifer Hay, Niek Lopes Cardozo,

Vagn O. Jensen, Rosa Antidormi, GianCarlo Tosato, en

alle anderen bedanken die met informatie of commentaar

aan dit boekje hebben bijgedragen. Suggesties ter

verbetering zijn van harte welkom.


Inhoud

1 Wat is energie? .................................................. 2

1Energie is de motor van onze wereld .................. 2

Wat is energie en waarom hebben we het nodig? 2

Waar komt energie vandaan? ............................. 2

23

Een korte geschiedenis van energie .......... 4

De oudheid ....................................................... 4

Energie in de zeventiende eeuw ......................... 5

Energie in de achtiende eeuw ............................ 5

Energie in de negentiende eeuw ........................ 7

Energie in de twintigste eeuw ............................ 9

De moderne tijd ................................................ 9

2

Energie in ons dagelijks leven ................... 12

3Koelen en verwarmen ...................................... 12

Transport ........................................................ 12

Industrieel energiegebruik ............................... 13

Andere toepassingen ........................................ 13

Elektriciteit ..................................................... 13

Hoe meet je energie? ....................................... 14

Vermogen ........................................................ 16

Energie in huis ................................................ 16

Hoeveel energie gebruiken we? ........................ 18

Primair energiegebruik .................................... 20

Zuinig met energie .......................................... 22

Energiegebruik in de industrie ......................... 22

4

5

6

De bronnen van energie ............................. 24

4Energie uit fossiele brandstoff en ...................... 24

Wat doen we met fossiele brandstoff en? .......... 26

Kernsplijting ................................................... 28

Kernfusie ........................................................ 30

Waterkracht .................................................... 32

Energie uit de oceaan ...................................... 34

Zonne-energie ................................................ 35

Windenergie ................................................... 37

Energie uit biomassa ....................................... 38

Geothermische energie ................................... 39

Een vergelijking tussen de verschillende

energiebronnen ............................................... 41

Energie, gezondheid en milieu ................ 42

5Het huishoudniveau ....................................... 42

Het gemeenschapsniveau ................................ 44

Het regionale niveau ....................................... 45

Het mondiale niveau ...................................... 46

Mogelijke energiebronnen en het broeikaseff ect 49

De toekomst van onze

energievoorziening ....................................... 50

6Huidige problemen ......................................... 50

Het doel van duurzame energie ....................... 51

Duurzame energiebronnen ............................. 52

Hoe kies je een energiebron ............................ 53

De toekomstige energiemix ............................. 56

Energie-onderzoek .......................................... 58

Waterstof: de energiedrager van de toekomst? .. 59

Conclusie ........................................................ 60

1


Een aantal energiediensten: schoon

water, koken, warm water, transport,

computers, licht, telecommunicatie.

2

1 Wat is energie?

© www.freeimages.co.uk, Adam Hart-Davis / DHD photo gallery

Energie is de motor van onze wereld

Energie is in ons dagelijks leven zo gewoon,

dat we er nauwelijks aandacht

aan schenken. Als je ‘s ochtends onder

de douche stapt, gebruik je energie om

het water te verwarmen. De zeep en je

handdoek zijn gemaakt in fabrieken die

energie gebruiken. Maar ook de stenen,

het beton en de ramen van de badkamer

zijn gemaakt met energie. Hetzelfde geldt

voor je kleren en je schoenen. En dat is

nog maar het begin van de dag.

Zonder energie zou ons leven een stuk

minder aangenaam zijn. Stel je voor dat

je je eigen hout zou moeten sprokkelen

om te koken en je huis te verwarmen, dat

je water zou moeten halen uit een put,

dat je overal te voet naar toe zou moeten

gaan… En natuurlijk zouden er geen radio

en tv zijn, geen computers, geen telefoons.

Onze maatschappij heeft energie

nodig om te blijven draaien.

En niet zo’n klein beetje ook. Als we alle

energie die we per persoon gebruiken

(inclusief elektriciteit, brandstof voor

vervoer, enzovoorts) zouden moeten opwekken

met behulp van spierkracht, dan

zouden we honderd mensen voor ons

moeten laten werken, of ongeveer tien

sterke paarden. Dag en nacht, zeven dagen

per week.

Deze overvloedige beschikbaarheid van

energie vinden we de normaalste zaak

van de wereld. Alleen zo nu en dan, als de

stroom uitvalt, realiseren we ons hoe afhankelijk

we zijn geworden – terwijl we op

zoek gaan naar de kaarsen en de lucifers.

Dit boekje gaat over energie: waar het

vandaan komt, hoe we het gebruiken en

wat voor invloed het heeft op ons milieu,

onze gezondheid en onze samenleving.

Wat is energie en waarom hebben

we het nodig?

Energie kan verschillende gedaantes aannemen,

zoals beweging, warmte, licht,

chemische verbindingen en elektriciteit.

We zeggen dat er energie zit in energiebronnen,

zoals hout, wind, voedsel, aardgas,

steenkolen en olie. Al deze vormen

van energie hebben één ding met elkaar

gemeen: we kunnen ze gebruiken om

iets voor elkaar te krijgen. We gebruiken

energie bijvoorbeeld om voorwerpen in

beweging te brengen, om temperaturen

te veranderen, en om licht en geluid te

maken. Kortom: energie is het vermogen

om nuttige arbeid te verrichten.

Energie is belangrijk omdat we er dingen

mee kunnen doen die we nodig hebben:

de energiediensten. Daaronder vallen bijvoorbeeld

koelen en vriezen, verwarming

van huizen, voedselverwerking, waterzuivering,

mobiel bellen, autorijden, licht en

geluid maken, producten fabriceren, en

nog veel meer. Voor al deze activiteiten

hebben we energie nodig in een bruikbare

vorm, op de juiste plaats en op het juiste

moment.

Waar komt energie vandaan?

Normaal gesproken denk je er niet over

na wat er achter het stopcontact gebeurt,

of waar de benzine uit de benzinepomp

vandaan komt. Als je radio het maar doet

wanneer je de stekker in het stopcontact

steekt, en er benzine uit de pomp komt

als we dat nodig hebben. Maar om onze

apparaten te laten werken, is een hele keten

van technologieën nodig, die samen

de benodigde energie leveren.

De energieketen begint met het opsporen

en winnen van energie in de meest basale

vorm, zoals aardgas, olie, zonneschijn,

wind of steenkool. Aan deze primaire


energie hebben we nog niet zo veel. We

moeten het eerst omzetten in een vorm

die eenvoudig te gebruiken is, zoals elektriciteit

of benzine. Dat noemen we fi nale

energie. Dat is de energie die wordt getransporteerd,

verdeeld en afgeleverd bij

de gebruikers. Een voorbeeld van deze

stap is de omzetting van kolen in elektriciteit

in een kolencentrale.

Tenslotte gebruiken apparaten als lampen,

tv’s, ovens, auto’s en brommers de fi nale

energie om er iets nuttigs mee te doen,

en om zo de energiediensten te leveren.

Een voorbeeld van deze hele energieketen

– beginnend met de winning van steenkool

en eindigend met een tv-programma

Kolenmijn

Today!

News

Transport

Energiedienst: een tv-programma

– vind je in onderstaande tekening.

Energie staat aan de basis van alles wat

we doen: voor bijna al onze activiteiten

is brandstof of elektriciteit nodig. Om

alle energie te leveren die we gebruiken,

hebben we kolenmijnen, pijpleidingen,

transport van olie en gas in grote olietankers,

energiecentrales, hoogspanningsleidingen,

benzinestations, en nog veel

meer. Samen vormen die een ingewikkeld

en grootschalig systeem dat we het energiesysteem

noemen.

Transformatie

Centrale

Distributie

Voorbeeld van

een energieketen:

van kolenmijn tot

tv-programma.

3


In India wordt nog steeds veel gebruik

gemaakt van dierkracht.

4

2 Een korte geschiedenis van

energie

Veel dingen die we in ons dagelijks leven

niet meer kunnen missen, zoals warm

water, vervoer en telecommunicatie, gebruiken

energie. De mens ontdekte door

de eeuwen heen steeds meer nieuwe energiebronnen,

en leerde die te gebruiken

om zijn leven aangenamer en comfortabeler

te maken. De geschiedenis van onze

energie is een fascinerend verhaal met een

duidelijke trend: we gaan er steeds meer

van gebruiken.

De oudheid

Uit archeologisch vondsten weten we dat

de mens al 500.000 jaar geleden leerde om

vuur te maken, en misschien zelfs al veel

eerder dan dat. In die prehistorische tijden

had de mens nog maar weinig energie

nodig. De zon gaf de benodigde warmte,

en als de zon niet scheen verbrandde men

hout, stro of gedroogde mest. Op oude

wandschilderingen die gevonden zijn in

grotten, kunnen we zien dat de mensen

in het Stenen Tijdperk (ongeveer 30.000

© Ross Taylor (Images of the World)

Met windenergie kun je de oceaan

oversteken.

jaar geleden) brandhout gebruikten om

eten te koken en hun grotten en hutten

te verwarmen en te verlichten. De namen

van de verschillende prehistorische tijdperken

– Stenen Tijdperk, Bronzen Tijdperk

en het IJzeren Tijdperk – verwijzen

naar het vermogen van de mens om met

behulp van energie metalen voorwerpen

en wapens te maken.

Toen de mensheid besloot het nomadenleven

op te geven en zich op een vaste plaats

te vestigen, veranderde er veel in het gebruik

van energie. De mens leerde landbouw te

bedrijven, en kon daarmee de energie van

de zon direct omzetten in voedsel.

Een andere oude bron van energie, die

ook nu nog veel wordt gebruikt, is de

kracht van dieren. Paarden, ossen, kamelen,

olifanten: hun kracht kan goed worden

ingezet voor transport en akkerbouw,

en voor het aandrijven van machines om

graan te malen of water op te pompen.

In ontwikkelingslanden wordt dierkracht

© Bruno Girin / DHD photo gallery


nog steeds voor veel doeleinden gebruikt.

Elk dier heeft z’n eigen specialiteit: ossen

zijn bijvoorbeeld heel sterk en worden

vooral gebruikt om akkers te ploegen,

terwijl paarden veel sneller zijn, en daardoor

meer geschikt voor transport. Ook

‘menskracht’ werd vroeger veel gebruikt:

in 260 voor Christus werden Romeinse

oorlogsschepen aangedreven door 170

goedgetrainde roeiers. Een vloot bestond

vaak uit een stuk of honderd van dit soort

schepen!

Al in 5000 voor Christus gebruikten de

Egyptenaren windenergie als aandrijving

voor schepen op de Nijl, en een paar eeuwen

voor Christus werden in China windmolens

gebruikt om water op te pompen.

Rond 600 na Chr. gebruikten de Perzen

windmolens om graan te malen.

Ook de kracht van vallend water kent een

lange geschiedenis. Al in 4000 voor Christus

gebruikten de Grieken waterraderen als

aandrijving voor kleine molens, waarmee

zij graan maalden, dorpen van drinkwater

voorzagen en verschillende soorten machines

aandreven, zoals zaagmolens, pompen

en blaasbalgen in smederijen.

Eén van de eerst toepassingen van zonneenergie

vinden we in het leger: er wordt

beweerd dat Archimedes tijdens de aanval

op Syracuse (rond 240 voor Christus) een

grote spiegel gebruikte om Romeinse oorlogsschepen

in brand te zetten.

Van de fossiele brandstoff en heeft steenkool

de langste en meest gevarieerde

geschiedenis. De Chinezen gebruikten

steenkool al 3.000 jaar gelden, en er zijn

aanwijzingen dat de Romeinen in Engeland

in de eerste en tweede eeuw na

Christus steenkool gebruikten om op te

koken. In 1298 publiceerde de beroemde

ontdekkingsreiziger Marco Polo een boek

over zijn reizen naar China. Daarin vertelt

hij over “grote zwarte stenen die …

branden als houtskool”. Nu is steenkool

al eeuwenlang één van onze belangrijkste

brandstoff en.

Energie in de zeventiende eeuw

Toen de Europeanen eenmaal ontdekt

hadden hoe handig het was om steenkool

te gebruiken voor verwarming, gingen ze

snel op zoek naar meer. En ze vonden het

overal om zich heen! In 1660 was het in

Engeland echt een ‘booming business’,

en de steenkool werd over de hele wereld

geëxporteerd. Hoewel de Engelse steden

snel vervuilden door al die kolenverbranding,

gingen de Engelsen er toch mee

door, omdat ze hun hout nodig hadden

om houtskool van te maken. Dat houtskool

gebruikten ze om ijzer te smelten en

andere metalen te bewerken. Ook werden

grote hoeveelheden hout gebruikt om

oorlogsschepen te bouwen.

In 1630 brak voor het eerst in de geschiedenis

een energiecrisis uit, omdat het hout

dat gebruikt werd om houtskool van te

maken, opraakte. Steenkool uit kolenmijnen

kon niet voor het smelten van metaal

worden gebruikt, omdat het te veel water

en zwavel bevatte. Door het water brandde

de steenkool op een lagere temperatuur, en

door de zwavel werd het metaal bros. Om

het tekort op te lossen, werden grote delen

van de bossen in Zweden en Rusland omgezet

in houtskool. Rond 1700 ontdekte

men in Engeland een manier om zwavel

uit steenkool te verwijderen, zodat ook

steenkool voor metaalbewerking gebruikt

kon gaan worden.

Energie in de achttiende eeuw

Aan het begin van de 18 e eeuw had

Europa, en met name Engeland, het

grootste deel van haar bossen gekapt.

De vraag naar steenkool groeide snel,

omdat de mensen steeds meer afhankelijk

werden van steenkool als brandstof.

Een andere reden was de uitvinding van

de stoommachine door Th omas Newcomen

in 1712. De stoommachine

werd gebruikt om grondwater uit diepe

kolenmijnen te pompen. Tot die tijd

takelden paarden het water met behulp

van een emmer en een touw uit de mijnen

omhoog, wat niet erg effi ciënt was.

James Watt verbeterde de stoommachi-

De stoommachine van James Watt

(1765).

5


De uitvinding van de

elektriciteit

De ontdekking van de elektriciteit

wordt toegeschreven aan de Griekse

fi losoof Th ales van Milete. Hij merkte

dat als je met een dierenvacht over

een stuk barnsteen wrijft, het barnsteen

lichte stukjes materiaal aantrekt,

zoals veertjes of stukjes stro.

Het Griekse woord voor barnsteen is

“elektron”, vandaar het woord “elektriciteit”.

Nu weten we dat deze aantrekkende

kracht wordt veroorzaakt

door statische elektriciteit.

6

Een stoomlocomotief.

James Watt en de stoommachine

Eén enkele stoommachine kon het

werk doen van een fl ink aantal paarden.

James Watt vergeleek de kracht

van zijn stoommachines met het

aantal paarden dat de machine kon

vervangen: een machine van twintig

paardenkrachten kon evenveel werk

verzetten als twintig paarden. Watt

berekende hoeveel een bedrijf kon

besparen door zijn stoommachine te

gebruiken in plaats van paarden. Het

bedrijf moest hem vervolgens elk jaar

eenderde van dat bedrag betalen, vijfentwintig

jaar lang.

Oorspronkelijk defi nieerde James Watt

één paardenkracht als de hoeveelheid

energie die nodig is om een gewicht

van 33.000 Engelse ponden in één

minuut over een afstand van één voet

te verplaatsen (oftewel 15,000 kg over

een afstand van 30 cm in één minuut).

In moderne eenheden staat één paardenkracht

gelijk aan 746 watt.

Een meisje ontdekt

elektriciteit.

ne in 1765 zondanig, dat hij niet alleen

gebruikt kon worden om water op te

pompen, maar ook om andere machines

aan te drijven.

De stoommachine was vooral belangrijk

omdat de energie die vrijkwam bij

verbranding, de thermische energie, kon

worden omgezet in een andere vorm:

mechanische energie. Door deze nieuwe

uitvinding konden machines worden ‘gevoed’

met steenkool, terwijl er voor die

tijd altijd een windmolen of vallend water

in de buurt moest zijn. Omdat er meer

dan genoeg steenkool aanwezig was, werd

het veel gemakkelijker om grote aantallen

machines aan te drijven.

In 1799 ontwikkelde de Italiaanse uitvinder

Alessandro Volta de eerste batterij,

en kreeg de wereld voor het eerst te maken

met elektrische energie. Volta’s naam

wordt tot op de dag van vandaag nog

steeds gebruikt: de stopcontacten in onze

huizen leveren elektriciteit bij 230 of 110

Volt (of ‘V’ in het kort).

© Brookhaven National Laboratory


© S.M. Prokudin-Gorskii, Library of Congress

Energie in de negentiende eeuw: het

tijdperk van de stoommachine

In de negentiende eeuw kwam de moderne

wereld in een stroomversnelling. Eén enkele

stoommachine leverde in die tijd de

kracht van tweehonderd mensen. In heel

Engeland verrezen fabrieken die draaiden

op stoommachines. Ze produceerden textiel,

meubels, en allerlei andere zaken die

voorheen met de hand werden gemaakt.

Door de massaproductie konden steeds

meer mensen zich de producten veroorloven.

De markt groeide en de export fl oreerde.

De Industriële Revolutie – de periode

waarin de industriële bedrijvigheid

explosief groeide – verspreidde zich snel

over West-Europa en Noord-Amerika.

Voor het eerst in de geschiedenis kon

energie worden gebruikt op elk gewenst

moment, op elke plek en in elke hoeveel-

Een katoenfabriek aangedreven met

een stoommachine (19e eeuw).

heid. Tot die tijd waren mensen afhankelijk

van de kracht van wind en water om

hun fabrieken te laten draaien. Die energiebronnen

waren lang niet altijd en overal

beschikbaar. Langzamerhand ging men

energie beschouwen als een hulpmiddel

dat beschikbaar was op het moment dat

je het nodig had.

De stoommachine werd niet alleen ingezet

in fabrieken. In 1804 werd de eerste

stoomlocomotief gebouwd, en in 1807 de

eerste stoomboot. Tegelijkertijd ontdekte

men dat je uit steenkool ook gas kunt

winnen. Dit steenkoolgas werd gebruikt

voor verlichting in fabrieken, straten en

huizen. In 1807 werd de eerste kolengasverlichting

geïnstalleerd in de straten

van Londen, rond 1823 hadden alle grote

steden in Engeland gasverlichting in de

straten.

© Charles Edison Fund

Stoomkracht

In de negentiende eeuw verrezen

er veel fabrieken die draaiden op

stoommachines. Een sterke centrale

stoommachine met een groot vliegwiel

leverde de kracht voor een hele

fabriek. Een systeem van leren riemen

droeg de kracht van de stoommachine

over aan de kleinere machines in

de fabriek. Op onderstaande foto is

deze drijfriem zichtbaar op de achtergrond.

De eerste elektrische gloeilamp van

Th omas Edison (1879).

7


© John T. Daniels, Library of Congres

8

© DaimlerChrystler

De eerste vierwielige automobiel van Gottlieb Daimler (1886).

In de loop van de eeuw werd de stoommachine

verbeterd, waardoor ze steeds

krachtiger werden. Aan het eind van de

eeuw kon één enkele stoommachine het

werk doen van zesduizend mensen.

Halverwege de negentiende eeuw begon

men ook dammen te bouwen om met

behulp van waterkracht elektriciteit op

te wekken, en aan het eind van de eeuw

Het eerste gemotoriseerde vliegtuig van de

gebroeders Wright (1903).

experimenteerde men met het opwekken

van elektriciteit in windmolens. Zonneenergie

werd in 1860 slim gebruikt door

de fransman Auguste Mouchout: uit geconcentreerd

zonlicht maakte hij stoom,

waarmee hij een kleine stoommachine

aandreef.

In 1880 werd voor het eerst een stoommachine

(op steenkool) aan een elektrische

generator gekoppeld. De elektriciteitscentrale

van Th omas Alva Edison

leverde het eerste elektrische licht aan de

Amerikaanse eff ectenbeurs op Wall Street

en de New York Times.

In 1859 werd in Pennsylvania in de VS

voor het eerst petroleum uit de grond opgepompt.

Tot die tijd was petroleum de

mensen alleen maar tot last, omdat het de

drinkwaterbronnen vervuilde. Een tijdje

werd het verkocht als medicijn, maar de

mensen realiseerden zich al snel dat ze het

ook konden gebruiken als brandstof voor

verwarming en verlichting. Kort daarna

leerde men de olie te bewerken tot benzine

en dieselolie, die werden gebruikt als

brandstof in een nieuwe uitvinding: de

verbrandingmotor.


Energie in de twintigste eeuw: het

tijdperk van de verbrandingsmotor

Toen de nieuwe brandstof benzine eenmaal

beschikbaar was, bedacht de Franse

uitvinder Etienne Lenoir de eerste praktisch

bruikbare “interne verbrandingsmotor”,

die de hitte van brandende benzine

gebruikt om een zuiger in de motor

aan te drijven. Zestien jaar later maakte

de Duitse uitvinder Nikolaus August

Otto een betere. In 1885 zette de Duitse

ingenieur Benz de motor van Otto op

wielen, en creëerde daarmee de eerste

auto (een driewieler). Het jaar daarop

bouwde de Duitse ingenieur Daimler

een auto met vier wielen, aangedreven

door een verbrandingsmotor. Die eerste

auto’s waren uiteraard erg duur, en

daarom vooral leuke speeltjes voor rijke

heren.

Maar daar kwam snel verandering in. In

de Verenigde Staten bedacht Henry Ford

een slimme manier om snel een heleboel

auto’s te maken: de lopende band. Elke

arbeider stond de hele dag op dezelfde

plaats in de fabriek, en plaatste hetzelfde

onderdeel op elke auto die voorbij kwam.

In 1913 produceerde zijn autofabriek

duizend auto’s per dag. Auto’s werden

goedkoper, en steeds meer mensen konden

er één betalen.

In 1903 stopten twee Amerikaanse broers,

Wilbur en Orville Wright, de verbrandingsmotor

in een vliegende machine:

het eerste vliegtuig dat kon vliegen op

brandstof. Ongeveer tegelijkertijd werd

in Italië de eerste geothermische elektriciteitscentrale

– een centrale die gebruik

maakt van de warmte in het binnenste

van de aarde – in gebruik genomen. En in

1905 publiceerde Einstein zijn beroemde

theorie die uitlegt dat massa kan worden

omgezet in energie.

Halverwege de twintigste eeuw, tijdens

en na de Tweede Wereldoorlog, ontdekte

men hoe je de kracht van het atoom kunt

benutten. Lise Meitner, een Oostenrijkse

onderzoekster, ontdekte dat bij kernsplij-

ting – het proces waarbij zware atomen

uiteenvallen in kleinere stukjes – enorme

hoeveelheden energie vrijkomen. In 1942

bouwde de Italiaanse natuurkundige Enrico

Fermi de eerste kernreactor in de Verenigde

Staten, en in 1954 werd de eerste

kernreactor in de Sovjet-Unie in gebruik

genomen.

Al in 1929 hadden wetenschappers ontdekt

dat de zon zijn energie ontleent aan

kernfusie: het proces waarbij de kernen

van kleine atomen samensmelten, en

daarbij een grote hoeveelheid energie afgeven.

In 1950 begonnen wetenschappers

te onderzoeken hoe je dit proces op aarde

zou kunnen gebruiken als energiebron.

Het energieverbruik groeide in deze eeuw

razendsnel, en verdubbelde ongeveer elke

25 jaar. De kosten voor de productie van

energie namen af, en daardoor werd energie

in veel westerse landen, inclusief de VS,

een goedkoop en alom aanwezig hulpmiddel.

Energiebesparing was toen nog niet

nodig, want er was ruim voldoende beschikbaar.

© European Community, 2005

De moderne tijd

Moderne problemen…

In iets meer dan 150 jaar hebben we geleerd

hoe we energie in ons voordeel kunnen

gebruiken, en ons leven is er voorgoed

door veranderd. Door de ruime beschikbaarheid

van betaalbare energie is ons leven

aangenaam, zijn we mobiel en productief.

Maar energie kent ook z’n prijs.

In 1973 stopte de Arabische olieproducerende

landen om politieke redenen met het

leveren van olie aan westerse landen en de

VS. In één dag verdrievoudigden de olieprijzen.

Er ontstond een oliecrisis, waarin

auto’s in lange rijen bij de benzinepomp

stonden te wachten om benzine te kopen.

Voor het eerst realiseerden de mensen zich

hoe afhankelijk ze waren geworden van

Vervuiling neemt vele vormen aan:

aangespoelde olievaten op Antarctica.

9


energie, en hoe belangrijk het is om er verstandig

mee om te gaan. In 1979 stegen

de olieprijzen voor de tweede keer explosief.

De prijs van een vat olie steeg tot 60$

per vat, terwijl in 2003 de prijs van een vat

olie ongeveer 25$ was (beide prijzen uitgedrukt

in dollars uit het jaar 2000). De

laatste jaren stijgt de olieprijs weer fl ink.

In 1979 vond er een ongeluk plaats in de

kernreactor van Th ree Mile Island in de

VS. Het ongeluk ontstond door een opeenvolging

van mechanische storingen en

menselijke fouten. Het publiek was geschokt,

omdat het jarenlang had gehoord

dat er nooit een nucleair ongeluk zou kun-

10

Elektriciteit opwekken met windenergie.

nen gebeuren. Het ongeluk versterkte het

algemeen heersende crisisgevoel. Een nog

ernstiger ongeluk vond plaats in Chernobyl

(in het huidige Ukraïne) in 1986.

Hoewel het ongeluk veroorzaakt werd

door een combinatie van slecht ontwerp

en het negeren van veiligheidsregels, en in

een moderne kerncentrale uitgesloten zou

zijn, veranderden veel mensen van mening

over het gebruik van kernenergie.

Maar ook fossiele brandstoff en, zoals

steenkool, olie en aardgas, vormen een

bedreiging voor het milieu. Tijdens de

verbranding produceren alle fossiele

brandstoff en verschillende milieuvervuilende

stoff en. Een aantal van deze gassen,

waaronder kooldioxide (CO 2 ), vormen

in de atmosfeer een soort deken die de

warmte van de aarde vasthoudt: het broeikaseff

ect. Door dit eff ect stijgen de temperaturen

op aarde, met alle mogelijke

negatieve gevolgen van dien, zoals meer

© European Community, 2005

extreme weersomstandigheden. Sinds de

Industriële Revolutie is de temperatuur

op aarde al met 0,6 graden Celsius gestegen.

Andere verbrandingsgassen veroorzaken

luchtvervuiling en smog.

Een ander probleem is het feit dat energie

niet beschikbaar is voor iedereen. Ongeveer

twee miljard mensen (eenderde van

de wereldbevolking) hebben geen toegang

tot moderne vormen van energie. Deze

mensen hebben dus ook niet het comfort,

de gezondheid, de mobiliteit en de

productiviteit die je met moderne energie

kunt verkrijgen.

Onze energieconsumptie stijgt razendsnel.

Wetenschappers verwachten dat er

in het jaar 2050 negen miljard mensen

op aarde leven, terwijl dat er nu nog zes

miljard zijn. Al die nieuwe mensen hebben

energie nodig. Bovendien gaan mensen

in zich ontwikkelende landen steeds

Kernfusie is de energiebron van de zon. Wetenschappers onderzoeken

hoe je deze energiebron op aarde kunt gebruiken.

© NASA


© Warren Gretz (PIX DOE/NREL)

meer energie gebruiken, en de verwachting

is daarom dat we in 2050 minstens

twee maal zoveel energie nodig hebben

als nu. Als we energie blijven maken op

de manier waarop we dat nu doen, dus

voornamelijk met fossiele brandstoff en,

dan zal ons milieu sterk achteruitgaan.

Fossiele brandstoff en zullen bovendien

steeds duurder worden en uiteindelijk

opraken, hoewel dat nu nog lang niet

het geval is.

…en moderne oplossingen.

Bij het verbranden van fossiele brandstoffen

komt het broeikasgas kooldioxide vrij.

Om te voorkomen dat het gas in de atmosfeer

terecht komt, zou je het kunnen

opslaan in lege gas- of olievelden, of in

waterhoudende lagen. Deze ondergrondse

opslag van CO 2 zou gebruikt kunnen

worden als tijdelijke maatregel om het

broeikaseff ect te vertragen. Als aardgas

miljoenen jaren onder de grond in een

Zonnepanelen zetten zonlicht om elektriciteit.

gasveld blijft zitten, dan zou de geïnjecteerde

kooldioxide dat ook moeten doen,

zo luidt de redenering. Op dit moment

wordt nog onderzocht of deze techniek

veilig, praktisch en rendabel is. Ondergrondse

opslag is een voorbeeld van een

hele reeks technieken waarmee we kunnen

proberen fossiele brandstoff en op een

schone manier te gebruiken.

Een belangrijk doel voor de toekomst is

om elektriciteit op een CO 2 -vrije manier

te maken. Op dit moment produceren

waterkracht, kernsplijting en biomassa

35% van de wereldwijde elektriciteitconsumptie

zonder CO 2 te maken. Andere

technieken die duurzame energiebronnen

zoals wind, zon, getijden-energie en aardwarmte

gebruiken, produceren nu slechts

0.7% van de wereldwijde elektriciteit.

Maar deze technieken ontwikkelen zich

snel, en er is goede hoop dat dit aandeel

rond 2050 fl ink hoger zal liggen.

Ook wordt er veel onderzoek gedaan om

de huidige problemen rond kernsplijting

– zoals de opslag van radioactief materiaal

en de veiligheid van kernreactoren – op te

lossen, en om nieuwe, veilige kernreactoren

te bouwen.

Kernfusie, het proces waarbij energie vrijkomt

door het samensmelten van atomen

(de energiebron van de zon en de sterren),

kan rond 2040 schone en CO 2 -vrije

energie gaan produceren. Op dit moment

doen wetenschappers over de hele wereld

onderzoek om deze energiebron op aarde

te leren gebruiken.

Fossiele brandstoff en die worden

verbrand, zorgen voor de uitstoot van

broeikasgassen in de atmosfeer.

© European Community, 2005

11


De luchtvaart verbruikt veel kerosine.

12

3 Energie in ons dagelijks leven

In ons dagelijks leven gebruiken we verschillende

soorten energie, zoals aardgas,

elektriciteit en benzine. Kunnen we niet

gewoon één vorm van energie gebruiken,

bijvoorbeeld elektriciteit? Ja en nee. Zoals

we verderop zullen zien is elektriciteit

soms niet zo handig, en heb je meer aan

een vloeibare brandstof. Welke vorm van

energie je nodig hebt hangt sterk af van

de toepassing. De dingen waar we energie

voor nodig hebben kunnen we als volgt

verdelen: verwarmen (huizen, eten, water),

koelen (eten, kamers), voorwerpen en materialen

produceren (industrie), transporteren

(auto’s, vrachtwagens, schepen, treinen,

vliegtuigen) en andere toepassingen

(muziek maken, verlichten, enzovoorts).

Koelen en verwarmen

Koelen en verwarmen doen we vooral om

de temperatuur in onze huizen en kantoren

aangenaam te houden: in de winter verwarmen

we de lucht in onze kamers, en in

de zomer maken we het graag koeler. Het

hangt er natuurlijk wel vanaf waar je woont:

mensen in koude streken gebruiken meer

brandstoff en voor verwarming dan mensen

in warme landen. Bewoners van warme

streken gebruiken liever airconditioners om

de temperatuur laag te houden.

© European Community, 2005

Daarnaast gebruiken we warmte om te

koken, te douchen of een warm bad te

nemen. We gebruiken koelkasten en diepvriezers

om te voorkomen dat ons eten

bederft, en om dranken koud te maken.

Ook de industrie maakt in veel processen

gebruik van koeling en verwarming.

Welke vorm van energie is hiervoor het

meest geschikt? Om ruimtes, water of

voedsel te verwarmen verbranden we

meestal aardgas, olie of kolen in één of andere

brander. Er zijn verschillende soorten

branders: van de oven in de keuken tot

enorme gasketels voor de verwarming van

grote gebouwen. Maar je kunt ook verwarmen

met elektriciteit: denk maar aan

een waterketel of een elektrische oven.

De meeste koelapparaten, zoals koelkasten,

diepvriezers en airconditioners, gebruiken

elektriciteit, hoewel er ook koelkasten bestaan

die op aardgas draaien. In de meeste

huishoudens zijn de koelkast en de diepvries

de grootste elektriciteitsverbruikers.

Transport

Transportenergie is nodig om iets van de

ene plek naar de andere te verplaatsen. Als

je een tas draagt, is je lichaam de machine

die de tas vervoert. Het voedsel dat je eet

levert de energie voor het transport. Elke

dag worden miljarden kilo’s goederen getransporteerd

over de weg, het water of

door de lucht, door vrachtwagens, treinen,

schepen en vliegtuigen. Bijna al deze

machines worden aangedreven met benzine,

aardgas, olie of kerosine. Alleen de

trein (en vergelijkbare vervoersystemen

zoals de tram en de metro) wordt grotendeels

aangedreven met elektriciteit.

Ook elektrische motoren, die bijvoorbeeld

worden gebruikt in fabrieken, pompen,

en ventilatoren, worden aangedreven met

elektriciteit. In huis vind je waarschijnlijk

wel twintig tot veertig elektromotoren die

allerlei dingen aandrijven. In een koelkast

zit bijvoorbeeld een pomp, en een magnetron

gebruikt twee motoren: één voor de

ventilator en één voor de ronddraaiende


plaat. In een stereo-installatie zitten misschien

wel zeven kleine elektromotortjes,

een computer heeft er een stuk of acht, en

een videorecorder heeft er minstens twee.

Industrieel energiegebruik

De industrie produceert veel van de alledaagse

producten die we gebruiken, zoals

kleren, voedsel, plastic verpakkingsmaterialen

en schoon water. Bovendien maakt

de industrie de constructiematerialen die

nodig zijn om straten, huizen, fl ats, bruggen

en spoorwegen mee te bouwen. Het

maken van al die materialen en producten

kost enorme hoeveelheden energie, zowel

in de vorm van warmte (bijvoorbeeld

stoom) als elektriciteit. Omdat fabrieken

meestal warmte én elektriciteit nodig

hebben, wordt de elektriciteit vaak in de

fabriek zelf opgewekt, zodat de warmte

die overblijft gebruikt kan worden in een

industrieel proces. Op die manier wordt

de energie zo optimaal mogelijk benut.

Andere toepassingen

Bijna alles in en om het huis wat energie

verbruikt, doet dat in de vorm van elektriciteit.

Surfen over internet of het typen van

een tekst op een computer vergen elektriciteit.

Het zelfde geld voor het luisteren naar

muziek of het kijken naar een tv-programma.

De kamer stofzuigen, kleren wassen,

strijken: allemaal zaken die elektriciteit gebruiken.

Sommige mensen gebruiken zelfs

elektriciteit om brood te snijden, sinaasappels

te persen of hun tanden te poetsen.

Elektriciteit

Elektriciteit is de meest fl exibele vorm van

energie – het kan voor vrijwel alle toepassingen

worden gebruikt. Op de plek waar

elektriciteit wordt gebruikt, worden geen

hinderlijk lawaai en afvalstoff en geproduceerd,

en bovendien heb je geen brandstoftank

nodig om je computer of stereo-installatie

van energie te voorzien. Elektriciteit is

er op het moment dat je het nodig hebt, en

in de vorm waarin je het wilt hebben.

Maar er zijn ook nadelen. Omdat elektriciteit

centraal wordt opgewekt, is er een

duur landelijk distributienetwerk nodig

om de elektriciteit naar een huis te brengen,

waarvan de hoogspanningsmasten

het meest zichtbare onderdeel vormen.

Hierdoor gaat gemiddeld 10% van de

energie verloren. Bovendien is het moeilijk

elektriciteit in grote hoeveelheden op

te slaan. Om een redelijke hoeveelheid

elektrische energie op te slaan, heb je

grote, zware accu’s nodig, wat elektriciteit

meestal niet geschikt maakt voor gebruik

in transport. Treinen lossen dit probleem

op met bovenleidingen, die in feite functioneren

als extreem lange verlengsnoeren.

Wereldwijd neemt het gebruik van elektriciteit

razendsnel toe. Onderzoekers

voorspellen dat het elektriciteitsgebruik

tussen 2002 en 2030 zal verdubbelen,

en dat de snelste groei plaats zal vinden

in ontwikkelingslanden. Op dit moment

Elektriciteit is de meest fl exibele vorm van energie.

Alle elektronische apparaten zoals video’s,

tv’s en computers, zijn afhankelijk van

elektriciteit.

13

© www.freeimages.co.uk


Tabel 1.

De energie-inhoud van verschillende

voedingsmiddelen.




heeft een kwart van de wereldbevolking

nog geen toegang tot elektriciteit.

Hoe meet je energie?

Energie kan vele vormen aannemen: we

gebruiken elektriciteit voor licht, koken

op gas, en zo nu en dan maken we een

vuurtje van brandhout. Als we willen weten

hoeveel energie we gebruiken, hebben

we een manier nodig om al deze soorten

energie met elkaar te vergelijken. In welke

eenheden meten we energie?























































14

Energie is het vermogen om arbeid te verrichten.

Dit vermogen kan worden vergeleken

met een standaard situatie waarin

arbeid wordt verricht, zoals het optillen

van een gewicht. Daarom wordt energie

gemeten in joules (J), waarbij 1 joule gelijk

is aan de energie die nodig is om over

een afstand van 1 meter een kracht van 1

newton uit te oefenen (de newton is de

eenheid van kracht). Om een idee te geven

hoeveel dat is: een kracht van 1 newton is

net genoeg om een appel van 100 gram op

te tillen. Dus als je een appel van 100 gram

één meter optilt, heb je 1 joule nodig om

dat te doen. En zo kun je doorgaan: voor

Om precies te zijn…

De formule die precies berekent hoeveel

energie je nodig hebt om een

massa op te tillen is: Energie = Massa

x Zwaartekrachtsversnelling x Hoogte,

of: E = m·g·h. Op aarde is de zwaartekrachtsversnelling

g = 9,8 m/s 2 . Dus

om 100 gram (0,1 kilogram) tot een

hoogte van 1 meter op te tillen, heb

je E = 0,1 · 9,8 · 1 = 0,98 joule nodig.

Dat is bijna 1 joule.

De calorie

De energie in voedingsmiddelen wordt

meestal uitgedrukt in een andere eenheid,

namelijk de calorie. Eén calorie

is de energie die je nodig hebt om één

gram water één graad Celsius op te

warmen. Een calorie is gelijk aan 4,19

joule. Vaak wordt een grotere eenheid

gebruikt, de kilocalorie (kcal): 1 kcal=

1.000 cal = 4.190 joule.

De gemiddelde voedselbehoefte van

een volwassen man is 2.300 kcal en

voor een vrouw 2.000 kcal, maar die

getallen hangen erg af van leeftijd, gewicht,

en hoe actief je bent.


© www.freeimages.co.uk

twee meter heb je 2 joule nodig, en om een

gewicht van 1 kilo (1.000 gram) één meter

op te tillen, heb je 10 joule nodig.

Eén joule is maar heel weinig energie, en

meestal praten we daarom over kilojoule

(1 kJ = 1.000 J) of megajoule (1MJ =

1.000.000 J). Alle vormen van energie

kunnen worden uitgedrukt in joule. Als je

bijvoorbeeld een liter benzine verbrandt,

komt er 28 MJ energie vrij.

Ook ons lichaam heeft energie nodig. We

verwerken voedsel om arbeid te verrichten,

zoals lopen, spieren bewegen, groeien

en schade repareren. Een banaan bevat

ongeveer 180 kJ energie, en een reep chocola

ongeveer 1400 kJ. Op verpakkingen

van voedingsmiddelen staat meestal vermeld

hoeveel energie het voedsel bevat.

Als je een minuut hardloopt, verbruik je
















Tabel 2. Veelgebruikte eenheden van energie.

Voedsel bevat veel energie: deze drie paprika’s bevatten in totaal ongeveer 300 kilojoule

(72 kcal).

De ton aardolie-equivalent

Een andere eenheid die veel wordt gebruikt

om hoeveelheden energie in uit

te drukken is de ton aardolie-equivalent

(in het Engels ton of oil equivalent of

toe). Een toe is gelijk aan de gemiddelde

warmte-inhoud van 1 ton ruwe

aardolie, ofwel 41.868 megajoule. Deze

eenheid wordt vaak gebruikt in overzichten

waarin verschillende energiebronnen

voorkomen, zoals steenkool,

olie, aardgas, kernenergie, enzovoorts.

Grote getallen

In dit boekje gebruiken we de exponentiële

notatie om grote getallen op

te schrijven. Het idee is dat je het aantal

nullen in een getal telt, in plaats

van ze allemaal op te schrijven. Dus

5000 kun je schrijven als 5,0·10 3 .

Op die manier schrijf je 1.000.000

als 1,0·10 6 en 5.124.000.000 wordt

5,124·10 9 .

15


De paardenkracht

De paardenkracht wordt nog steeds

gebruikt om de sterkte van verbrandingsmotoren

uit te drukken. Eén

paardenkracht (1 pk) is gelijk aan

746 watt. Gek genoeg is dat ongeveer

50% meer dan wat een gemiddeld

paard gedurende een hele werkdag

aankan. Een snelle, moderne auto

heeft een vermogen van maar liefst

200 tot 300 pk!

Eenheden van vermogen

1 watt = 1 joule / seconde

1 kW = 1000 watt

1 pk (paardenkracht) = 746 watt

Met één

kilowattuur

kun je je

stereo-installatie

twintig

tot dertig uur

gebruiken.

16

ongeveer 150 kJ, en voor een minuut fi etsen

heb je 50 kJ nodig. Zelf als je slaapt

gebruik je nog 4 kJ per minuut. Dus met

één reep chocola kun je ongeveer tien

minuten hardlopen of zes uur slapen. In

tabel 1 vind je de voedingswaarde van een

groot aantal levensmiddelen.

Vermogen

Behalve energie komen we ook vaak het

begrip vermogen tegen. Vermogen is de

hoeveelheid energie die per tijdseenheid

wordt gebruikt of opgewekt. Vermogen

wordt daarom gemeten in joule per seconde

(J/s), ook wel watt (W) genoemd. Een

lamp van 100 watt gebruikt elke seconde

100 joule aan energie. Per minuut gebruikt

deze lamp dus 6.000 joule. Op de meeste

apparaten, zoals een tv of magnetron, staat

het vermogen vermeld. Een magnetron

verbruikt bijvoorbeeld 1.000 watt, en een

wekkerradio ongeveer 10 watt.

Hoeveel is dat, 1.000 watt, of 10 watt?

Laten we ons eigen lichaam als voorbeeld

nemen. Als je een trap oploopt,

heb je een bepaalde hoeveelheid vermogen

nodig. Stel dat Linda (50 kg) drie

trappen oprent en daarbij een hoogte

van ongeveer 10 meter overbrugt. Daarvoor

heeft ze 4.900 joule energie nodig

(50 kilogram x 9,8 joule per kilogram

per meter x 10 meter). Als ze dat in 20

© www.freeimages.co.uk

seconden doet, heeft ze in die 20 seconden

4.900/20= 245 watt verbruikt. Dat

is behoorlijk vermoeiend!

Een gezond mens kan met zijn handen

gedurende langere tijd maar 50 watt produceren

zonder moe te worden. Gebruik

je je voeten, bijvoorbeeld op de fi ets, dan

kun je gedurende lange tijd 75 tot 125

watt produceren. Dat betekent dat je tien

fi etsende mensen nodig hebt om het vermogen

van een magnetron te leveren! In

een sprint kan je lichaam wel 1.000 watt

produceren, maar dat hou je dan maar

ongeveer 30 seconden vol.

Energie en vermogen worden vaak door elkaar

gebruikt, maar ze betekenen iets totaal

anders. Vermogen is een maat voor hoe snel

er energie wordt verbruikt. Als je 10 joule

gebruikt gedurende 5 seconden, of 10 joule

gedurende 10 seconden, heb je in beide gevallen

evenveel energie verbruikt. Maar het

vermogen was in het eerste geval 10/5 = 2

watt, en in het tweede geval 10/10 = 1 watt.

In het tweede geval was de snelheid waarmee

de energie werd gebruikt dus lager.

Energie in huis

In huis gebruiken we energie in verschillende

vormen. De meest bekende is de

energie uit het stopcontact: elektriciteit.

Elektrische energie wordt geleverd door

een stroombron, zoals een batterij of

een generator. De meeste mensen kopen

elektriciteit bij een stroombedrijf, dat beschikt

over een aantal grote generatoren.

De energie die in die generatoren wordt

opgewekt wordt naar de huizen getransporteerd

via hoogspanningsleidingen. De

eenheid van energie die aan huishoudens

wordt verkocht is 1.000 watt gedurende 1

uur, ofwel de kilowattuur (kWh).

Hoeveel energie is 1 kWh? 1.000 watt

gedurende één uur is gelijk aan 1.000

joule per seconde x 3.600 seconden =

3.600.000 joule. Voor die energie betaal

je ongeveer 13 eurocent (de gemiddelde

prijs in de EU). Stel je voor dat je een eersteklas

atleet inhuurt om die energie voor


je op te wekken, bijvoorbeeld door op een

fi ets een dynamo aan te drijven. Een atleet

kan gedurende een paar uur 300 watt

produceren, dus hij of zij is drie uur hard

aan het werk om die ene kWh op te wekken!

En waarschijnlijk moet je wat meer

betalen dan 13 eurocent.

Behalve elektriciteit gebruiken we in ons

dagelijks leven ook energie in de vorm van

fossiele brandstoff en, zoals aardgas, olie,

en benzine. Olie en gas worden gebruikt

om op te koken, en om in de winter huizen

te verwarmen. We gebruiken benzine

om motoren en auto’s aan te drijven. Veel

landen hebben een ondergronds netwerk

van pijpleidingen om het aardgas te distribueren.

Ook is gas te koop in vaten van

verschillende afmetingen, bijvoorbeeld

voor op de camping. Tabel 3 maakt dui-








































































Tabel 3.

Energie-inhoud en kosten van verschillende vormen van energie in

Nederland, in het jaar 2002.

Tabel 4.

Energieverbruik van huishoudelijke apparatuur

(tabel gaat verder op de volgende pagina).

Wat kun je doen met 1 kilowattuur?

• Je eten gedurende één dag bewaren

in een energiezuinige koelkast

De Eiff eltoren 4 centimeter optillen

• 1 kubieke meter water met 1 graad

Celsius verwarmen

• Een gemiddelde elektrische auto

1,6 kilometer laten rijden

• Je stereo-installatie 20 tot 30 uur

laten spelen

• Een spaarlamp van 18 watt 55 uur

laten branden

17


De energierekening en de

elektriciteitsmeter

Op de energierekening staat hoeveel

kilowattuur elektriciteit en hoeveel

kubieke meter aardgas een huishouden

in een bepaalde periode heeft

gebruikt. Om te zien hoeveel elektrisch

vermogen je op een bepaald

moment gebruikt, kun je op de elektriciteitsmeter

kijken. Sommige elektriciteitsmeters

hebben een schijf die

je kunt zien ronddraaien. Hoe meer

vermogen wordt gebruikt, hoe sneller

de schijf ronddraait. Op een teller is

zichtbaar hoeveel kilowattuur in totaal

is verbruikt. Op dezelfde manier

kun je op de gasmeter afl ezen hoeveel

aardgas je gebruikt. Zo kun je meten

hoeveel energie je per uur, per dag, of

per maand gebruikt.

Verwarmen/

koelen (28%)

Soms gebruikt een klok (van 5 W) per maand meer energie

dan een elektrisch broodrooster (van 1.400 W). Dat komt

doordat de klok de hele maand aan staat, terwijl het broodrooster

steeds maar kort wordt gebruikt.

18

Ander gebruik (5%) Stand-by (6%)

Huishoudelijke apparatuur (24%)

delijk dat gas veel energie voor weinig geld

oplevert. Daarom is gas de eerste keus om

op te koken en het huis te verwarmen, als

het beschikbaar is.

Ten slotte kunnen we ook kleine hoeveelheden

draagbare energie kopen in

de vorm van batterijen. Die zijn wel het

duurst: een kleine batterij voor je horloge

lijkt goedkoop, maar de prijs per kWh is

ongeveer 900 euro!


Waterverwarming

Koken (9%)

Elektronische

apparatuur (6%)

Verlichting (12%)

Figuur 1. Het elektriciteitsverbruik van

huishoudens in Europa in 2002. Verwarming

en koeling vormen de grootste

fractie, terwijl verlichting slechts 12%

van het totaal uitmaakt. (bron: IEA).

Hoeveel energie gebruiken we?

Elke dag gebruiken we energie, maar hoeveel

precies? Dat hangt ervan af waar je

woont, hoe je leeft en wat je doet. Laten we

eens kijken hoeveel kilowattuur we in een

maand gebruiken. Op de meeste apparaten

zit een label waarop staat hoeveel vermo-























Tabel 4. Energieverbruik van huishoudelijke apparatuur

(vervolg van vorige pagina).


gen het apparaat nodig heeft. Een tv heeft

bijvoorbeeld zo’n 200 watt nodig, en een

broodrooster gebruikt ongeveer 1400 watt.

Als je wilt weten hoeveel energie je verbruikt,

moet je natuurlijk ook weten hoe

lang je een elektrisch apparaat gebruikt.

Een elektrische klok van 5 watt die de

hele maand aan staat, gebruikt 3,7 kWh

per maand, terwijl een broodrooster van

1.400 watt, die in totaal maar twee uur

per maand aan staat, minder dan 3 kWh

per maand gebruikt! Kleine apparaten,

die maar weinig vermogen nodig lijken

te hebben, kunnen dus ongemerkt toch

een heleboel elektriciteit gebruiken. De

lijst in tabel 4 laat zien hoeveel vermogen

verschillende huishoudelijke apparaten

nodig hebben, hoe lang ze gemiddeld

worden gebruikt, en hoeveel energie ze

per maand gebruiken.

Welke apparaten zijn de grootste energieverslinders?

In de tabel zien we dat koelkasten,

diepvriezers, airconditioners, centrale

verwarming en waterkokers veel energie

gebruiken. Met andere woorden: het zijn

precies de apparaten die iets te maken hebben

met koelen of verwarmen die in een

huishouden de meeste stroom verbruiken.

Figuur 1 laat zien hoe elektriciteit wordt

gebruikt in Europese huishoudens. Het

Stand-by

Veel elektrische apparaten staan nooit

helemaal uit, maar staan op stand-by.

In deze stand gebruiken ze nog steeds

energie: een gemiddeld huis gebruikt

ongeveer 100 watt aan vermogen

voor apparaten die stand-by staan.

Ook opladers voor mobiele telefoons

gebruiken energie als ze in het stopcontact

blijven zitten terwijl je ze niet

gebruikt. Je kunt het in je eigen huis

proberen: als alle elektrische apparatuur

‘uit’ staat, draait de meter dan

nog steeds?

precieze gebruik varieert van land tot

land. Het Europese gemiddelde elektriciteitsgebruik

van een gezin is 4.100 kWh

per jaar, oftewel 340 kWh per maand. Er

bestaat een eenvoudige manier om uit te

































































Tabel 5.

Elektriciteitsgebruik in huishoudens in verschillende Europese landen in

2002. Zweden en Finland gebruiken goedkope waterkracht, waarmee

ze ook hun huis verwarmen. België, Frankrijk en Zwitserland gebruiken

veel kernenergie. Het gemiddeld aantal personen in een Europees huishouden

bedraagt 2,6. (bron: Eurostat).

19


Figuur 2.

Het Europese gebruik van fi nale

energie in verschillende sectoren, in

het jaar 2002. De totale hoeveelheid

fi nale energie die werd verbruikt is

1080 Mtoe. Voor het verschil tussen

primaire en fi nale energie, zie hoofdstuk

1. (bron: Eurostat).

Tabel 6.

Het totale primaire energiegebruik

per jaar in verschillende delen van de

wereld, in 2002. (bron: IEA).




vinden hoeveel elektriciteit je precies gebruikt:

de elektriciteitsrekening! Daarop

staat precies hoeveel kWh elektriciteit in

een jaar of maand zijn gebruikt.

In tabel 5 staat het elektriciteitsverbruik

per persoon in alle Europese landen. Het

is duidelijk dat er grote verschillen zijn

tussen de verschillende landen. Daar zijn

een aantal redenen voor: in Zweden is
























20

Transport (31%)

Industrie (28%)

Elektriciteit in

huishoudens (6%)

Gas, benzine, etc., in

huishoudens, (20%)

Commerciële

diensten (15%)

bijvoorbeeld maar 1% van de bevolking

aangesloten op het landelijke gasnet. In

plaats van gas heeft Zweden veel goedkope

waterkracht. Daarom gebruiken Zweden

elektriciteit voor bijna alles, inclusief

het verwarmen van hun huis. Daarvoor is

veel elektrisch vermogen nodig.

Primair energiegebruik

Tot nu toe hebben we het alleen gehad

over de hoeveelheid elektriciteit die we

gebruiken. Maar we gebruiken natuurlijk

ook gas om op te koken en voor de

verwarming. Auto’s, treinen en vliegtuigen

gebruiken benzine of andere fossiele

brandstoff en. En fabrieken gebruiken

energie om hun producten of materialen

te maken. Laten we nu eens kijken hoeveel

energie een heel land gebruikt.

Elk land gebruikt zijn energiebronnen

op een andere manier, met verschillende

technologieën. Ook gaat dat niet overal

even effi ciënt. Het is dus moeilijk om het

ene land met het andere te vergelijken, en

de ene vorm van energie met de andere.

Toch kunnen we dat als volgt doen: we

drukken alle liters olie, kubieke meters


© European Community, 2005

aardgas, enzovoorts, uit in de hoeveelheid

energie die ze bevatten, en tellen dat bij

elkaar op. Als eenheid gebruiken we de

ton aardolie-equivalent (de toe, een afkorting

van het engelse ton of oil equivalent).

Eén toe is gelijk aan 41.868 megajoule.

Het is de gemiddelde energie-inhoud van

één ton ruwe olie (ongeveer 7,5 vaten).

Met primaire energie bedoelen we energie in

zijn meest ruwe vorm. Deze energie wordt

gedeeltelijk omgezet in elektriciteit, gedeeltelijk

in bijvoorbeeld benzine voor transport,

en gedeeltelijk direct worden gebruikt

in industriële processen. Laten we de cijfers

van de Europese Unie eens vergelijken met

die van andere delen in de wereld. Tabel 6

laat zien hoeveel primaire energie er wordt

gebruikt in verschillende delen van de wereld,

en hoeveel dat is per inwoner.

In de tabel zie je dat een gemiddelde inwoner

van Europa 3,7 ton aardolie-equivalent

per jaar gebruikt. Hoeveel is dat?

De energie-inhoud van 3,7 ton olie is ongeveer

1,5·10 11 joule. Als je alleen spierkracht

zou gebruiken, hoeveel mensen

heb je dan nodig om zo veel energie te

produceren? Een gemiddeld persoon kan

zonder te stoppen ongeveer 50 watt produceren,

wat overeenkomt met 1,58·10 9

joule per jaar (als hij of zij dag en nacht

doorwerkt, zeven dagen per week, het

hele jaar door). Dus je hebt bijna honderd

mensen nodig om de energie te produceren

die elk van ons gebruikt. Iedereen zou

honderd ‘energieslaven’ nodig hebben om

zijn of haar energie te produceren.

Hoe zit dat in de rest van de wereld? Het

energieverbruik verschilt enorm per regio.

Uit tabel 6 blijkt dat inwoners van de VS

meer dan tien keer zoveel energie gebruiken

als mensen in India en Afrika, en meer dan

twee keer zo veel als mensen in Europa.

Het is moeilijk om precies aan te geven

hoe al deze primaire energie wordt gebruikt,

omdat de primaire energie verschillende

veranderingen ondergaat voor

het fi nale energie wordt. Kolen die als primaire

energiebron worden geïmporteerd

worden gebruikt als elektriciteit, en geimporteerde

ruwe olie wordt geraffi neerd

en gebruikt als benzine. Maar we kunnen

wel een idee krijgen van het gebruik door

Kinderen in Benin, Afrika. Mensen in de VS gebruiken 13 keer zoveel

energie als mensen in Afrika.

Van primaire energie naar elektriciteit

Om elektriciteit te maken heb je

primaire energie nodig, zoals steenkool,

aardgas, wind of zonlicht. Fossiele

brandstoff en, die nog steeds het

grootse deel van de elektrische energie

opwekken, worden verbrand om

stoom te maken. De stoom wordt

gebruikt om een stoomturbine aan

te drijven, en de stoomturbine drijft

een elektrische generator aan. Niet

alle energie uit de primaire fossiele

brandstof wordt omgezet in elektrische

energie: een groot deel gaat verloren

in de vorm van warmte.

Het deel van de energie in de fossiele

brandstof dat wordt omgezet in

elektrische energie hangt sterk af van

de soort brandstof en de gebruikte

technologie. Gemiddeld wordt in een

centrale ongeveer 33% van de energie

in een fossiele brandstof omgezet

in elektrische energie. Het rendement

van de centrale is dus 33%. Dat betekent

dat je voor één joule elektrische

energie ongeveer drie joule aan fossiele

brandstof nodig hebt.

Hetzelfde geld voor zonne-energie.

Een gemiddeld commercieel verkrijgbaar

zonnepaneel zet ongeveer 15%

van de energie in het zonlicht om in

elektrische energie, de rest gaat verloren

als warmte. Dus een zonnepaneel

zet zonlicht om in elektriciteit met

een rendement van 15%.

21


te kijken naar hoeveel fi nale energie er in

verschillende sectoren – zoals transport,

industrie en huishoudens – wordt gebruikt.

Dat is te zien in fi guur 2.

Uit de fi guur zien we dat transport en industrie

elk ongeveer een derde van het totale

energiegebruik van een land uitmaken,

en dat de rest is verdeeld tussen huishoudens

en commerciële diensten. Fabrieken

hebben veel energie nodig om producten

te maken, en het transport van mensen,

producten, grondstoff en en andere zaken

kost ook veel energie. Verassend genoeg is

het elektriciteitsgebruik van huishoudens

maar 6% van het fi nale energiegebruik.

Zuinig met energie

Natuurlijk is het slim om zuinig met

energie om te gaan. Als je weinig energie

Tabel 7.

De energie-inhoud van enkele veelgebruikte

constructiematerialen. (bron:

CSIRO, Australië).

























22

gebruikt, hoef je minder te betalen, en

wordt ook het milieu minder belast. Als

we dezelfde energiediensten willen bereiken

met minder energie, moeten we de

energie effi ciënter gebruiken. Uiteraard

kun je de grootste besparingen halen op

plekken waar het meeste gebruikt wordt,

dus bij verwarmen, koelen en transport.

Een goede isolatie van je huis is niet duur,

en bespaart behoorlijk wat energie voor

de verwarming (en eventueel de airco in

de zomer). Als je de koelkast open doet

stroomt er veel koude lucht naar buiten,

en het is daarom verstandig om de koelkast

zo veel mogelijk dicht te houden.

Ook kun je de verwarming en de airco ‘s

nachts wat lager zetten. Over het algemeen

gebruiken nieuwe apparaten minder energie

dan oudere, ook al doen ze hetzelfde.

Oude koelkasten gebruiken soms wel drie

keer zoveel energie als nieuwe.

Gloeilampen zetten slechts ongeveer 5%

van hun energie om in licht, de rest wordt

omgezet in warmte. Een gloeilamp is in

feite een klein kacheltje, dat ook nog wat

licht geeft. TL-lampen doen het in dat opzicht

veel beter: vergeleken met gloeilampen

zetten ze 4 tot 6 keer meer energie om

in licht, afhankelijk van het type. Dus als je

tl-lampen (ook wel spaarlampen genoemd)

gebruikt, heb je vijf keer zo weinig energie

nodig voor dezelfde hoeveelheid licht. En

ze gaan nog langer mee ook.

Ook vliegen kost veel energie. De hoeveelheid

energie die nodig is om één persoon

op en neer naar New York te laten

vliegen, is evenveel als de elektriciteit die

een huishouden in een heel jaar gebruikt.

Bovendien zijn de uitlaatgassen van vliegtuigen

erg slecht voor het milieu.

Tegenwoordig proberen veel fabrieken over

te schakelen op productiemethoden die

minder energie gebruiken. Slimme productieprocessen

hergebruiken de warmte die

vroeger door de schoorsteen naar buiten

vloog. Van biologisch afval kun je biogas

maken, dat vervolgens weer gebruikt kan

worden als brandstof. Door goed na te den-

Manhattan bij nacht. (New York, VS)

ken over productieprocessen, kan een fabriek

soms wel tot 30% energie besparen.

Op het moment schat men dat apparaten

die in stand-by mode staan, 6% van

alle elektriciteit in Europese huishoudens

gebruikt. De Europese Unie probeert nu

een verplicht maximum aan dit stand-by

energiegebruik te stellen van 1 watt voor

alle elektronische apparatuur.

Energiegebruik in de industrie

Voor elk materiaal dat kunstmatig wordt

gemaakt, is een bepaalde hoeveelheid

energie nodig. Dit noemen we de ingesloten

energie. Bovendien worden sommige

materialen, zoals plastic, gemaakt van

olieproducten. In tabel 7 staat de ingesloten

energie (in megajoule per kilogram)

van een aantal veelgebruikte constructiematerialen.

Vooral voor aluminium

en PVC (gebruikt voor plastic buizen) is

erg veel energie nodig. Beton, stenen en

© Matt Bridger / DHD photo gallery


timmerhout hebben de laagste ingesloten

energie. Een gemiddeld huis bevat

al gauw 900.000 megajoule aan ingesloten

energie, wat gelijk staat aan 250,000

kWh. Dat is evenveel als zestig jaar elektriciteitsgebruik

van een gemiddeld Europees

huishouden!

Sommige takken van de industrie verbruiken

meer energie dan andere, en er

zijn vijf sectoren die de grootste verbruikers

zijn. De eerste is de energiesector zelf:

elektriciteitscentrales, olieraffi naderijen,

en bijvoorbeeld kolentransport hebben

grote hoeveelheden energie nodig om de

ruwe vormen van energie als kolen en olie

te winnen, te transporteren, en om te zetten

in energievormen die de consument

wil. De metaalindustrie gebruikt energie

om staal, koper en aluminium te maken

uit erts of schroot. Vooral de productie

van aluminium uit erts verbruikt veel

energie, en daarom staan aluminiumfa-

De industrie gebruikt veel energie.

brieken vaak in de buurt van een goedkope

bron van elektriciteit, zoals een grote

waterkrachtcentrale.

De chemische industrie heeft energie nodig

om basischemicaliën te maken die

elders in de industrie worden gebruikt,

plastics en synthetische vezels als nylon,

en producten als medicijnen, cosmetica

en kunstmest. De productie van papier

uit houtpulp of andere vezels vraagt veel

energie voor verhitten en drogen. En tenslotte

hebben niet-metalen zoals cement,

glas en bakstenen energie nodig omdat ze

in speciale ovens worden gemaakt.

Over het algemeen gebruikt de industrie

in een land een groot deel van de totale

energie. In Europa gebruikt de industrie

28% van alle fi nale energie, zoals te zien

in fi guur 2.

23


Figuur 3.

De bronnen van primaire energie in

het jaar 2002, wereldwijd. De totale

hoeveelheid energie die werd gebruikt

is 10,230 Mtoe. De categorie ‘anders’

bevat geothermisch, zonne- en windenergie,

etc. (bron: IEA)

Kolen (23,5%)

Olie (34,9%)

24

4 De bronnen van energie

Er zijn veel verschillende energiebronnen.

We gebruiken fossiele brandstoff en als

steenkool, olie en aardgas, we gebruiken

de kracht van de wind en het licht van de

zon, we bouwen kernreactoren en grote

waterkrachtcentrales. Onderzoekers proberen

energie te maken met behulp van

kernfusie: de energiebron die ook de zon

van energie voorziet.

In 2002 gebruikte de wereld 10,230 miljoen

ton aardolie-equivalent (toe). Deze

enorme hoeveelheid energie wordt geleverd

door veel verschillende energiebronnen,

zoals te zien in fi guur 3. In dit hoofdstuk

nemen we al deze verschillende energiebronnen

één voor één onder de loep.

Energie uit fossiele brandstoff en

Steenkool, olie en aardgas leveren meer

dan 80% van de wereldwijde energie. Ze

heten fossiele brandstoff en omdat ze gevormd

zijn uit prehistorische planten en

beestjes die 300 miljoen jaar geleden op

aarde leefden. Deze levende organismen

gingen dood, en werden bedolven onder

dikke lagen zand en modder. Gedurende

miljoenen jaren werden de plantaardige

Anders (0,5%) Biomassa

en afval (10,9%)

Waterkracht (2,2%)

Kernsplijting

(6,8%)

Gas

(21,2%)

en dierlijke resten onderworpen aan hoge

druk en hoge temperaturen, waardoor

ze langzaam veranderden in de fossiele

brandstoff en die we vandaag de dag gebruiken.

Verschillende typen brandstof –

zoals olie, gas en kolen – werden gevormd

afhankelijk van wat voor soort materiaal

begraven werd, en welke temperatuur en

druk het materiaal onderging.

Olie

Olie houdt een land in beweging. Bijna

de hele transportvloot – auto’s, vrachtwagens,

dieseltreinen en vliegtuigen

– wordt aangedreven door brandstoff en

die gemaakt zijn van olie. De olie die uit

de grond komt (‘ruwe’ olie), is een zeer

complex materiaal, en tijdens het raffi -

nageproces worden er ongeveer 30 verschillende

soorten brandstof uit gewonnen,

zoals benzine, kerosine, diesel, etc.).

Smeermiddelen die gemaakt zijn van olie

houden de machines in fabrieken draaiende.

Bijproducten van olie-raffi nage

worden gebruikt voor kunstmest, om

meer voedsel te kunnen verbouwen.

Olie en aardgas ontstaan uit zee-organismen

die worden bedolven onder oceaansediment

wanneer ze naar de bodem van de

zee zinken. Diep onder de grond bestaat

olie uit kleine druppeltjes die in de open

ruimtes (poriën) in het gesteente zitten.

De poriën en de oliedruppeltjes zijn alleen

zichtbaar onder een microscoop. De olie

zelf bestaat uit koolwaterstoff en: lange

ketens van koolstofatomen, waaraan

waterstofatomen vastzitten.

Aardgas

Aardgas bestaat voor het grootste

deel uit methaan (CH 4 ), een gas

dat bestaat uit één koolstofatoom

en vier waterstofatomen. Methaan

is uiterst brandbaar, en verbrandt onder

de juiste omstandigheden vrijwel

volledig. Daardoor levert de verbranding

geen as op, en weinig vervuilende

stoff en zoals zwaveldioxide en stikstofoxides.

Aardgas is kleurloos en in pure vorm

ook geurloos.


Tegenwoordig levert aardgas een vijfde van

alle energie in de wereld. Het is vooral belangrijk

in huizen, waar het bijna de helft

van de energie levert die we gebruiken

voor de centrale verwarming, om water te

verwarmen en om op te koken. Omdat

aardgas van nature geen geur heeft, voegen

de energiebedrijven een chemische

stof toe die je wel kunt ruiken. De geur

maakt het gemakkelijker om een gaslek in

huis op te sporen.

Een zogenaamde ‘jaknikker’, die olie

uit de grond pompt.

Een voordeel van gas is dat je het eenvoudig

door een buis van de ene plaats naar

de andere kunt transporteren. Bovendien

heeft het een schone en effi ciënte verbranding.

Elektriciteitscentrales gebruiken gas

om elektriciteit te maken, en in fabrieken

wordt het gebruikt als brandstof en als

ingrediënt voor een groot aantal chemicaliën,

zoals kunstmest.

Steenkool

Steenkool komt van alle fossiele brandstoffen

het meeste voor, en heeft ook de lang-

ste geschiedenis. Het wordt eigenlijk al

sinds het begin van de mensheid gebruikt

voor verwarming, tegenwoordig wordt

het vooral gebruikt om elektriciteit op te

wekken. Steenkool is ontstaan uit de dode

overblijfselen van bomen, varens, en andere

planten die driehonderd tot vierhonderd

miljoen jaar gelden op aarde groeiden.

Er bestaan verschillende soorten steenkool

die elk verschillende eigenschappen

hebben. Het zeer harde antraciet produ-

ceert veel warmte, maar weinig vlammen

en rook. Over het algemeen geldt dat hoe

harder de steenkool, hoe meer energie het

bevat, tot wel 31 MJ per kilogram. Ketelkool,

dat voornamelijk wordt gebruikt

in elektriciteitscentrales, heeft een lagere

energie-inhoud van 25 MJ per kilogram.

Sommige landen gebruiken ook bruinkool,

dat nog minder energie bevat.

Steenkool wordt in elektriciteitscentrales

verbrand om elektriciteit te produceren.

Als de elektriciteit die een gemiddeld Eu-

Elke dag gebruiken we wereldwijd 84 miljoen vaten olie.

25

© Mark Tiele Westra


Figuur 4.

Elektriciteitsproductie door verschillende

bronnen in het jaar 2002,

wereldwijd. De totale hoeveelheid

elektriciteit die werd opgewekt was

15.476 TWh. De categorie ‘anders’

bevat geothermisch, zonne- en windenergie,

biomassa en afval, etc. (bron:

IEA).

Olie (7%)

Kolen (39%)

26

Gas (19%)

ropees huishouden gebruikt (4.100 kWh

per jaar) alleen met kolen zou worden opgewekt,

zou elke familie 1.800 kg kolen

per jaar gebruiken. Ook al zie je nooit

steenkool, je gebruikt het iedere dag!

Wat doen we met fossiele

brandstoff en?

We gebruiken steenkool, olie en aardgas

voornamelijk voor vervoer, verwarmen

van ruimtes, en het opwekken van elektriciteit.

Olie wordt vooral gebruikt voor

het maken van transportbrandstoff en,

gas wordt vooral voor verwarming van

gebouwen gebruikt en voor elektriciteitsproductie,

en de meeste kolen worden

ook gebruikt om elektriciteit te maken,

zoals te zien in fi guur 4.

Elk jaar gebruiken we wereldwijd een hoeveelheid

fossiele brandstoff en die de natuur

een miljoen jaar heeft gekost om te maken.

De voorraden kolen zijn groot genoeg om

onze vraag nog zeker tweehonderd jaar te

dekken. Maar er kleven een aantal problemen

aan het verbranden van fossiele

brandstoff en. Op de eerste plaats komen

er bij de verbranding veel vervuilende stof-

Anders (2%)

Kernsplijting

(17%)

Waterkracht

(16%)

Hoe maak je elektriciteit?

Met uitzondering van zonnecellen en

brandstofcellen, die verderop aan bod

komen, wordt alle elektriciteit gemaakt

met een elektrische generator. In een

elektrische generator draait een spoel in

een magnetisch veld. Het veranderende

magnetisch veld drijft een elektrische

stroom door de spoel en door een extern

circuit, waar de stroom iets nuttigs

kan doen, zoals een lamp laten branden.

Er zijn veel verschillende manieren

om de generator te laten draaien, zoals

stoomturbines, gasturbines, windturbines,

of waterkracht.

Bij een stoomturbine wordt een

warmtebron – bijvoorbeeld een fossiele

brandstof, of de warmte uit

kernreacties – gebruikt om stoom te

maken. De stoom wordt dan door

een stoomturbine geleid, die aan een

elektrische generator vastzit. De generator

produceert dan elektriciteit,

zoals te zien in fi guur 5.

Een gasturbine werkt op een vergelijkbare

manier: gas wordt ontstoken

en gaat branden, en de expanderende

rookgassen worden gebruikt om een

turbine aan te drijven, die weer gekoppeld

is aan een elektrische generator.

Soms wordt de warmte van het brandende

gas gebruikt om stoom te maken,

die een stoomturbine aandrijft.

Dit proces wordt gecombineerde cyclus

genoemd, en is erg effi ciënt. Wordt

ook de restwarmte van de stoomturbine

opnieuw gebruikt, bijvoorbeeld

voor een fabriek, of voor het verwarmen

van huizen, dan spreken we van

een warmtekrachtcentrale.

Bij een windturbine drijven de draaiende

wieken een elektrische generator

aan, en bij een waterkrachtcentrale

laat snel stromend water een schoepenrad

draaien, die op zijn beurt een


elektrische generator aandrijft. In dit

hoofdstuk nemen we al deze manieren

om elektriciteit op te wekken onder de

loep.

Het door elektriciteitscentrales opgewekte

vermogen wordt verspreid

door het elektriciteitsnetwerk, een

groot landelijk netwerk van kabels.

Het is belangrijk om te beseff en dat

de elektriciteit niet wordt opgeslagen

in het netwerk: elk klein beetje

elektrisch vermogen dat je op een

gegeven moment gebruikt is een

fractie van een seconde eerder opgewekt

in een centrale. Dat betekent

Kolen

Gas

Olie

Schoorsteen

Ketelhuis

dat zodra je het licht aandoet in

een kamer, er ergens een elektriciteitscentrale

een beetje harder moet

gaan draaien, en dus iets meer kolen

of gas verbruikt.

De meeste landen hebben een aantal

grote elektriciteitscentrales, die

elk 500 tot 1.000 MW elektriciteit

opwekken. De meeste centrales gebruiken

kolen of gas, of kernsplijting.

Kleinere generatoren gebruiken diesel,

wat gemaakt wordt uit olie. Deze

gemakkelijke transporteerbare dieselgeneratoren

zijn er in alle maten: van

1 kW tot 10 MW.

Figuur 5.

Een elektriciteitscentrale die gebruik maakt van fossiele brandstoff en:

steenkool, aardolie of aardgas. Het vuur in de ketel verhit het water

tot stoom, dat vervolgens door een stoomturbine stroomt. De stoomturbine

drijft een elektrische generator aan. De elektriciteit wordt

gedistribueerd via een elektriciteitsnetwerk.

Stoomturbine

Koelwater

Elektrische

generator

Bij de overgang van primaire energie,

zoals steenkool of aardolie, naar de uiteindelijke

energiedienst, zoals verlichting

of warm water, gaat veel energie

verloren. Wanneer elektriciteit wordt

opgewekt in een kolencentrale wordt

maar zo’n 33% van de energie in de

kolen omgezet in elektriciteit, de rest

gaat verloren als warmte. Tijdens de

distributie met hoogspanningsmasten

gaat nog eens 10% verloren. Ten

slotte wordt de elektriciteit gebruikt

voor een energiedienst, waarbij weer

een deel verloren gaat. De fi guur op

de volgende pagina laat zien hoe dat

gaat bij een gewone gloeilamp.

27

Distributienetwerk


100 J

Brandstofinvoer

fen in de lucht terecht, zoals zwaveldioxide

(SO 2 ), stikstofoxides (NO x ) en fi jn stof.

Op de tweede plaats wordt er kooldioxide

(CO 2 ) gevormd – fossiele brandstoff en

bestaan immers voor het grootste deel uit

koolstof. Dit CO 2 vormt een deken rond

de aarde, en versterkt daarmee het zogenaamde

broeikaseff ect. In het volgende

hoofdstuk zullen we zien welke problemen

dat met zich meebrengt.

Een derde probleem is dat fossiele brandstoff

en niet gelijkmatig over de aarde zijn

verspreid. Ongeveer 80% van alle oliereserves

liggen in het Midden-Oosten, en

over zo’n 30 jaar zullen de meeste Europese

gasreserves leeg zijn. Veel landen willen

minder afhankelijk worden van buitenlandse

bronnen van energie.

Kernsplijting

Tot nu toe hebben we het gehad over fossiele

brandstoff en. Het verbranden van

kolen, olie en gas is een chemische reactie

waarbij de atomen in de brandstof samen

met zuurstof uit de lucht nieuwe moleculen

vormen. De atomen vormen nieuwe,

stabielere combinaties, en daar komt energie

bij vrij. Zo’n herordening is ook mogelijk

tussen de elementaire deeltjes –protonen

en neutronen – in de kern van atomen.

65 J

Warmte (in centrale)

3,5 J

Distributieverlies

30 J

Warmte (lamp)

Bijna alle vormen van transport zijn

afhankelijk van olie.

Figuur 6.

Energieverliezen van de bron tot het eindgebruik in een gloeilamp. Van de oorspronkelijke 100 joule gaat 65 joule verloren als

restwarmte in de elektriciteitscentrale. Tijdens de distributie in het elektriciteitsnetwerk gaat nog eens 3,5 joule verloren. In

de gloeilamp wordt slechts 5% van de energie, oftewel 1,5 joule, omgezet in zichtbaar licht. De lamp produceert 30 joule aan

warmte. Fluorescerende lampen (tl-lampen, spaarlampen) doen het in dit opzicht veel beter: in plaats van 1,5 joule, zetten ze 8

(van de 100) joule om in licht.

28

1,5 J

Licht


Omdat de krachten in een atoomkern veel

sterker zijn dan de chemische krachten

tussen atomen onderling, is de energie die

bij zo’n atoomreactie vrijkomt miljoenen

malen groter dan bij een chemische reactie.

Uit een kilo atoombrandstof komt

dus ook miljoenen malen meer energie vrij

dan uit een kilo chemische brandstof zoals

kolen, zodat een elektriciteitscentrale die

dit principe gebruikt slechts heel weinig

brandstof nodig heeft.

Er zijn twee soorten kernreacties waarbij

energie kan vrijkomen: het splijten van

hele zware atoomkernen zoals uranium

– het proces dat wordt gebruikt in kernreactoren

– en het samensmelten van hele

lichte atoomkernen, zoals waterstof. Dit

laatste gebeurt in de zon en in sterren, en

in de toekomst ook in fusiereactoren.

Natuurlijk uranium bestaat uit twee soorten:

uranium-235 (U-235) en uranium-

238 (U-238), waarbij het getal staat voor

het totale aantal protonen en neutronen

in de kern. U-238 heeft drie extra neutronen

in de kern en is stabiel, terwijl U-235

onstabiel is en daardoor radioactief. Zo

nu en dan valt een U-235 kern spontaan

uit elkaar in brokstukken, waarbij het ook

nog twee of drie losse neutronen uitzendt.

Als zo’n neutron wordt geabsorbeerd

door een andere U-235 kern, valt ook

die spontaan uit elkaar, waarbij opnieuw

twee of drie neutronen vrijkomen. Als er

genoeg U-235 aanwezig is in een kleine

ruimte, komt een kettingreactie op gang

waarbij heel veel energie vrijkomt.

Kernsplijting wordt al veel toegepast. Op

dit moment produceren kerncentrales

17% van alle elektriciteit wereldwijd. De

brandstof die nodig is voor kernsplijting,

uranium, wordt in mijnen gewonnen in

de vorm van uraniumerts. Uraniumerts

bestaat vooral uit het stabiele U-238, en

het moet worden ‘opgewerkt’ voordat het

genoeg U-235 bevat. Een klein beetje

uranium bevat enorm veel energie: een

stukje zo groot als een golfbal kan evenveel

elektriciteit produceren als twintig

treinwagons vol met steenkool. En dat

zonder zure regen, kooldioxide of andere

luchtvervuilende stoff en te produceren.

Eén van de problemen van kernsplijting

is dat de eindproducten van een

splijtingsreactie zelf ook radioactief zijn.

Deze afvalstoff en moeten heel behoedzaam

worden behandeld, en worden opgeslagen

op een plek waar ze gedurende

lange tijd (soms wel tienduizenden jaren)

De kerncentrale in Borssele (Nederland).

© Stichting Borssele 2004+

Einstein en kernenergie

Einstein ontdekte dat massa kan worden

omgezet in energie, en andersom.

Hij drukte dit uit in zijn beroemde

formule E=mc 2 , waarbij E staat voor

energie, de m voor massa en c voor de

lichtsnelheid. De formule beschrijft

hoeveel energie je krijgt als je een massa

m omzet in energie. De lichtsnelheid

is een groot getal: 299.972.458

meter per seconde. Het kwadraat

daarvan is een heel groot getal. Als je

500 kilogram massa om zou zetten in

energie, krijg je 4,5·10 19 joule. Dat

is genoeg om de hele wereld een jaar

van elektriciteit te voorzien. Dat is de

kracht van kernenergie.

Maar helaas is het niet mogelijk om

een massa geheel in energie om te zetten.

Bij een typische kernreactie wordt

maar een klein percentage van de

massa van de atoomkern omgezet in

energie. In de zon smelten vier waterstofkernen

samen om uiteindelijk één

heliumkern te vormen. De heliumkern

is 0,7% lichter dan de vier waterstofkernen;

de ontbrekende massa is in

energie omgezet.

29


© Stichting Borssele 2004+

Het vervangen van een brandstofstaaf

in het centrale deel van de reactor.

Kern

Regelstaven

Brandstofstaven

30

niet met het milieu in aanraking kunnen

komen. Over het algemeen worden stabiele

geologische formaties, zoals ondergrondse

zoutgrotten, beschouwd als veilige

opslagplaatsen. Een ander probleem

is dat je met de grondstoff en voor kernenergie,

zoals uranium, ook kernwapens

kunt maken.

Moderne kernreactoren zijn zeer goed beveiligd

tegen ongelukken als het weglekken

van radioactief materiaal of het uit de

hand lopen van de reactie, bijvoorbeeld

door het gebruik van zeer sterke veiligheidsbarrières.

De centrales gebruiken

meerdere onafhankelijke veiligheidssystemen,

wat betekend dat zelfs als er een

component stuk gaat, de veiligheid van

het hele systeem niet veranderd.

Na een tijdelijke stop in de bouw van

nieuwe kerncentrales, overwegen veel landen

nu weer om nieuwe kerncentrales te

Warmtewisselaar

Veiligheidsbarriëre

Stoomturbine

Koelwater

Elektrische

generator

bouwen. Ondanks het soms problematische

imago van kernenergie, is het op dit

moment, samen met waterkracht, de enige

grootschalige energiebron waarbij geen

CO 2 vrijkomt. Kernenergie is één van

onze belangrijkste energiebronnen.

Het is dus zeker de moeite waard om

te proberen de problemen met veiligheid

en kernafval op te lossen, en de

energie uit kernsplijting zo goed mogelijk

te gebruiken.

Kernfusie

Kernfusie is het proces waarbij twee atomen

samensmelten. Daarbij komt een

enorme hoeveelheid energie vrij. Kernfusie

is de energiebron van de zon en de sterren,

en is daarom de meest voorkomende

energiebron in het heelal. In de zon fuseert

600 miljoen ton van het lichtste element,

waterstof, tot helium. Bij het fusieproces

komen geen broeikasgassen vrij.

Distributienetwerk


Mantel

In zekere zin komt bijna alle energie die

wij gebruiken uit kernfusie. Fossiele brandstoff

en waren immers ooit planten, die

groeiden met behulp van zonlicht. Wind

wordt veroorzaakt door temperatuurverschillen

in de atmosfeer, die ontstaan door

de zon. Energie uit waterkracht is alleen

mogelijk doordat water verdampt onder

invloed van zonnewarmte. En de energiebron

van de zon is kernfusie.

Om de energie uit kernfusie ook direct

op aarde te kunnen gebruiken, onderzoeken

wetenschappers hoe je een fusiereactor

kunt bouwen. Zo’n reactor bestaat uit

Plasma Koude

koelvloeistof

Figuur 7 (links).

Het principe van een kerncentrale.

Brandstofstaven van uranium worden

in het centrale deel van de reactor

geplaatst. De staven worden heet

door kernreacties, en staan via een

warmtewisselaar hun warmte af aan

water, zodat stoom wordt gevormd.

De stoom drijft een stoomturbine

aan die elektriciteit genereert. Het

centrale deel van de reactor wordt om

veiligheidsredenen omringd door een

dikke muur van beton.

Hete

koelvloeistof

een autoband-vormig vat (ook wel torus

genoemd, zie fi guur 8), waarin een gas

wordt verwarmd tot de ongelofelijk hoge

temperatuur van 150 miljoen graden, tien

maal zo heet als het binnenste van de zon.

Bij die hoge temperatuur smelten de atomen

samen. De warmte die vrijkomt bij

het fusieproces wordt gebruikt om stoom

te maken, en de stoom drijft een stoom-

Een fusieplasma.

© EFDA - JET

Magneten

Figuur 8.

Het principe van een kernfusiecentrale.

In het plasma smelten deuterium

en tritium samen, waarbij veel

warmte vrijkomt. Het plasma wordt

met behulp van een sterk magneetveld

– gemaakt door D-vormige

magneten – in een autoband-vormig

vat opgesloten. In de wand van het

vat circuleert een koelvloeistof, die de

geproduceerde warmte afvoert, en er

stoom van maakt. De stoom drijft een

stoomturbine aan.

31


© EFDA - JET

turbine aan. De verwachting is dat een toekomstige

fusiereactor ongeveer 1.000 MW

elektriciteit zal produceren, net zoveel als

een grote moderne elektriciteitscentrale.

De brandstoff en die op aarde voor kernfusie

gebruikt gaan worden zijn deuterium

en tritium, twee zogenaamde isotopen

van waterstof. Deuterium (zware

waterstof) heeft een extra neutron in de

kern, en is aanwezig in gewoon zeewater:

iedere kubieke meter zeewater bevat 33

gram deuterium. Tritium, wat twee extra

neutronen heeft, is een radioactieve stof

met een halfwaardetijd van 12,3 jaar, zodat

het niet in de natuur voorkomt. Het

wordt binnen de fusiereactor gemaakt uit

lithium, een veel voorkomend metaal. In

het fusieproces smelten één deuteriumkern

en één tritium-kern samen tot een

helium-kern en een los neutron.

In fusiebrandstof zit heel veel energie: het

deuterium in een liter zeewater, samen

De binnenkant van de torus in een fusieractor. De torus op de foto is een

onderdeel van het fusie-experiment JET (Joint European Torus), vlakbij

Oxford in Engeland. Aan de persoon kun je zien wat de afmetingen zijn.

32

met een even grote hoeveelheid tritium,

bevat evenveel energie als 340 liter benzine.

Een typische fusiecentrale van 1.000

MW zou elk jaar slechts 250 kg brandstof

nodig hebben. En er zit genoeg deuterium

in de wereldzeeën om de ons miljoenen

jaren van energie te voorzien.

Maar: het is niet eenvoudig om een zon

op aarde te maken. Als je een gas heel

heet maakt laten de elektronen los van de

atoomkernen, om samen een gas van geladen

deeltjes te vormen dat plasma wordt

genoemd. Omdat de wand van het plasmavat

veel kouder is, mag het plasma de

wand niet raken, omdat het plasma anders

te veel zou afkoelen. Daarom wordt het

plasma op zijn plek gehouden met sterke

magneetvelden. Op dit moment wordt er

wereldwijd onderzoek gedaan naar kernfusie,

en het is de verwachting dat fusie

in de tweede helft van deze eeuw fl ink

kan gaan bijdragen aan de energievoorziening.

Het volgende grote wetenschappelijk

fusie-experiment, ITER, zal naar

verwachting rond 2015 in bedrijf worden

genomen. ITER, die bij het Zuid-Franse

Cadarache gebouwd zal worden, moet

aantonen dat fusie technisch en wetenschappelijk

mogelijk is.

Hoewel het fusieproces zelf geen afval

oplevert, wordt de binnenkant van het

reactorvat wel radioactief door de neutronen

die bij het fusieproces vrijkomen.

Aan het eind van de levensduur moeten

die onderdelen ongeveer 50-100 jaar worden

opgeslagen, waarna het materiaal kan

worden hergebruikt of als gewoon afval

opgeslagen. Als de goede bouwmaterialen

worden gekozen, maken fusiecentrales

dus geen langlevend radioactief afval.

Waterkracht

Voor elektriciteit uit waterkracht gebruikt

men de energie van vallend water om een

elektriciteitsgenerator aan te drijven. In

bergachtige landen, zoals Nepal, levert

een smal stroompje soms genoeg energie

voor een of twee huishoudens. Deze

waterkrachtsystemen leveren soms maar


Duurzame energiebronnen

Onder een duurzame energiebron

wordt meestal een bron verstaan die

zijn energie continu opnieuw aanvult,

en daardoor nooit opraakt, bijvoorbeeld

zon, wind en waterkracht.

Biomassa, zoals bomen en planten,

is een duurzame energiebron als de

vegetatie de kans krijgt om steeds

opnieuw aan te groeien. Energie uit

aardwarmte noemen we ook duurzaam,

omdat er zoveel voorhanden

is dat het nooit op zal raken zo lang

er mensen op aarde leven. Het zelfde

geld voor fusie-energie: daarvoor is

genoeg brandstof beschikbaar om de

mensheid miljoenen jaren van energie

te voorzien.

Sommige duurzame bronnen, zoals

de zon en de wind, zijn bijna overal

Reservoir

Inname

Dam

beschikbaar, hoewel de beschikbare

hoeveelheid afhangt van de locatie.

Duurzame energie wordt vaak door

kleine eenheden opgewekt, zoals zonnepanelen

of windmolens. Dat maakt

het mogelijk om de elektriciteit vlak

bij de plek waar het wordt gebruikt

op te wekken, wat wel gedecentrali-

Turbine

Generator

seerde of gedistribueerde opwekking

van elektriciteit wordt genoemd. Dat

staat tegenover gecentraliseerde elektriciteitsopwekking,

waarbij grote centrales

elektriciteit opwekken die met

een distributienetwerk wordt naar de

gebruiker wordt gebracht.

Rivier

© PIX DOE/NREL

Energie uit

waterkracht:

water uit het

stuwmeer

achter de dam

stroomt door

waterturbines.

Figuur 9.

Het principe van een waterkrachtcentrale.

Het water in een reservoir stroomt langs

een turbine, die elektriciteit opwekt.

Distributienetwerk

33


100 watt, en hebben geen dam of opslagreservoir

nodig. Ze worden voornamelijk

gebruikt op het platteland, waar de locale

energiebehoefte vaak niet erg groot is.

Een andere optie is om een stuwdam te

bouwen, die het water tegenhoudt en zo

een kunstmatig meer vormt. Het water

stroomt door gaten in de dam naar beneden,

en drijft tijdens het vallen een aantal

grote turbines aan (zie fi guur 9). Dit soort

systemen is vaak groot genoeg om een aantal

grote steden van elektriciteit te voorzien.

De grootste stuwdam ter wereld is de

Itapu-dam op de grens tussen Brazilië en

Paraguay, vlakbij de grens met Argentinië.

Deze dam, die sinds 1984 in bedrijf is, genereert

9.000 MW elektriciteit.

Hoewel kleine waterkrachtsystemen niet

veel invloed hebben op het milieu, zijn

grote stuwdammen met een meer erachter

niet zo onschuldig als ze eruit zien. Wanneer

er een nieuwe dam gebouwd wordt in

een gebied waar mensen wonen, moeten

vaak veel mensen hun huis verlaten omdat

hun huizen in het stuwmeer verdwijnen.

In China moeten bijna twee miljoen mensen

verhuizen voor de bouw van de Drie

Kloven Dam in de rivier de Yangtze. In totaal

zijn in de vorige eeuw tussen de 40 en

Figuur 10.

Energie uit golven: een op en neer bewegende waterkolom perst

lucht door een smalle opening naar buiten. De samengeperste

lucht drijft een turbine aan.

34

Dalende

waterkolom

Golftop

Steigende

waterkolom

80 miljoen mensen verplaatst in verband

met waterkrachtprojecten.

Bovendien verstoren grote stuwdammen

het milieu in het overstroomde gebied, en

komt er vaak veel methaan vrij door rottende

planten in het meer. Methaan is een

krachtig broeikasgas, en draagt daarom

bij aan de opwarming van de aarde.

Wanneer er in een rivier een dam geplaatst

wordt, verandert de oorspronkelijke rivierstroming

drastisch. Dat kan grote gevolgen

hebben voor het gebied stroomafwaarts

van de dam. Ongeveer 60% van de

rivieren op aarde is beïnvloed door stuwdammen.

Zoetwatervissen die normaal

gesproken in de loop van een jaar de rivier

op en af zwemmen, stuiten plotseling op

een dam. Men schat dat éénvijfde van de

zoetwaterdieren en –planten in grote mate

wordt beïnvloed door stuwdammen.

Op dit moment wordt ongeveer 16% van

de elektriciteit op aarde opgewekt met

behulp van waterkracht, voornamelijk

in grote waterkrachtcentrales. Zo langzamerhand

zijn veel van de geschikte locaties

al in gebruik, zodat deze energiebron

in de toekomst niet meer veel kan uitbreiden.

Om te voldoen aan onze groeiende

energiehonger zullen we andere bronnen

moeten aanboren.

Energie uit de oceaan: golven en

getijden

Op een aantal plaatsen op aarde is het

hoogteverschil tussen eb en vloed van

de zee groot genoeg om een elektriciteitscentrale

aan te drijven. Het water

wordt bij hoogwater opgespaard achter

een dam. Bij laagwater stroomt het weer

naar buiten door een aantal generatoren,

die elektriciteit produceren. De eerste getijdencentrale

werd in 1968 in Frankrijk

in gebruik genomen. In 1984 werd in de

Novia Scotia baai in Canada een getijdencentrale

geopend met een vermogen van

20 MW. Over de hele wereld zijn zo’n

veertig plaatsen geschikt voor getijdencentrales.


© Robb Williamson (PIX DOE/NREL)

Maar er zijn meer manieren om energie

uit de oceaan te halen. Eén van de

technieken maakt gebruik van een soort

onderwater-windmolen, die elektriciteit

opwekt als er water doorheen stroomt. Er

zijn ook verschillende technieken om de

energie uit golven te benutten. Sommige

gebruiken taps toelopende kanalen om

de golven te versterken en vervolgens een

turbine aan te drijven. Andere gebruiken

drijvende systemen die op en neer bewe-

gen met het wateroppervlak, en daarbij

zuigers aandrijven die lucht samenpersen.

De samengeperste lucht wordt door een

turbine geleid die elektriciteit opwekt.

Een andere veelbelovende techniek bestaat

uit een gedeeltelijk afgezonken betonnen

kamer op de kustlijn, met een opening in

de bodem. De inkomende golven duwen

de luchtkolom in de kamer omhoog door

een turbine (zie fi guur 10). Als het water

weer omlaag gaat, wordt er lucht aangezogen

door de turbine. De draaiende turbine

drijft een generator aan, die elektriciteit

opwekt. In Schotland wordt met dit

soort constructies geëxperimenteerd: op

het Schotse eiland Islay staat een generator

van dit type met een vermogen van

500 kW.

Zonne-energie

Als de zon schijnt, ontvangt elke vierkante

meter die loodrecht op het invallende

zonlicht staat ongeveer 1000 watt

zonne-energie. Gemiddeld over een jaar is

dat 100 tot 200 watt per vierkante meter,

afhankelijk van de locatie op aarde. Ieder-

Energie uit de zon met behulp van

zonnepanelen.

een die wel eens met een vergrootglas in

de zon heeft geëxperimenteerd, weet dat

er veel warmte zit in zonlicht: zelfs met

een klein vergrootglas kun je gemakkelijk

iets in brand steken.

De hoeveelheid zonlicht die op een oppervlak

terecht komt, hangt af van de plek op

aarde. Vlakbij de polen staat de zon laag, en

bereiken de zonnestralen het aardoppervlak

onder een kleine hoek. Een vierkante meter

op de noord- of zuidpool krijgt dus minder

zonne-energie dan een vierkante meter op

de evenaar, waar het zonlicht bijna loodrecht

op het aardoppervlak valt. Bovendien

legt het zonlicht op de polen een veel lan-

35


In rijen opgesteldeparabolische

spiegels

concentreren

zonlicht op

buizen in het

midden van

de spiegels. In

de buizen zit

olie. De hete

olie wordt

gebruikt om

stoom te maken,

waarmee

elektriciteit

wordt opgewekt.

36

gere weg af door de dampkring, waardoor

de kracht van de zon verminderd.

Zonlicht kan worden omgezet in elektriciteit

met behulp van fotovoltaïsche

panelen, meestal zonnepanelen genoemd.

Deze panelen worden gemaakt van halfgeleidermateriaal:

het zelfde materiaal

dat wordt gebruikt om computerchips

van te maken. Zonlicht bestaat uit

© PIX DOE/NREL

kleine pakketjes energie, de fotonen. Als

fotonen een zonnecel raken, wordt hun

energie overgedragen aan de elektronen

in het halfgeleidermateriaal. Met deze

extra energie kunnen de elektronen zich

vrijmaken van de atomen waar ze aan

vast zitten. De vrijgemaakte elektronen

stromen als een elektrische stroom door

een extern elektrische circuit, waar ze

bijvoorbeeld een lamp laten branden, of

een accu opladen.

Tegenwoordig worden de meeste zonnecellen

gemaakt van silicium. Deze zonnecellen

zetten ongeveer 10-15% van het

invallende zonlicht om in elektriciteit.

In Nederland produceert een zonnepaneel

van één vierkante meter ongeveer 80

kWh per jaar, in Zuid-Europa is dat 140

kWh. Op dit moment wordt minder dan

0,01% van de elektriciteit op aarde opgewekt

met zonne-energie.

Zonnecellen hebben normaal gesproken

geen bewegende delen, en hebben

dus ook niet veel onderhoud nodig. Ze

moeten alleen af en toe worden schoongemaakt

om te voorkomen dat het zonlicht

wordt tegengehouden, en ze gaan

ongeveer 25 jaar mee. Het grote probleem

is dat ze nog steeds erg duur zijn.

Een zonnepaneel dat 100 W levert bij

volle zon (100 Wp) kost inclusief installatie

ongeveer 500 euro en levert in

centraal Europa ongeveer 120 kWh per

jaar. Voor het gemiddelde elektriciteitsverbruik

van een huishouden (ongeveer

4.100 kWh per jaar) heb je in Europa

dus zo’n 35 zonnepanelen nodig. Die

kosten ongeveer 17.500 euro. Dezelfde

hoeveelheid elektriciteit uit een centrale

kost nu zo’n 500 euro per jaar.

Omdat zonne-energie nu nog zo duur is,

doen wetenschappers hun uiterste best

om zonnecellen effi ciënter en goedkoper

te maken. Op dit moment worden zonnecellen

nog vooral gebruikt op plaatsen

waar men niet zo makkelijk op een andere

manier aan elektriciteit kan komen,

bijvoorbeeld op het platteland in ontwikkelingslanden,

of op zee. Maar ook in de

gebouwde omgeving verschijnen steeds

meer zonnepanelen op daken.

Behalve voor zonnecellen kun je de energie

van de zon ook gebruiken om elektriciteit

op te wekken met een thermisch


© European Community, 2005

systeem. Daarvoor wordt het zonlicht

weerkaatst door spiegels, die de stand van

de zon volgen. De spiegels concentreren

het zonlicht op een ontvanger, bijvoorbeeld

een hoge toren of een absorberende

buis, die de warmte overdraagt aan een

vloeistof. De hete vloeistof wordt gebruikt

om stoom te maken, die vervolgens een

stoomturbine aandrijft. De stoomturbine

is aangesloten op een generator, die elektriciteit

produceert.

Ook kun je de energie van zonlicht omzetten

in warmte, en die warmte gebruiken

om water op te warmen. Het hete water

kun je meteen gebruiken voor een bad of

een warme douche, of om een gebouw te

verwarmen. Deze methode is relatief goedkoop,

en je ziet dan ook steeds meer van

deze zonnecollectoren op daken. Ook zwembaden,

die veel water moeten verwarmen,

gebruiken soms zonnecollectoren.

Windenergie

Al sinds vele eeuwen voor Christus gebruikt

de mensheid windmolens om de

kracht van de wind om te zetten in mechanische

energie. Deze energie werd

gebruikt om water op te pompen, graan

te malen of eenvoudige mechanische apparaten

aan te drijven. Tegenwoordig

gebruiken veel buitenlandse boeren nog

steeds windmolens om water op te pompen.

Een andere zeer oude toepassing van

windenergie, die tegenwoordig weer erg

populair is, is de zeilboot.

In de moderne tijd worden windturbines

gebruikt om elektriciteit op te wekken.

Een windturbine bestaat uit een grote,

meestal drie-bladige rotor, die wordt aangedreven

door de wind. De rotor is bevestigd

aan een elektrische generator. Op

het moment wordt slechts 0,3% van de

wereldwijde elektriciteit opgewekt met

behulp van windenergie, maar de capaciteit

groeit. In Denemarken genereert de

wind ongeveer 14% van de elektriciteit,

en in Duitsland rond de 3%.

Ook windturbines hebben hun problemen.

Niet iedereen vindt de grote aantallen

windmolens in het landschap even

mooi. Er zijn aanwijzingen dat de snel

ronddraaiende rotorbladen gevaarlijk zijn

voor vogels. Wie vlak naast een windmolen

woont, vindt misschien dat ze veel

herrie maken. Bovendien gebeuren er

Windturbines op een heuvel.

De capaciteitsfactor van windturbines

Op elke windturbine zit een label

waarop staat hoeveel vermogen de

turbine kan opwekken. Zo zijn er

turbines van 750 kW, grotere van 1,5

MW en hele grote van 3 MW. Dit

getal is het piekvermogen of maximale

capaciteit van de turbine: de hoeveelheid

vermogen die de turbine levert

als de wind optimaal is. Als gesproken

wordt over de “geïnstalleerde capaciteit”,

dan gebruikt men deze cijfers.

De energie die een windturbine levert

hangt af van het aantal uren dat de

turbine per jaar in bedrijf is. En dat

hangt natuurlijk af van het weer. De

meeste windmolens produceren per

jaar ongeveer 30% van wat ze zouden

opwekken als de wind het hele jaar

maximaal zou zijn. Het verschil tussen

de daadwerkelijke jaarlijkse opbrengst

en het theoretische maximum

heet de capaciteitsfactor. Een windturbine

met een piekvermogen van 3

MW en een capaciteitsfactor van 0,3

levert dus gemiddeld 0,9 MW.

Hetzelfde geld voor zonnepanelen,

die ook worden beschreven met hun

piekvermogen: het vermogen dat een

paneel opwekt als de volle zon er loodrecht

op schijnt. Dat gebeurt natuurlijk

alleen rond 12 uur s’middags als

het zonnig is, en gemiddeld over dag

en nacht en over de seizoenen levert

een zonnepaneel ongeveer 10% op van

zijn piekvermogen. Dus een zonnepaneel

met een piekvermogen van 100

watt produceert gemiddeld 10 watt.

37


© Mark Tiele Westra

Een windmolen in Nicaragua. Windenergie

hoeft niet high-tech te zijn:

in veel ontwikkelingslanden worden

eenvoudige windmolens gebruikt om

water op te pompen.

38

© European Community, 2005

soms ongelukken als een van de bladen

losschiet. Om deze redenen denkt men

erover meer windmolens in zee te plaatsen.

De wind waait daar regelmatiger

en krachtiger. Aan de andere kant is het

bouwen, onderhouden en bedienen van

windmolens op zee wel duurder.

Een ander probleem van windmolens is dat

er soms geen wind is. Deze situatie kan wel

dagen duren, en treedt soms in een groot

deel van Europa tegelijkertijd op. Een andere

manier om dit te zeggen is dat windenergie,

en ook zonne-energie, fl uctuerende

energiebronnen zijn. Dat betekent dat de

elektriciteit op onregelmatige tijden wordt

geproduceerd. Naarmate het aandeel van

wind- en zonne-energie verder toeneemt in

de elektriciteitsproductie, moeten er meer

maatregelen worden genomen om de elektriciteitsvoorziening

stabiel te houden. In

de meeste gevallen zijn back-up systemen

nodig, gevoed door fossiele brandstoff en,

die de productie over kunnen nemen als

er geen wind of zon is. Ook doet met onderzoek

naar verschillende technieken om

de fl uctuerende energie van wind en zon

op te slaan.

Biodiesel kan worden gemaakt

uit koolzaadolie.

Energie uit biomassa

Biomassa is een ander woord voor organisch

materiaal. Het omvat houtresten en

zaagsel uit de houtindustrie, reststromen

uit de landbouw en de levensmiddelenindustrie,

huishoudelijk afval en andere

organische materialen. Biomassa was een

van de eerste energiebronnen die door de

mens werd gebruikt en het is nog steeds

de belangrijkste energiebron in veel ontwikkelingslanden,

vooral in de vorm van

brandhout dat lokaal wordt gesprokkeld.

In organisch materiaal ligt zonlicht opgeslagen

in de vorm van chemische energie.

Er zijn twee manieren om deze energie te

gebruiken, waarvan de eenvoudigste directe

verbranding is. De droge biomassa wordt

verbrand, en gebruikt voor het verwarmen

van water tot stoom, waarmee bijvoorbeeld

elektriciteit kan worden opgewekt. De

tweede manier is ontbinding door bacteriën.

Hierbij komt methaangas vrij, dat ook

wel biogas wordt genoemd. Het proces is

een soort gisting, waarbij bacteriën de biomassa

afbreken in kleinere componenten.

De gisting is anaëroob, wat wil zeggen dat

er geen zuurstof bij nodig is. Ook afvalstortplaatsen,

waar het gemeentelijke huisvuil

Houtsnippers die worden

gebruikt om elektriciteit op

te wekken.

© Warren Gretz (PIX DOE/NREL)


wordt gedumpt, produceren biogas dat als

brandstof kan worden gebruikt.

Als biomassa wordt verbrand, komt het

broeikasgas kooldioxide vrij. Maar zolang

het biomassa-gewas groeit, nemen ze een

even grote hoeveelheid kooldioxide op uit

de omgeving. Zo lang de gebruikte gewassen

steeds opnieuw worden aangeplant,

is er dus geen netto uitstoot van kooldioxide.

Deze gewassen, zoals snelgroeiende

bomen en grassen, worden kortweg energiegewassen

genoemd.

Geothermische energie

De term geothermische energie is afgeleid

van de Griekse woorden geo (aarde) en ther-

Koud

water

Warmtestroming

(convectie)

Geothermisch

reservoir

me (hitte). Deze vorm van energie gebruikt

de warmte in het binnenste van de aarde

om elektriciteit op te wekken. De kern van

de aarde is gloeiend heet: ongeveer vijfduizend

graden Celsius. Zo nu en dan, tijdens

een vulkaanuitbarsting, komt er gesmolten

gesteente of magma aan het aardoppervlak.

Geothermische centrales proberen deze

enorme energiebron te benutten voor de

productie van warmte of elektriciteit.

Als je een gat graaft in de aarde, neemt de

temperatuur per kilometer diepte ongeveer

17 tot 30 graden Celsius toe. Een geothermische

put is soms wel 2.500 meter

diep. Het water (meestal gewoon regenwater)

dat door de put wordt gepompt,

Figuur 11.

Het principe van geothermische energie. De warmte uit het binnenste van de aarde verwarmt het gesteente diep onder het aardoppervlak.

In diepe putten wordt koud water geïnjecteerd, en in de productieput wordt heet water naar boven gepompt. Het hete

water wordt gebruikt om stoom te maken, dat een stoomturbine aandrijft.

Koud

water

Hete kern

Stoomgeneratie

Koelwater

Heet

water

Stoomturbine

Elektrische

generator

Distributienetwerk

39


40

wordt verwarmd tot stoom, en kan gebruikt

worden om elektriciteit op te wekken

(zie tekening). Ook kan het warme

water direct worden gebruikt om huizen

en gebouwen te verwarmen.

In de hele wereld staan meer dan 250 geothermische

centrales, verspreid over twintig

landen. In de Verenigde Staten voorziet een

geothermische centrale de stad San Francisco

van energie, en in El Salvador wordt

40% van de elektriciteit opgewekt met

behulp van geothermische energie. IJsland

gebruikt zelfs uitsluitend geothermische

energie om elektriciteit op te wekken. Wereldwijd

wordt zo’n 8.000 MW geothermische

elektriciteit opgewekt. Daarnaast

wordt nog eens 10.000 MW aan directe

geothermische warmte gebruikt. De ideale

condities om geothermische energie te gebruiken

komen maar op een paar plaatsen

op aarde voor, waardoor de hoeveelheid

energie die met deze energiebron kan worden

opgewekt, beperkt is.










Productie van bruinkool in Duitsland.

Een kolencentrale van 1.000 MW heeft

per jaar 2,5 miljoen ton kolen nodig!

Tabel 8.

De benodigde hoeveelheid brandstof voor verschillende energiebronnen. De tabel toont het jaarlijkse brandstofverbruik

van een energiecentrale met een vermogen van 1.000 MW (totale energieproductie per jaar:

ongeveer 7.000 miljoen kWh). Windenergie, zonne-energie en energie uit biomassa hebben veel ruimte nodig.

Kernsplijting en kernfusie hebben slechts zeer weinig brandstof nodig.


Een andere techniek om de warmte van

de aarde te benutten maakt gebruik van

heet gesteente dat bijna overal op een zekere

diepte onder het aardoppervlak te

vinden is. In deze techniek stroomt water

door een put de grond in, sijpelt door het

hete gesteente naar een andere put in de

buurt, en stroomt daar weer naar boven.

Aan het oppervlak wordt de warmte die

het water heeft opgepikt eruit gehaald,

waarna het water weer de grond in kan

om nieuwe warmte op te halen.

Een vergelijking tussen de

verschillende energiebronnen

Alle energiebronnen die we in dit hoofdstuk

hebben genoemd, hebben verschil-

lende eigenschappen wat betreft hoeveelheid

en soort brandstof, de oppervlakte

die ze innemen, en de kosten. In tabel

8 hebben we op een rijtje gezet hoeveel

brandstof een elektriciteitscentrale van

1.000 MW in al deze gevallen gebruikt.

Uit de tabel blijkt dat vooral biomassa-,

wind- en zonne-energie veel ruimte nodig

hebben. Dat komt doordat deze energiebronnen

niet erg geconcentreerd zijn:

fossiele brandstoff en bevatten per volume

veel meer energie. Kernsplijting en kernfusie

hebben van alle energiebronnen de

minste brandstof nodig.

Onze energiebronnen veranderen

voortdurend. Achter de hoogspanningskabels

van het elektriciteitsnetwerk

ligt een hele wereld van exploratie,

onderzoek en ontwikkeling. Elke

dag zijn honderdduizenden mensen

aan het werk om energiebronnen

als steenkool, aardolie en aardgas te

delven. En duizenden wetenschappers

proberen nieuwe energiebronnen

zoals windenergie, zonne-energie

en kernfusie, verder te ontwikkelen.

Deze nieuwe bronnen zijn nodig

om in de toekomst voldoende schone

energie op te wekken.

41


42

5 Energie, gezondheid en milieu

De almaar toenemende productie en gebruik

van energie heeft ernstige gevolgen

voor het milieu. En voor onze gezondheid.

Als hout verbrandt, worden er veel

giftige gassen en fi jn stof gevormd, die

gevaarlijk zijn bij inademing. De zwaveldioxide

die vrijkomt bij de verbranding

van olie en steenkool veroorzaakt zure

regen. Kooldioxide, dat vrijkomt bij de

verbranding van alle fossiele brandstoffen,

versterkt het broeikaseff ect, waardoor

de aarde opwarmt. Mensen moeten soms

verhuizen als in de buurt een grote waterkrachtcentrale

wordt gebouwd, en veel

bossen worden gekapt voor brandhout,

wat leidt tot bodemerosie.

De problemen ontstaan op verschillende

niveaus. Als je thuis hout verbrandt,

adem jij de rook in, maar je buurman

niet. Dat is het huishoudniveau. In een

stad zorgen de uitlaatgassen van auto’s

soms voor smog, die iedereen in die stad

inademt. Dat is het gemeenschapsniveau.

Fijn stof, zwaveldioxide en ozon kunnen

zelfs honderden kilometers van hun bron

nog eff ect hebben. Dat is het regionale niveau.

En het broeikaseff ect, dat de aarde

opwarmt, beïnvloedt ons allemaal. Dat is

het mondiale niveau. Laten we deze verschillende

niveaus eens één voor één bekijken.

Het huishoudniveau

In westerse landen worden niet veel vervuilende

stoff en geproduceerd in huishoudens.

De meeste van ons koken op elektriciteit,

gas, of een vloeibare brandstof, wat

allemaal redelijk schoon is. De helft van

de huishoudens op aarde is echter afhankelijk

van brandhout en houtskool om op

te koken en het huis te verwarmen. Het

is moeilijk om dit soort vaste brandstoffen

op een schone manier te verbranden,

omdat de brandstof in een eenvoudige

kachel niet goed met lucht mengt. Bij

koken op een houtkachel komt slechts 5

tot 20% van de energie in het brandhout

uiteindelijk in de pan terecht, de rest gaat

verloren. Bovendien wordt bij incomplete

verbranding van vaste brandstoff en

een heel scala aan vervuilende stoff en gevormd,

die slecht zijn voor de gezondheid

(zie tabel 9).

Dat is geen klein probleem. Men schat

dat per jaar ongeveer twee miljoen vrouwen

en kinderen vroegtijdig sterven

door het gebruik van vaste brandstof-


fen, en dat het in ontwikkelingslanden

verantwoordelijk is voor 5 tot 6% van

alle ziektes. Het gezondheidsrisico is zo

hoog, omdat de brandstoff en precies

dáár worden gebruikt waar mensen in de

buurt zijn: elke dag, in de keuken en in

de woonkamer.

Het gebruik van energie in een huishouden

kan worden gezien als een energieladder,

met op de onderste trede eenvoudige

brandstoff en als biomassa (mest, hout),

hogerop de vloeibare fossiele brandstoff en

als kerosine en gas, en helemaal bovenaan

de meest moderne vorm van energie: elektriciteit.

Van beneden naar boven op de

ladder worden de bijbehorende ovens en

kachels steeds schoner en effi ciënter. Als al-

Elektriciteit

Gas

Benzine

Kolen

Hout

Landbouw

afval

Mest, gras

Figuur 12.

De energieladder.

Gigajoules per jaar per huishouden

120

100

80

60

40

20

0
















Tabel 9.

De concentratie gevaarlijke stoff en in de lucht veroorzaakt

door een houtkachel om op te koken. De eenheid mg/m 3 staat

voor milligram per kubieke meter. In de rechterkolom staan

de maximaal aanvaardbare waarden die zijn vastgesteld om

de gezondheid te beschermen. In de rook van verbrand hout

zitten nog tientallen andere vervuilende stoff en die gevaarlijk

zijn voor de gezondheid. (bron: WAE, UNDP).


Brandhout

Figuur 13.

De gemiddelde energievraag in Brazilië,

per inkomen (1988). Eén minimumloon

is vijftig dollar per maand.

Hoe meer mensen verdienen, hoe meer

elektriciteit en vloeibare brandstoff en ze

gebruiken. (bron: WAE, UNDP).

Gas

< 1 1 - 2 2 - 5 5 - 10 10 - 20 20 - 30 > 30

Aantal verdiende minimumlonen

43

Vloeibare

brandstoffen

Elektriciteit


In grote steden zorgt het drukke verkeer

voor smog.

44

ternatieven hoger op de ladder beschikbaar

en betaalbaar zijn, hebben mensen over het

algemeen de neiging hoger op de ladder te

klimmen, zoals te zien in fi guur 13.

Vroeger was de hele mensheid afhankelijk

van hout, maar tegenwoordig is ruwweg

de helft van de wereldbevolking een of

meer treden op de energieladder gestegen.

De andere helft is nog steeds afhankelijk

van hout. In gebieden waar hout

schaars is geworden, is men zelfs een trede

gedaald naar mest en landbouwresten. In

extreme gevallen gebruiken mensen zelfs

de allerslechtste kwaliteit brandstoff en,

zoals struiken en gras.

Onderaan de ladder gebruiken mensen

ook meer van hun eigen (lichaams)energie,

bijvoorbeeld om hout te verzamelen. Het

verzamelen van brandstof is gewoonlijk

een taak voor vrouwen en kinderen, voor

wie het een zware belasting is omdat het

veel tijd kost en omdat de brandstoff en erg

zwaar zijn. In ontwikkelingslanden besteden

vrouwen en kinderen vaak negen tot

twaalf uur per week aan het verzamelen

© European Community, 2005

van brandhout. In Nepal zijn vrouwen

daar zelfs twee en een half uur per dag mee

bezig.

Arme mensen besteden dus een groot

deel van hun tijd aan het verzamelen van

de benodigde energie. Deze tijd kunnen

ze niet besteden aan het produceren van

goederen die ze kunnen verkopen, op het

land werken of onderwijs volgen. Dit noemen

we de armoedespiraal: als je eenmaal

arm bent is het moeilijk om daar weer uit

te komen, omdat je al je tijd nodig hebt

om te overleven.

Het gemeenschapsniveau

Bijna iedereen heeft wel eens te maken

met stedelijke vervuiling. Als je op een

warme, windstille dag vanaf een hoog

punt over een stad uitkijkt, zie je vaak een

geelachtige nevel boven de stad hangen.

Deze nevel noemen we smog: een mengsel

van fi jn stof en uitlaatgassen van auto’s

en motoren. In steden met veel auto’s, zoals

Athene (Griekenland) en Los Angeles

(Californië), krijgen de inwoners longproblemen

door de smog. De concentratie

van schadelijke stoff en als stikstofoxiden

en ozon ligt in deze steden vaak boven het

niveau van wat nog veilig is.

Hoewel ozon van nature voorkomt in de

bovenste lagen van de atmosfeer (waar

het ons beschermt tegen UV-straling), is

het op het lagere hoogte gevaarlijk voor

onze gezondheid. Ozon ontstaat als stikstofoxiden

reageren met onvolledig verbrande

brandstoff en uit de motoren van

auto’s en vrachtwagens. Het veroorzaakt

soms ademhalingsproblemen en ontstekingen

in de longen, en verergert de

klachten van astmapatiënten. Ozon kan

ook ons afweersysteem aantasten, waardoor

we eerder vatbaar zijn voor ziektes

als bronchitis en longontsteking. Vooral

kinderen en ouderen zijn hier vatbaar

voor. In de meeste grote steden wordt

continu de luchtkwaliteit gecontroleerd,

waarbij de concentraties ozon, koolmonoxide,

nitraatoxiden en fi jn stof worden

gemeten.


© Ken Hammond (USDA)

Soms nemen locale autoriteiten strenge

maatregelen om luchtvervuiling tegen te

gaan. Als in Teheran (de hoofdstad van

Iran) de luchtkwaliteit te slecht wordt, mogen

automobilisten alleen om de dag door

de stad rijden: de ene dag alleen de auto’s

met een nummerbord dat begint met een

even nummer, de andere dag de oneven

nummers. Ook in sommige westerse steden,

zoals Milaan (Italië) en Athene, wordt

dit soort maatregelen getroff en; soms wordt

het verkeer zelfs een hele dag stilgezet.

Andere problemen op gemeenschapsniveau

hebben te maken met de winning

van energie. In elke gemeenschap moet

een groep mensen de benodigde energie

binnenhalen. Ze werken in een kolenmijn,

boren naar olie op zee, kappen bossen voor

hout, verzamelen biomassa of construeren

grote dammen voor waterkrachtenergie.

Het winnen van energie is vaak gevaarlijk

en zwaar werk, met een hoog risico

op ziektes en verwondingen. Volgens de

Internationale Arbeidsorganisatie (ILO)

werken er over de hele wereld ongeveer

tien miljoen mensen in steenkolenmijnen

(ongeveer 0,3% van de beroepsbevolking).

De productie en distributie van energie

veroorzaken wereldwijd naar schatting

70.000 tot 300.000 doden per jaar, en veel

Ook herkauwers produceren broeikasgassen.

meer verwondingen. Dat is de prijs die we

voor onze energie betalen.

Het regionale niveau

Een ander groot milieuprobleem is zure

regen. Het wordt veroorzaakt door zwaveldioxide,

dat vrijkomt bij de verbranding

steenkool en olieproducten, en door

stikstofoxides. Het zuur, dat wordt achtergelaten

door regenwater, beschadigt

stenen constructies zoals gebouwen en

standbeelden. Als de bodem het zuur niet

kan neutraliseren, worden ook planten

en bomen beschadigd. Als een meer te

zuur wordt, kan de hele vissenpopulatie

sterven. Op den duur kunnen hele ecosystemen

worden aangetast. Gelukkig kan

zwavel uit rook worden verwijderd, maar

nog lang niet alle elektriciteitscentrales

maken daar gebruik van.

Maar niet alleen fossiele brandstoff en

hebben grote invloed. Zoals eerder vermeld,

moesten voor de Drie Kloven Dam

in China twee miljoen mensen hun land

verlaten, omdat dat door de dam onder

water zal komen te staan. Soortgelijke

projecten hebben in het verleden voor

grote sociale problemen gezorgd.

Zure regen kan gebouwen, beelden en

bruggen aantasten.

Vee en methaan

Ongeveer 20% van de uitstoot van

methaan naar de atmosfeer is afkomstig

van dieren zoals koeien, ossen en

schapen. Koeien kunnen hun voedsel

alleen verteren door een gistingsproces,

waarbij bacteriën in de koeienmaag

methaangas produceren. Ongeveer

2- tot 12% van de energie in

het voedsel van een koe komt in de

vorm van methaan in de atmosfeer

terecht. De wereldwijde veestapel van

1,3 miljard dieren maken met zijn

allen honderden miljoenen tonnen

methaan per jaar, wat een duidelijk

eff ect heeft op de hoeveelheid broeikasgassen

in de atmosfeer. Van alle

methaan die op aarde wordt gemaakt,

is ongeveer 60% afkomstig van menselijke

activiteiten als energieproductie,

landbouw en veeteelt. Ongeveer

een derde daarvan, dus 20% van de

totale methaanuitstoot, wordt geproduceerd

door vee.

45

© Adam Hart-Davis / DHD photo gallery


Eenheden van concentratie:

de ppm

Om lage concentraties van een stof

te meten, gebruiken we de eenheid

parts per million (ppm). Deze eenheid

geeft aan hoeveel deeltjes van de te

meten stof aanwezig zijn in een totale

hoeveelheid van een miljoen deeltjes,

bijvoorbeeld de concentratie van een

giftige stof in voedsel, of de hoeveelheid

CO 2 in de atmosfeer.

Figuur 14.

Toename van de CO2-concentratie

in de afgelopen 1.200 jaar. Rond

het jaar 1800 begon de concentratie

duidelijk fors toe te nemen, wat

word toegeschreven aan veranderend

bodemgebruik en de enorme toename

van het gebruik van fossiele brandstoff

en. De concentratie wordt uitgedrukt

in ‘parts per million’ (ppm).

46

Het mondiale niveau

Sommige gassen in de atmosfeer vormen

een soort warme deken rond de aarde. Dit

noemen we het broeikaseff ect. De gassen

absorberen een deel van de warmtestraling

van het aardoppervlak, en sturen een

deel van die straling weer terug naar de

aarde. Een broeikas werkt op dezelfde

manier: het zonlicht schijnt door het glas

naar binnen, maar de straling van de warme

aarde in de kas wordt door het glas

tegengehouden, zodat de kas warm blijft.

Het broeikaseff ect is zeer krachtig: zonder

dit eff ect zou het op aarde 33 graden Celsius

kouder zijn. Dat betekent dat de gemiddelde

temperatuur onder het vriespunt zou

liggen! Zonder het broeikaseff ect zou er op

de aarde geen leven kunnen bestaan.

Alle gassen die aan dit eff ect bijdragen

worden broeikasgassen genoemd. De gassen

die het sterkst bijdragen aan de opwarming

van de atmosfeer zijn waterdamp,

kooldioxide (CO 2 ) en methaan

(CH 4 ). Kooldioxide komt vrij bij de verbranding

van hout, steenkool, aardgas en

olie. Methaan komt vrij bij het rotten van

planten, bij mijnbouw en bij veeteelt.

CO 2 -concentratie (ppm)

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

Niet alle gassen hebben hetzelfde eff ect

op de atmosfeer. Methaan houdt bijvoorbeeld

21 keer zoveel warmte vast als

kooldioxide. Dus 1 gram methaan en 21

gram kooldioxide hebben beide dezelfde

invloed op de opwarming van de aarde.

Zowel kooldioxide als methaan verdwijnen

langzaam uit de atmosfeer. Kooldioxide

wordt uiteindelijk opgenomen

door de oceanen, en methaan verdwijnt

uit de atmosfeer door chemische reacties.

Dat zijn allebei zeer langzame processen:

voor een CO 2 -molecuul duurt het gemiddeld

honderd jaar voor dat het uit de

atmosfeer verdwijnt, en voor een CH 4 -

molecuul gemiddeld twaalf jaar. Dat betekent

dat alles wat we nu met de atmosfeer

doen, nog tenminste honderd jaar

merkbaar zal zijn. Zelfs als we nu stoppen

met de productie van kooldioxide,

duurt het nog honderd jaar voordat de

concentratie kooldioxide in de atmosfeer

omlaag gaat. Het is dus alsof we met z’n

allen een grootschalig wetenschappelijk

experiment met de aarde aan het doen

zijn, terwijl we zelf in de testopstelling

zitten…

IJskerndata

Directe

metingen Voorspellingen

0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100

Jaar (A.D.)


Het Kyoto-protocol

In de jaren negentig van de vorige

eeuw begonnen wetenschappers over

de hele wereld te waarschuwen voor

de gevaarlijke eff ecten van de uitstoot

van broeikasgassen. Volgens verschillende

studies uitgevoerd in diverse

landen, zorgt de snelle toename van

broeikasgassen in de atmosfeer voor

een kleine, maar gestage toename

van de temperatuur op aarde. Om

het probleem te bespreken werden er

speciale internationale commissies en

panels opgericht, die tot de conclusie

kwamen dat er dringend maatregelen

genomen moesten worden tegen de

bedreiging van het versterkte broeikaseff

ect. Het belangrijkste panel is

het Intergovernmental Panel for Climate

Change (IPCC), waarin een paar

honderd experts uit honderd verschillende

landen samenwerken.

Sinds de jaren ’90 zijn er verschillende

initiatieven ontwikkeld om de voorspelde

gevolgen – zoals een toename

In de afgelopen 150 jaar hebben we veel

fossiele brandstoff en verbrand, en daarmee

grote hoeveelheden kooldioxide in de atmosfeer

gepompt. De productie en het gebruik

van energie veroorzaken tweederde

van alle broeikasgassen die door de mens

worden gemaakt. Zoals je kunt zien in fi -

guur 14, is de concentratie kooldioxide in

de atmosfeer 1800 met 35% toegenomen.

Ook daarvoor fl uctueerde de concentratie,

maar nog nooit zo snel als nu. Als

een verandering zich over duizenden jaren

uitstrekt, heeft het ecosysteem tijd genoeg

om zich aan te passen. Maar aan de snelle

verandering die nu optreedt, kan het ecosysteem

zich misschien helemaal niet aanpassen,

zodat het gevaar bestaat dat veel

dieren en planten uitsterven.

van de gemiddelde temperatuur, stijging

van de zeespiegel, veranderingen

in neerslagpatronen, enzovoorts – te

voorkomen. Eén van de belangrijkste

initiatieven werd ontwikkeld door de

Verenigde Naties, de internationale

organisatie die als doel heeft de vrede,

veiligheid en vriendschappelijke relaties

tussen landen te bewaken, en

internationale economische, sociale,

humanitaire en milieuproblemen op

te lossen.

Tijdens een internationale milieuconferentie

die werd gehouden in

Rio de Janeiro (Brazilië) in mei 1992,

stelden de regeringen van bijna alle

landen ter wereld een document op

met de titel “United Nations Framework

Convention on Climate Change”

(UNFCCC). Daarin spraken ze

af om informatie over broeikasgasemissies

te verzamelen en onderling te

delen, en om nationale strategieën te

bedenken om de uitstoot te beperken.

In het document wordt het doel zo

geformuleerd: “de concentratie broei-

© European Community, 2005

kasgassen in de atmosfeer te stabiliseren

op een niveau dat een gevaarlijke, door

de mens veroorzaakte verstoring van het

klimaatsysteem zal voorkomen”. Na de

conferentie werd de conventie door

193 landen ondertekend en is nu van

kracht, wat wil zeggen dat de landen

die hebben ondertekend verplicht

zijn zich aan de doelstelling van het

verdrag te houden.

Toen ze de conventie ondertekenden

wisten de deelnemende regeringen dat

het niet voldoende zou zijn om een

echt eff ect te hebben op klimaatverandering.

Tijdens een internationale

milieuconferentie van de Verenigde

Naties in Kyoto (Japan, in 1997),

spraken daarom een aantal grote ge-

Een stijging van de gemiddelde temperatuur

op aarde zal leiden tot een

hoger zeeniveau.

47


© NASA Goddard Space Flight Center

industrialiseerde landen met elkaar

af om de uitstoot van broeikasgassen

echt te beperken. Na langdurige

en moeizame onderhandelingen over

hoe veel, waar, en wanneer de uitstoot

verminderd zou moeten worden, en

wie er voor zou gaan betalen, werd er

een verdrag ondertekend. Het doel

van het verdrag was

dat de uitstoot van CO 2 in de ontwikkelde

landen tussen 2008 en 2012

5,2% lager moet zijn dan het niveau

in 1992. Voor de Europese Unie geldt

zelfs een reductie van 8%. Zich ontwikkelende

landen als China en India

hoeven nog niks te reduceren. Dit

verdrag heet het Kyoto-protocol.

De afspraken van het Kyoto-protocol

zijn echter pas verplicht in álle landen

als voldoende landen het verdrag

hebben ondertekend (de ratifi catie

van het protocol). Het verdrag wordt

van kracht als het is ondertekend

48

door landen die in 1990 gezamenlijk

55% van de totale uitstoot van broeikasgassen

in de ontwikkelde landen

produceerden. Het probleem is dat

de VS heeft verklaard het verdrag niet

te zullen tekenen, terwijl de VS alleen

al 36% van de broeikasgassen in de

ontwikkelde landen produceert. Rusland

had lang het zelfde standpunt,

maar in november 2004 veranderden

ze van gedachten en ondertekenden

het protocol. Na acht jaar wachten is

het Kyoto-protocol in februari 2005

eindelijk van kracht geworden.

Op dit moment denken veel landen

erover na hoe ze de reductie kunnen

realiseren, en welke methodes

het meest praktisch zijn. Moeten we

energie effi ciënter gebruiken, of moeten

we meer elektriciteit maken met

behulp van duurzame bronnen, zoals

zonnepanelen? Moeten we meer kerncentrales

bouwen, omdat die geen

broeikasgassen uitstoten? En moeten

we investeren in windmolens of in

kernfusie-onderzoek? Of moeten we

misschien alles doen wat we kunnen

bedenken, omdat het probleem dat

op ons afkomt zo groot is?

Wat is het gevolg van al die extra CO 2 ? In

de vorige eeuw is de gemiddelde temperatuur

0,6 graden gestegen. De tien warmste

jaren sinds men in de 19 e eeuw temperaturen

begon bij te houden hebben zich allemaal

na 1990 voorgedaan. Over de hele

wereld zijn gletsjers geslonken, en is de hoeveelheid

regen en bewolking toegenomen.

Men verwacht dat de gemiddelde luchttemperatuur

deze eeuw 1,4 tot 5,8 graden

Celsius zal stijgen, en dat het zeeniveau 9 tot

88 centimeter kan stijgen, afhankelijk van

het toekomstscenario. Ter vergelijking: het

temperatuurverschil tussen de laatste ijstijd,

duizenden jaren geleden, en het huidige klimaat,

is slechts 6 graden Celsius.

In eerste instantie lijkt het misschien of

paar graden warmer of kouder niet zo veel

uitmaakt, maar dat doet het wel degelijk.

Ten eerste zorgt een temperatuurstijging

van een paar graden al voor een stijging

van het gemiddelde zeeniveau, waardoor

in veel kustgebieden problemen ontstaan.

Ten tweede stijgen temperaturen landinwaarts

veel sterker dan het gemiddelde,

en zullen vooral extreme weerssituaties

– droogtes, orkanen, overstromingen – in

het algemeen veel vaker voorkomen.

Wetenschappers verwachten dat het CO 2 -

niveau deze eeuw in het gunstigste geval

twee keer zo hoog zal worden als het niveau

van voor 1860, en in het meest ongunstige

geval vier keer zo hoog. Als het CO 2 -niveau

vier keer zo hoog wordt als in het voor-industriële

tijdperk, zal de wereld er totaal

anders uitzien. De zeespiegel kan met een

meter stijgen, temperaturen kunnen lokaal

vijftien tot twintig graden toenemen, en de

gemiddelde temperatuur zes graden. Er zijn

genoeg goedkope fossiele brandstoff en om

dat scenario mogelijk te maken.

Wat kunnen we er aan doen? De enige manier

om de schadelijke eff ecten van extra


CO 2 tegen te gaan is te stoppen met de

productie ervan. Dat betekent: stoppen

met het gebruik van fossiele brandstoff en,

of de kooldioxide die vrijkomt bij de verbranding

van fossiele brandstoff en op een

veilige manier opslaan. Uiteraard is dat op

dit moment geen optie. Maar zelfs als we

het CO 2 -niveau willen stabiliseren op twee

maal het voor-industriële niveau, moeten

we de huidige CO 2 -productie met onmiddellijke

ingang tot éénderde terugbrengen.

Maar in plaats daarvan neemt de CO 2 -

productie nog elk jaar toe.

Mogelijke energiebronnen en het

broeikaseff ect

Niet alle energiebronnen produceren

broeikasgassen. Zonnepanelen, windenergie

en waterkracht zijn alledrie voorbeelden

van energiebronnen die elektriciteit

produceren, maar geen CO 2 . Maar zelfs

dat is niet helemaal waar. Om de materialen

voor wind- en zonne-energie te maken,

is energie nodig. Die wordt voornamelijk

geleverd door fossiele brandstoff en.

Eén van de gevolgenden van klimaatverandering

is het vaker voorkomen

van extreme weersomstandigheden

zoals stormen, droogtes en overstromingen.

En op plaatsen waar waterkrachtdammen

worden gebouwd, produceren de rottende

planten methaan: een zeer krachtig

broeikasgas.

Kunnen we al onze energie opwekken

zonder broeikasgassen te produceren? Ja,

maar dan moeten we wel heel hard aan

de slag. Wind- en zonne-energie spelen

nu nog een zeer kleine rol, en het zal nog

tientallen jaren en een heleboel onderzoek

en geld kosten voordat deze bronnen een

substantiële hoeveelheid energie produceren.

Nieuwe, veilige types kernsplijtingscentrales

kunnen op termijn ook een deel

van de oplossing vormen. De techniek om

CO 2 terug te stoppen in de grond heeft

een groot potentieel, maar verkeert nog

in een experimenteel stadium. Het zal

nog zeker tientallen jaren duren voordat

kernfusie een redelijk deel van de energieproductie

kan beginnen te leveren. Als

we de klimaatproblemen serieus nemen,

moeten we alle schone energiebronnen

die we kunnen bedenken ontwikkelen.

En wel zo snel mogelijk.

49


Ons toekomstige energiesysteem wordt

bepaald door de beslissingen die we

vandaag nemen.

50

6 De toekomst van onze energievoorziening

We leven in een wereld die nog maar net

is begonnen met het gebruiken van energie.

De toename van de wereldbevolking – van

zes miljard nu naar 9 miljard in 2050 – gecombineerd

met de enorme economische

ontwikkeling van landen als China en India,

zorgt voor een snelle toename van onze

energiebehoefte. In de komende 50 jaar zal

de mensheid evenveel energie gebruiken als

gedurende haar gehele geschiedenis. Figuur

15 toont de ontwikkeling van de wereldwijde

energiebehoefte in verschillende regio’s.

Omdat de uitstoot van CO 2 ons milieu

bedreigt, moet de wereld een enorme omslag

maken naar schonere bronnen van

energie. Nieuwe oplossingen zijn nodig,

zowel om aan de stijgende vraag te kunnen

voldoen, als om de problemen van

ons huidige energiesysteem op te lossen.

Huidige problemen

De verwachting is dat over 50 jaar het wereldenergieverbruik

zeker twee keer zo hoog

zal zijn als nu het geval is. Deze groei leidt

tot minstens vier serieuze problemen. Ten

eerste zullen gemakkelijk verkrijgbare en

goedkope fossiele brandstoff en langzaam

opraken. Hoewel er nog genoeg kolen zijn

voor tweehonderd jaar, is de natuur

niet zo gul geweest met

olie en gas. Voorspellingen door

verschillende wetenschappelijke

instituten gaan er van uit dat de

piek van de wereld-olieproductie

– het moment waarna de olieproductie

wereldwijd terug begint te

lopen – over 5 tot 20 jaar

te verwachten is. Voor

gas komt die piek ongeveer

twintig jaar na

die van olie.

Een tweede probleem

is dat olie- en

gasreserves niet gelijkmatig

over de

aarde zijn verdeeld:

80% van de reserves

bevinden zich in het

Midden Oosten en

de voormalige Sovjet-

Unie. Dus als we afhankelijk

blijven van fossiele brandstoffen,

worden we steeds sterker

afhankelijk van deze landen.

Op dit moment importeert de

Europese Unie 50% van haar

energie, vooral in de vorm van

gas, olie en kolen. De verwachting

is dat als er geen maatregelen worden

genomen, Europa over twintig tot

dertig jaar 70% van haar energie moet

importeren. Om die reden onderzoeken

veel landen mogelijkheden om minder

afhankelijk te worden van andere landen,

zoals windenergie en kernsplijting.

Het derde probleem is de milieuschade.

Eén van de fossiele brandstoff en die

ruimschoots voorradig is, is steenkool.

Maar de verbranding van deze grondstof


veroorzaakt veel vervuiling. Als grote landen

als China en India afhankelijk blijven

van steenkool, zal het lokale milieu veel te

verduren krijgen, wat in feite nu al het geval

is. Bovendien blijft CO 2 niet binnen

de landsgrenzen: vanwege het broeikaseffect

is CO 2 die waar ook ter wereld wordt

geproduceerd, ook ons probleem.

Tenslotte het probleem van de energiearmoede.

Momenteel zijn ongeveer 1.6

miljard mensen nog steeds afhankelijk

van brandhout voor verwarming en om

op te koken. Hun gebrekkige toegang tot

moderne vormen van energie vormt een

sterke belemmering voor hun ontwikkeling.

De sterk gestegen olieprijs is ook een

belemmering: rijke landen kunnen dure

olie betalen, maar arme landen niet.

Het doel van duurzame energie

Welk doel moeten we nastreven voor ons

energiesysteem? Hoe willen we over bijvoorbeeld

honderd jaar onze energie opwekken?

In een ideale wereld willen we

graag duurzame ontwikkeling. Toen die

term voor het eerst werd geïntroduceerd

(in het Brundtland rapport, dat werd gepubliceerd

in 1987), werd duurzaamheid

gedefi nieerd als: ”voldoen aan de behoeften

Figuur 15.

Het totale primaire energiegebruik

in verschillende regio’s in de wereld,

in Mtoe per jaar. De grafi ek laat het

energiegebruik in drie verschillende

jaren zien: 1973, 2002, en de voorspellingen

voor 2030. (bron: World

Energy Outlook 2004, IEA).

223

450

1026

211

van de huidige generatie, zonder toekomstige

generaties te beperken in hun mogelijkheden

om aan hun behoeftes te voldoen”. Met andere

woorden, we zouden niet meer dan

een eerlijk deel van de energievoorraad op

moeten maken, en we zouden de toekomstige

generaties de mogelijkheid moeten

bieden om aan hun behoeften te voldoen,

bijvoorbeeld door hen zo veel mogelijk

duurzame energiebronnen na te laten.

Wat betekent deze doelstelling van duurzame

ontwikkeling voor de energieproductie?

We willen energie produceren en gebruiken

op een manier die de menselijke ontwikkeling

op lange termijn ondersteunt,

inclusief alle sociale, economische en milieuaspecten.

Dat noemen we duurzame

energie. Deze term verwijst naar de productie

en het gebruik van energiebronnen

op een manier die het welzijn van mens en

dier op de lange termijn respecteert.

Om dit doel op termijn te bereiken, hebben

we duurzame energiebronnen nodig.

Daaronder wordt meestal verstaan: energiebronnen

die nooit opraken omdat ze

hun energie steeds weer aanvullen. Dat

zijn bijvoorbeeld wind, waterkracht,

zonne-energie, en biomassa. Maar ook

540

2002

1973

1096

Jaar

2030

1211

1692

Latijns-Amerika Afrika

Europese Unie VS + Canada China + India

2048

1735

2540

3316

51

587

1784

3565


52

kernfusie kan onder de duurzame bronnen

gerekend worden: hoewel kernfusie

brandstof verbruikt, is er zoveel van op

aarde beschikbaar dat het praktisch gezien

onuitputtelijk is.

Uiteraard zijn we op dit moment nog ver

van een duurzame wereld verwijderd. Volgens

de International Energy Agency kwam

in 2002 slechts 14% van onze energie, en

18% van onze elektriciteit, uit duurzame

bronnen. De meeste duurzame energie

komt nu uit waterkracht en de verbranding

van afval en biomassa. Hoewel de hoeveelheid

energie die op een duurzame manier

wordt opgewekt stijgt, groeit de wereldwijde

vraag naar energie nog veel harder.

Duurzame energiebronnen

Waarom gebruiken we dan niet nu al

meer duurzame energie? Daarvoor zijn

verschillende redenen. Op de eerste plaats

begint de wereld zich pas sinds kort te realiseren

hoe groot het energieprobleem is,

en wat de risico’s van klimaatverandering

zijn. Een gevoel van urgentie heeft tot nu

toe ontbroken. Op het moment groeien

energiebronnen zoals wind, zon en biomassa

zeer snel, omdat veel regeringen

zijn begonnen het gebruik van deze bronnen

actief te stimuleren.

© www.freeimages.co.uk

Het gebruik

van effi ciënterelichtbronnen

bespaart

energie.

De tweede reden is dat technologieën

voor duurzame energie nog steeds duurder

zijn dan het gebruik van fossiele

brandstoff en, ondanks vele jaren van

onderzoek en ontwikkeling. Natuurlijk

is het ook erg moeilijk om te concurreren

met een brandstof die je bij wijze van

spreken zo van de grond kunt oprapen.

We zullen er aan moeten wennen dat we

langzamerhand méér moeten gaan betalen

voor onze energievoorziening. Fossiele

brandstoff en hebben overigens wel

‘verborgen’ kosten, zoals de toekomstige

kosten van de gevolgen van het broeikaseff

ect, en de medische kosten van ziektes

veroorzaakt door luchtvervuiling. Als je al

deze kosten in rekening brengt, verandert

het beeld misschien wel in het voordeel

van de duurzame energiebronnen.

De derde reden is dat vooral wind- en zonne-energie

fl uctuerende energiebronnen

zijn. Dat betekent dat ze niet op afroep

energie kunnen leveren. Je hebt dus altijd

een bepaald back-up vermogen nodig, zoals

een gascentrale, of een manier om de

opgewekte energie op te slaan voor tijden

waarop er geen zon of wind is. Dit verhoogt

de kosten van fl uctuerende energiebronnen.

Bovendien zijn wind- en zonneenergie

(en geothermische bronnen) niet

gelijkmatig over de aarde verdeeld.

Ten slotte heb je voor duurzame bronnen

als wind, zon en biomassa een groot

landoppervlak nodig. Stel dat je in Noord-

Afrika, waar de zonne-instraling 250 W per

vierkante meter is, een stuk land bedekt met

zonnecellen met een rendement van 14%.

Dan heb je 30 tot 40 vierkante kilometer

land nodig om evenveel energie op te wekken

als een 1.000 MW elektriciteitscentrale,

als je rekening houdt met de schuine inval

van het zonlicht. Hoewel dat zeker mogelijk

is, is het goed niet te onderschatten hoeveel

ruimte je nodig hebt om op grote schaal

duurzame energie op te wekken.

Een ander voorbeeld: om 1.000 MW

elektriciteit op te wekken met biomassa

heb je 2.000 vierkante kilometer goede


© Warren Gretz (PIX DOE/NREL)

landbouwgrond nodig om energiegewassen

op te laten groeien. De productie van

kunstmest kost veel energie, zodat het

gebruik van kunstmest zo laag mogelijk

moet worden gehouden, wat de productie

kan verminderen.

Hoe kies je een energiebron?

Welke energiebron voor een bepaalde situatie

en een bepaalde locatie het meest

geschikt is, hangt af van veel verschillende

factoren. Sommige energiebronnen, zoals

steenkool, zijn wel goedkoop, maar als je

geen kolenmijnen hebt ben je afhankelijk

van andere landen. Bovendien komen er

broeikasgassen bij vrij. Bronnen zoals zonne-energie

zijn over de hele wereld beschikbaar

(voor verschillende prijzen, afhankelijk

van het klimaat), maar ze zijn nog steeds erg

duur, en nemen veel ruimte in beslag. Laten

we eens kijken welke factoren de keuze van

een energiebron bepalen.

Op de eerste plaats: wat kost de energie?

De zogenaamde kapitale kosten zijn

de kosten die nodig zijn om de energiebron

te bouwen: de constructie van

een elektriciteitscentrale, het kopen van

zonnepanelen, enzovoort. Die kosten

worden uitgedrukt in euro’s per MW

vermogen. Maar er zijn ook andere kosten:

een centrale heeft brandstof nodig,

personeel, en aan het eind van zijn levensduur

moet hij worden afgebroken.

Als je al deze kosten bij elkaar optelt,

en dat getal deelt door het totale aantal

kilowattuur dat de centrale in zijn

leven produceert, krijg je de prijs per

kilowattuur, ofwel de productiekosten.

Voor een kolencentrale is dat ongeveer

3 eurocent per kilowattuur. Het bedrag

dat de consument betaalt – ongeveer 13

eurocent per kWh – is veel hoger omdat

daarin ook de kosten voor het distributienetwerk

en belastingen zitten.

Naast de kosten zijn er nog andere factoren,

zoals de benodigde capaciteit. Als je

maar één kilowatt vermogen nodig hebt,

heb je veel keuzemogelijkheden, zoals een

kleine windmolen, zonnecellen, of een

dieselgenerator. Maar als je 1.000 megawatt

nodig hebt, bijvoorbeeld voor een

hele stad, dan moet je denken aan elektriciteitscentrales

die gestookt worden met

steenkool of aardgas, of misschien een

kerncentrale.

Onderzoek naar energie uit

zonlicht.

53


54














































































Tabel 10. Enkele eigenschappen van verschillende energiebronnen.(bronnen: : Energy Information Administration, SAGE project, NEMS).

1) De vermelde kapitale kosten gelden voor de piekbelasting. Als de capaciteitsfactor in rekening wordt gebracht, wordt windenergie drie tot vier keer zo duur,

en zonne-energie ongeveer tien keer.

2) De kapitale kosten voor kernfusie zijn schattingen voor het jaar 2050, wanneer verwacht wordt dat fusie commercieel beschikbaar komt.


© Damon Hart-Davis / DHD photo gallery

En dan zijn er ook nog de milieufactoren,

zoals het broeikaseff ect. Je kunt ervoor kiezen

om elektriciteit CO 2 -vrij op te wekken,

bijvoorbeeld door duurzame energie

of kernenergie te gebruiken, of om de CO 2

op te slaan onder de grond, of met schone

brandstoff en. De uitstoot van broeikasgassen

is dus een ook belangrijke factor.

Ook het grondgebruik is soms belangrijk.

Als je besluit om energie uit biomassa te

maken, heb je een groot stuk landbouwgrond

nodig om de gewassen te telen.

Met een groeiende wereldbevolking die

gevoed moet worden, is dat steeds moeilijker

te vinden. Dat geldt ook voor het

bouwen van windmolens in dichtbevolkte

landen, hoewel voor windmolens op

zee veel plaats is.

Zoals bij elke technologie is ook veiligheid

een belangrijk aspect. Als een stuwdam

doorbreekt, of er gebeurt een ongeluk

in een kerncentrale, dan moet een groot

aantal mensen onmiddellijk geëvacueerd

worden. En je wilt ook niet naast een

windmolen staan op het moment dat die

één van zijn bladen verliest. Veel mensen

komen om in kolenmijnen, door stof-

Spaarlampen gebruiken vijf keer zo weinig energie als

gewone gloeilampen.

explosies in elektriciteitscentrales of bij

ongelukken tijdens het boren naar olie.

Hoewel ‘veilige energie’ niet bestaat (dat

is hetzelfde als vragen om benzine die niet

kan branden), zijn sommige energiebronnen

wel gevaarlijker dan andere.

Duurzame energiebronnen als wind en

zonne-energie leveren fl uctuerende energie.

Bij een groot aandeel fl uctuerende energiebronnen

is een vorm van back-up vermogen

nodig, of opslag van energie.

Sommige energiebronnen,

zoals kolen- en

kerncentrales, lenen

zich het beste voor

gecentraliseerde

energieopwekking,

waarbij het

vermogen met een

distributienetwerk

naar de consument

wordt gebracht. Andere

bronnen zijn

meer geschikt voor

gedecentraliseerde

opwekking: opwekking

op de plek waar

Het volgende grootschalige fusie-experiment, ITER, wordt in

Zuid-Frankrijk gebouwd, en zal rond 2015 klaar zijn. De

olifant rechtsonder in het plaatje laat de afmeting zien.

55

© ITER


Figuur 16.

Energiescenario voor de wereldwijde

consumptie van primaire energie tot

het jaar 2100. (bron: World Energy

Council en IIASA, 1998, middelste

scenario)

Primair energieverbruik (Mtoe per jaar)

40000

35000

30000

25000

20000

15000

10000

5000

0

56

de energie wordt gebruikt. Dus het is belangrijk

of een energiebron gecentraliseerd of

gedecentraliseerd is.

Ten slotte maakt het nog uit of er brandstof,

zoals olie, geïmporteerd moet worden.

In dat geval kan een land sterk afhankelijk

worden van andere landen, wat

onwenselijk kan zijn. Dus ook de afhankelijkheid

van andere landen is een aspect

in de keuze van energiebronnen.

In tabel 11 worden alle energiebronnen

met elkaar vergeleken aan de hand van

een aantal van de genoemde factoren. Het

is duidelijk dat welke energiebron in een

gegeven situatie geschikt is, sterk afhankelijk

is van behoeftes en voorkeuren.

De toekomstige energiemix

Onderzoekers bestuderen de toekomst van

ons energiesysteem aan de hand van energiescenario’s.

Elk scenario kun je zien als

één specifi eke schets van hoe de toekomst

eruit zou kunnen zien. In fi guur 15 zie je

een voorbeeld van zo’n scenario, opgesteld

door de IIASA, samen met de World Energy

Council (WEC). Dit is natuurlijk maar

één mogelijk scenario: andere organisaties,

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Jaar

bedrijven en onderzoeksinstituten

hebben andere

meningen.

De IIASA/WEC studie

is gepubliceerd in

1998, en bevat zes

verschillende

scenario’s, elk

met verschillendeaanna-

2030

mes op het

gebied van

technische en

economische

ontwikkeling,

en maatregelen

om het milieu te

beschermen. Het scenario

waar we hier naar

Kolen (72,4

kijken is het ‘middelste’ scenario,

dat uitgaat van gemiddelde technologische

ontwikkelingen en economische groei.

Wat dit scenario een beetje moeilijk te

interpreteren maakt, is dat verschillende

energiebronnen onder één noemer worden

gepresenteerd, zoals windenergie, geothermische

energie en afval onder het kopje

Anders

Zon

Biomassa (niet-commercieel)

Biomassa (commercieel)

Waterkracht

Kernenergie

Gas

Olie

Kolen

2002


)

Olie (0,9%)

Gas (5,6%)

Kernsplijting

(5,0%)

Waterkracht (13,2%)

Biomassa en afval (1,5%)

Andere duurzame bronnen (1,3%)

Figure 17.

De voorspelde groei van het Chinese elektriciteitsverbruik

over de komende 25 jaar. Het

huidige gebruik (1675 TWh in 2002), zal

waarschijnlijk groeien tot 5573 TWh in het

jaar 2030. De groei zal voornamelijk worden

gerealiseerd met kolencentrales. (bron World

Energy Outlook 2004, IEA).

‘overig’. Ook vallen kernsplijting en kernfusie

samen onder het kopje ‘kernenergie’.

Energie uit kernfusie wordt meestal niet

meegenomen in energiescenario’s tot

2050, omdat fusie naar verwachting pas

rond 2040-2050 commercieel beschikbaar

zal zijn. Na die tijd kan fusie-energie

een belangrijke bijdrage gaan leveren

aan de productie van energie en

het terugdringen van de uitstoot van

broeikasgassen.

Uit fi guur 16 blijkt dat dit scenario

uitgaat van een grote toename in het

gebruik van kolen, gas, kernenergie,

en biomassa. Bovendien leveren zonneenergie

en de ‘overige’ duurzame bronnen

aan het eind van deze eeuw 16% van de

wereld-energiebehoefte. Wat betreft de

elektriciteitsproductie verwacht dit scenario

een grote toename van duurzame energie

en kernenergie.

Natuurlijk is dit slechts één mogelijke scenario,

en in werkelijkheid kan het er wel

eens heel anders gaan uitzien. Het is heel

moeilijk om 50 jaar vooruit te kijken, laat

staan 100 jaar. Maar wat we wél weten is

dat veranderingen van het energiesysteem

heel langzaam gaan. Als er een nieuwe energiebron

wordt uitgevonden, duurt het minstens

vijftig jaar voordat de bron een substantieel

aandeel van de energiemix levert.

Fabrieken en centrales moeten worden gebouwd,

onderzoek moet worden gedaan,

en mensen moeten worden opgeleid.

Volle kracht vooruit

Stel dat we in het jaar 2050 tien procent

van het wereldwijde energiegebruik

door windturbines willen laten

opwekken. Laten we aannemen dat

de energiebehoefte tegen die tijd is

verdubbeld tot 22.000 Mtoe per jaar,

wat gelijk is aan 920 EJ (1 EJ=10 18

joule). Een windturbine van 3 MW

met een capaciteitsfactor van 33%

produceert 3.1 ·10 13 J per jaar. Dus als

we met wind 92 EJ per jaar willen opwekken

(10% van de wereldbehoefte),

dan hebben we in 2050 bijna 3 miljoen

windmolens nodig, wat betekend

dat we vanaf nu zeven windturbines

per uur moeten bouwen tot aan 2050.

En dat is om slechts 10% van de wereldenergiebehoefte

te dekken. Dit

voorbeeld laat zien dat we alle schone

energiebronnen moeten ontwikkelen,

en dat er niet één energiebron in zijn

eentje het energieprobleem kan oplossen.

Of ons energiesysteem duurzaam wordt of niet, hangt af

van de hoeveelheid geld die we willen besteden aan schone

energiebronnen.

57


58

Om de snelheid waarmee de energiebehoefte

groeit te illustreren, laat fi guur 17

de verwachte toename van het Chinese

elektriciteitsgebruik zien voor de komende

25 jaar. Chinese energieplanners denken

dat het grootste gedeelte van deze groei gerealiseerd

zal worden met kolencentrales.

Energie-onderzoek

In de toekomst zullen we alle mogelijke

en beschikbare energiebronnen zeer hard

nodig hebben. Op dit moment wordt dan

ook veel wetenschappelijk onderzoek gedaan

met als doel nieuwe energiebronnen

te ontwikkelen, de bestaande bronnen te

verbeteren, en ons energieverbruik effi -

ciënter te maken. Bedrijven in rijke landen

besteden veel geld aan het verbeteren van

bestaande commerciële energietechnologie.

Publieke organisaties zoals universiteiten

en onderzoeksinstituten proberen

energietechnologieën te ontwikkelen die

nog geen geld opleveren.

Olie- en gasproducenten proberen nieuwe

voorraden aan te boren door gebruik

© Shell Hydrogen - www.shell.com/hydrogen

te maken van nieuwe meetmethoden en

geavanceerde computermodellen. Ze

proberen ook meer olie en gas te halen

uit bestaande bronnen, door technieken

zoals het injecteren van stoom of CO 2 .

Een andere veld van actief onderzoek

is CO 2 -opslag: om de uitstoot naar de

atmosfeer tegen te gaan kan CO 2 , afkomstig

van het verbranden van fossiele

brandstoff en, worden opgeslagen in

oude gasvelden of waterhoudende lagen.

Kolenbedrijven proberen methaan (het

belangrijkste bestanddeel van aardgas) te

winnen uit ondergrondse kolenlagen, of

zelfs onder de grond kolen in gas om te

zetten.

De bedrijven die ruwe olie bewerken tot

brandstoff en als benzine en kerosine, proberen

de hoeveelheid zwavel en andere

schadelijke stoff en in hun producten te

verminderen. Bedrijven die elektriciteitscentrales

bouwen proberen de effi ciëntie te

verbeteren, en vervuiling te verminderen.

Veel bedrijven en publieke organisaties

zoals universiteiten ontwikkelen nieuwe

technologie om duurzame energie, zoals

Een bus in Amsterdam die rijdt op

waterstof. De bus maakt gebruik van

brandstofcellen en een elektromotor.


wind en zon, op steeds goedkopere en effi

ciëntere manier te kunnen gebruiken.

In de sector van de eindgebruikers loopt

het onderzoek nog sterker uiteen. De

meeste energieverbruikende apparaten,

van koelkasten, gloeilampen, auto’s en

motoren, tot industriële ovens en boilers,

worden steeds effi ciënter. De lijst van projecten

voor onderzoek en ontwikkeling

die de laatste jaren zijn uitgevoerd op het

gebied van energietechnologie is lang, en

er zijn veel goede resultaten geboekt.

Een aantal energiebronnen die in hoofdstuk

4 aan de orde kwamen worden nog

steeds actief onderzocht. Zo is er een wereldwijd

onderzoeksprogramma om energie

uit kernfusie te ontwikkelen, wat al veel resultaten

heeft opgeleverd. De onderzoekers

verwachten dat fusie-energie rond 2040

commercieel beschikbaar zal komen.

Waterstof: de energiedrager van de

toekomst?

In het ideale geval zouden we voor alle

toepassingen elektriciteit willen gebruiken,

omdat het gemakkelijk te transporteren

is en schoon in het gebruik. We hebben

echter al gezien dat elektriciteit een

aantal nadelen heeft, met name het feit

dat je het moeilijk op kunt slaan. Daarom

gebruiken we meestal fossiele brandstoffen

zoals benzine voor transport: benzine

is gemakkelijk op te slaan, en bevat een

grote hoeveelheid energie in een klein volume.

Voor de toekomst zouden we dus

graag een stof willen hebben die je gemakkelijk

kunt opslaan en transporteren,

die veel energie bevat, geen vervuiling

veroorzaakt, geen CO 2 produceert, en

die, zodra we dat willen, op een effi ciënte

manier kan worden omgezet in bijvoorbeeld

elektriciteit. Kortom: we willen een

effi ciënte en schone energiedrager.

Voor dit doel zijn in het verleden verschillende

brandstoff en voorgesteld zoals methanol,

ethanol, speciale kunstmatige vloeistoffen

als dimethyl-ether (gemaakt van aardgas

of steenkool), gecomprimeerd aardgas, en

waterstof. Van al deze stoff en biedt waterstof

de meeste voordelen. Waterstof kan worden

gemaakt uit een groot aantal primaire energiebronnen,

zoals aardgas, steenkool, olie,

biomassa, zonlicht, wind, kernsplijting en

kernfusie. Het kan op de plek waar het nodig

is op een effi ciënte manier worden verbrand

of worden omgezet in elektriciteit,

waarbij alleen water vrijkomt. Als waterstof

wordt gemaakt met behulp van duurzame

energiebronnen, kernenergie of kernfusie,

of met fossiele brandstoff en waarvan de

CO 2 wordt opgeslagen, komen er geen vervuilende

stoff en of broeikasgassen bij vrij.

Een kleine brandstofcel als voedingsbron

voor een laptop. In de dunne

cilinder zit het waterstof.

Waterstof is dus beslist geen nieuwe energiebron:

het is alleen een handige tussenvorm

van energie. We hebben eerst

energie nodig om water om te zetten in

waterstof, bijvoorbeeld met behulp van

elektrolyse of een chemische reactie. Om

één kilo waterstof te maken, heb je ongeveer

50 kWh elektriciteit nodig.

Het gebruik van waterstof als all-round

energiedrager leid tot het idee van een

waterstofeconomie. In een waterstofeconomie

zijn waterstof en elektriciteit de

belangrijkste energiedragers, en het hele

energiesysteem is hieromheen georganiseerd.

Het idee van een waterstofecono-

© Fraunhofer ISE

59


60

mie is al vaak onderzocht. De eerste onderzoeken

werden gedaan in de jaren ‘50

en ‘60, toen waterstof werd beschouwd

als aanvulling op een grootschalig energiesysteem

gebaseerd op kernsplijting.

Het waterstof zou gebruikt worden om

de elektriciteit van kerncentrales buiten

de piekuren op te slaan. Later werd het

gebruik van waterstof onderzocht als opslagmedium

voor de fl uctuerende energie

uit duurzame bronnen, of om een tweede

energienetwerk te bouwen als aanvulling

op het bestaande elektriciteitsnetwerk.

Sinds kort bestaat het idee om waterstof

te maken van fossiele brandstoff en, en het

vrijkomende CO 2 op te slaan in oude gas-

of olievelden, of in ondergrondse waterhoudende

lagen.

Conclusie

Alle grootschalige energiebronnen hebben

hun voordelen en hun nadelen. Bij fossiele

brandstoff en komen broeikasgassen

en andere vervuilende stoff en vrij, nieuwe

stuwdammen hebben grote invloed op het

Ondergaande zon boven een olieveld

milieu en lokale bevolking, biomassa heeft

veel land nodig. Kerncentrales stoten geen

vervuilende stoff en uit, maar produceren

radioactief afval. Het gebruik van fossiele

brandstoff en maakt een land vaak sterk

afhankelijk van andere landen. Kennelijk

kunnen we niet iets goeds hebben, zonder

dat er ook iets slechts bij komt kijken. Het

is daarom het beste om een gemengd energiesysteem

te hebben, waarin alle mogelijke

energiebronnen worden gebruikt. Op

die manier blijven de risico’s en negatieve

gevolgen van alle bronnen beperkt.

Maar er zijn nog meer argumenten voor

een gevarieerde energiemix. Mensen die in

een grote stad wonen, hebben het meest

aan gecentraliseerde energieopwekking in

elektriciteitscentrales van 1000 MW of

meer, gecombineerd met een sterk elektriciteitsnetwerk.

Gebieden in het platteland

hebben echter meer aan gedecentraliseerde

energiebronnen die in kleine

eenheden gebruikt kunnen worden, zoals

wind- en zonne-energie.

Het energiesysteem verandert slechts

langzaam omdat het erg groot is. De beslissingen

die we nu nemen over welke

technologieën we moeten gaan ontwikkelen

en ondersteunen, bepalen voor een

groot deel hoe ons energiesysteem er over

vijftig jaar en verder uit zal zien. We moeten

ervoor zorgen dat de generaties die

na ons komen de mogelijkheid hebben

om hun energie op een schone, duurzame

manier op te wekken. Omdat er nog

zoveel onduidelijk is over de toekomst,

lijkt het verstandig om in ieder geval alle

denkbare energiebronnen te ontwikkelen,

zodat ze beschikbaar zijn op het moment

dat de wereld ze nodig heeft.

Onderzoek naar duurzame energiebronnen,

een veilige en schone manier om

kernenergie te gebruiken, en de ontwikkeling

van nieuwe bronnen als kernfusie

zijn allemaal nodig om ons energiegebruik

tot in de verre toekomst zeker te

stellen. De toekomst van de energie begint

vandaag.


Deze publicatie, die met fi nanciële steun van de Europese Commissie tot stand is gekomen, is geproduceerd binnen

het raamwerk van de European Fusion Development Agreement (EFDA). De EFDA-partners zijn de Europese

Commissie en de partijen die aan het Europese fusieprogramma zijn geassocieerd. Het Europese fusieprogramma

wordt gecoördineerd door de Commissie.

Noch de Commissie, noch de Geassocieerde Partijen of iemand die voor hen optreed, kan verantwoordelijk worden

gehouden voor schade die voortvloeit uit het gebruik van de informatie in deze publicatie. De meningen en opinies

die naar voren worden gebracht komen niet noodzakelijkerwijs overeen met die van de Europese Commissie. Het

copyright van tekst, afbeeldingen en lay-out ligt, indien anders vermeld, bij de EFDA-partners.

More magazines by this user
Similar magazines