Het Energie verhaal

Leestijd: 21 minuten

Ok deze post kan ik op 2 manieren uiteenzetten: Van energiebron naar jou of van jou naar energiebron. Het makkelijkst is denk ik van jou naar energiebron, dan ga je steeds dieper in op waar jouw energie vandaan komt maar ik denk dat ik het andersom ga doen. Van energiebron naar jou.

Goed.

De bron van vrijwel alle energie op deze planeet is de zon.

Energie die wij binnen krijgen door te eten en de elektriciteit die we gebruiken om onze lampen aan te doen komt allemaal van de zon, als je maar ver genoeg terug rekent. Het begint allemaal met 2 waterstof atomen in de kern van de zon. Door de immense druk in de kern van de zon dat een gevolg is van de zwaartekracht, ontstaat er kernfusie (Meer hierover in de post over het heelal). De twee atomen worden tegen elkaar aan geperst, breken door een paar krachten heen en fuseren uiteindelijk in een helium atoom, simpel gezegd. Hierbij verliest het atoom een klein beetje massa maar doordat massa keer de snelheid van het licht in het kwadraat gelijk staat aan energie, zo schrijft Einstein ons voor (E=mc2), wordt deze massa omgezet in energie en in dit geval in een foton. Dit foton doet er geweldig lang over om vanuit de kern van de zon naar de rand van de zon te komen. Onderweg naar buiten namelijk, botst het foton een groot aantal keren met de materie in de zon. Zo vaak zelfs dat het tussen de 4.000 jaar  en de 170.000 jaar kan duren voordat het foton eindelijk het heelal in schiet. Dit is heel lastig te berekenen want je weet nooit exact hoe vaak er wordt gebotst maar dit zijn de schattingen. Daarna, als het foton uiteindelijk vrij spel heeft, is het binnen iets meer dan 8 minuten op de aarde.

FotonTravelTime

Op de aarde bestaan al redelijk wat miljoenen jaren dingen die in staat zijn om zo’n foton om te zetten in de vorm van koolwaterstoffen. Deze koolwaterstoffen komen we tegen in verschillende vormen zoals in aardappels, pasta, bananen, hout enzovoorts. Die dingen die deze energie van fotonen omzetten naar koolwaterstoffen zijn voornamelijk planten. Een klein aantal bacteriën is ook in staat deze vorm van energie op te slaan.

Ze doen dit door middel van fotosynthese. Dit trucje bestaat al behoorlijk lang. Zo’n 4.6 miljard jaar geleden is de aarde ontstaan. En het was toen echt niet lache op aarde. Super veel meteorietinslagen, vulkaanuitbarstingen en geen atmosfeer rond de hete aardbol. Nadat de aarde een beetje was bedaard en was afgekoeld bestond de atmosfeer voornamelijk uit CO2 en zat er nog geen zuurstof in de lucht. Zo’n 3.4 miljard jaar geleden is de eerste fotosynthese ontstaan. Dit waren bacteriën die in staat waren om infrarood licht om te zetten in zwavel en sulfaten in plaats van zuurstof. Het was echt geen pretje op aarde…

Vervolgens ontstonden de Cyanobacteriën en deze beestjes konden als eerste zuurstof produceren met het pigment chlorofiel wat letterlijk groenlievend betekent (Chlorós is lichtgroen in het Grieks, fiel kennen we wel). Dit pigment is wat we nog steeds terugvinden in onze huidige planten. Zo’n 1,2 miljard jaar geleden kwamen de eerste algen. Ze waren rood en bruin en ze waren met heel veel waardoor de gehele planeet rood was in plaats van groen en blauw zoals het er nu uit ziet. Zie ook het plaatje hieronder om je een voorstelling te kunnen maken hoe de gehele planeet er destijds uit zag:

RodeAarde

Uiteindelijk ontstond er 750 miljoen jaar geleden de groen alg. Deze vriend was succesvoller dan de rode alg in de zin van dat de lichtgolven die deze alg absorbeert, meer energie levert dan de golven die de rode alg absorbeert. Daardoor konden er planten ontstaan die groter konden worden en uiteindelijk heeft dat er waarschijnlijk voor gezorgd dat we de planten hebben zoals we ze nu kennen.

Zie hieronder het ontwikkeltraject van planten, de energievangers van onze planeet.

Capture

Fotosynthese is het omzetten van licht, CO2 en water in zuurstof en koolwaterstof. Het proces haalt CO2 uit de lucht, water uit de grond en vangt een foton op van de zon en vormt daarbij zuurstof en suikers waarbij de plant suikers graag wil bewaren maar zuurstof in de lucht spuugt. Die zuurstof gebruiken wij weer om het proces om te keren als we planten eten. We halen de suikers uit de planten, de zuurstof uit de lucht en daarbij komt energie vrij om ons in leven te houden en CO2 die we als afval weer in de lucht uitademen. Dat is dus energie die uit de zon komt en eigenlijk proberen alle wezens op deze planeet een beetje zonnenenergie van elkaar af te pakken.

Dit proces is vergelijkbaar met het verbranden van een blok hout. De warmte die daar vanaf komt is warmte van de zon. We hebben dus te maken met een klein mini zonnetje. Vinden we het misschien daarom zo magisch en fascinerend om naar de vlammen te kijken? Die energie uit dat blok hout is dus energie die zo’n 100.000 jaar geleden is ontstaan door twee fuserende waterstofatomen, waarvan het vrijgekomen foton is opgenomen door één of ander blad van een of andere boom misschien zo’n 15 jaar geleden. Dat blad heeft het suiker molecuul dat was ontstaan uit fotosynthese ergens opgeslagen in de stam en die stam is een jaar geleden omgehakt en licht nu lekker te knapperen in de haard. Wat een bizar verhaal…

Mensen hebben ontdekt dat je met dit handzame mini zonnetje, waar zo lekker veel warmte vandaan komt, water kunt koken. En als je water kookt, zo hebben ze daarna ontdekt, ontstaat er een andere vorm van water dat veel meer ruimte in beslag neemt dan wanneer het vloeibaar is. Stoom. En met die uitzetting van volume als je van vloeibaar water stoom maakt, kan je andere energie opwekken. Bewegingsenergie bijvoorbeeld. Kijk maar naar een stoomlocomotief. Dat ding gaat rijden doordat stoom druk uitoefent op een zuiger in een cilinder die verbonden is aan een wiel via een metalen overbrenging. Dat ziet er dan zo uit:

rodsmed1[1]

Mensen kregen steeds meer vraag naar stoom en de toepassingen van stoom waardoor er al snel heel veel kleine mini zonnetjes nodig waren om al dat water te koken. Ergens in Engeland vond men na een tijdje uit dat één of andere soort zwarte steen heel makkelijk brand. Men noemde het steenkool en het bleek te bestaan uit samengeperste fossiele plantenresten. Het fikt zo goed dat het soms spontaan zelf ontbrand. Het brand namelijk al bij 50 graden en steenkool wordt uit zichzelf warm als je het niet afsluit van zuurstof… Uiteindelijk bleek er zo veel steenkool te bestaan wat ook nog eens makkelijk te mijnen was, dat dit de grootste aanwakkeraar was van stoommachines en daarmee een belangrijke rol heeft in de industriële revolutie. Van die revolutie profiteren we nog steeds alleen hebben we nu toegang tot veel meer soorten fossiele brandstof.

We gebruiken tegenwoordig benzine en diesel om onze vervoersmiddelen te laten rijden en varen, kerosine om vliegtuigen te laten vliegen en aardgas en steenkolen om elektriciteitscentrales in de lucht te houden. We gebruiken dus mini zonnetjes die blijkbaar vroeger zijn ontstaan, het zijn immers fossiele brandstoffen maar,

Hoe ontstaat dat spul eigenlijk?

Ok, we gaan even een stapje terug. We gaan naar een tijdperk genaamd Carboon.

In het Carboon, een tijdsperk dat zo’n 358 miljoen jaar geleden (0,36 miljard) begon en zo’n 298 miljoen jaar geleden eindigde, is er heel veel plantmateriaal onder een dikke laag klei en zand terecht gekomen. Normaal gesproken gebeurt dit niet zo vaak en heeft de gestorven plant tijd om weg te rotten en om opgegeten te worden door dodenplantenresten-eters zoals pissebedden en oorwurmen en miljoenpoten en slakken. Zeg maar het soort beest waar je altijd een beetje van denkt: “Gadver”. Hiermee komt de tijdelijk opgeslagen koolstof die de plant eerder in zijn relatief korte leven uit de lucht heeft gevist, weer terug in de lucht.

Dit is CO2 dat slechts tijdelijk is opgeslagen. In de winter zie je de COlevels stijgen doordat dode planten verteren en daardoor hun CO2 weer in de lucht loslaten en in de zomer op het moment dat alle plantjes weer gaan groeien, zie de COlevels weer dalen:

CO2variations

In het Carboon echter is een groot deel van dit plantenmateriaal niet normaal verteerd zoals gebruikelijk maar is er zoals gezegd een groot deel bedekt geraakt door zand en klei en vervolgens diep onder de grond terecht gekomen. Hierdoor is een zeer groot deel van de CO2 dat destijds in de lucht zat uit de lucht gehaald en nooit meer teruggegeven aan de lucht. Door de diepte waarop deze dode planten terecht is gekomen is er veel druk ontstaan op dit plantenmateriaal. De combinatie tijd, warmte en druk heeft ertoe geleid dat we nu uit de bodem van de aarde allerlei hele oude opgeslagen energie kunnen toveren. We noemen deze oude energie zoals gezegd ‘fossiele brandstof’. Dat zijn dus kleine minizonnetjes die misschien wel 300 miljoen jaar geleden zijn ontstaan.

Wat doen we nou precies de hele dag met deze brandstof?


 

Fossiele brandstof kader.

In principe zijn we de hele dag door bezig met een beetje alles te verbranden, zet je je lamp aan thuis? Dan gebruikt een vent ergens anders in het land dat als goede reden om weer wat steenkool in de hens te zetten. Dat vinden we gewoon mooi en fascinerend. We maken ook plastic en wat andere zaken van olie maar van het overgrote deel stoken we er gewoon lekker fikkie mee. We hebben te maken met verschillende soorten fossiele brandstoffen en de meest bekende zijn aardolie, aardgas en steenkool.

Steenkool

Steenkool is een vaste stof dat is ontstaan uit bruinkool. Bruinkool is weer ontstaan uit veen. Als we steenkool langer aan hoge druk en hoge temperatuur blootstellen, wordt het eerst antraciet, vervolgens grafiet en uiteindelijk diamant…

Nou goed, we verbranden in Nederland dus potentiële diamanten en dat doen we voornamelijk om elektriciteit op te wekken. Zo’n 28,7% van de in Nederland opgewekte elektriciteit komt uit de verbranding van steenkool (CBS 2014).

Het verbranden van 1kg steenkool levert 2,6 kilo CO2 op. Echter, het totaal van transport, opslag, winnen en opsporen van steenkool levert ook extra CO2 uitstoot op wat een totaal van 3,1kg CO2 per kilo steenkool genereert.

Aardgas

De meeste elektriciteit komt van de verbranding van aardgas. In 2014 kwam 48,2% van al onze elektriciteit van aardgas.

ElekProd2014

Aardgas wordt voornamelijk in en om de Noordzee gewonnen en vooral in Slochteren in Groningen:

AardGasNederland

(Bron: “Natural gas NL” by derivative work: MJSmit (talk)Satellite_image_of_the_Netherlands_in_May_2000.jpg: created by – Satellite_image_of_the_Netherlands_in_May_2000.jpg. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Natural_gas_NL.png#/media/File:Natural_gas_NL.png)

Ten opzichte van steenkool is aardgas redelijk vriendelijk voor het milieu. Per 1m3 aardgas komt ongeveer 1,8kg CO2 vrij. Echter door alles wat erbij komt kijken qua opsporing, winning en transport is de totale uitstoot zo’n 2,2kg. Soms wordt aardgas gezien als nare bijkomstigheid van het winnen van aardolie en wordt het of afgefakkeld of wordt het losgelaten in de atmosfeer. De betere optie voor het milieu is om het af te fakkelen want bij het loslaten in de lucht is aardgas wat grotendeels bestaat uit methaan, een 25 keer krachtiger broeikasgas dan CO2. De reden waarom aardgas simpelweg wordt verbrand is omdat het te veel kost om te transporteren of omdat het in armere landen niet gevraagd wordt en daardoor niet nodig is.

Aardolie

Aardolie is de laatste in het rijtje. Het wordt ook wel crude oil of petroleum genoemd. Hiervan wordt voornamelijk gebruik gemaakt door de transportsector (lees: auto’s, vrachtauto’s, vliegtuigen, boten).

Olie vinden we het meeste in het Midden-Oosten zoals dit kaartje laat zien:

OlieHebbers

Goed om op te merken is dat hoe groter het land op deze kaart, des te meer olie het heeft en dat de gele en de blauwe landen het meeste olie gebruiken. Amerika gebruikt dus het meest en Saoedi Arabië heeft het meest.

Hoe liggen de verhoudingen exact in Nederland?

Nederland gebruikte in 2007 in totaal 4200 Peta Joule aan energie. Neem even de tijd om onderstaande afbeelding te bekijken, dit is interessante shit.

llnlNL

Helemaal links in bovenstaande stroom diagram zie je wat er zelf wordt gewonnen (domestic) en wat wordt geïmporteerd (imports). De hoeveelheden exports is redelijk groot en Nederland staat dan ook nummer 1 als het gaat om import van olie producten en op nummer 2 voor export van deze producten (http://www.eia.gov/beta/international/country.cfm?iso=NLD). Wat verder opvalt, is dat olie voornamelijk wordt gebruikt door de transport. Er wordt 480 PJ aan aardgas gebruikt om elektriciteit mee op te wekken met steenkool daarop volgend met 240 PJ. De 3 grootste pijlers van energie verbruik zijn de transport (1300 PJ), de industrie (1100 PJ) en de elektriciteit opwekking (890 PJ).

Kijken we naar Amerika voor dezelfde diagram:

llnlUSA

Dan zien we eigenlijk dezelfde posten als de grootste verbruikers van energie. Wat echter opvalt aan dit verhaal is dat Amerika naar verhouding veel meer steenkool dan aardgas verbruiken voor de opwekking van energie. En we weten inmiddels dat steenkool meer van het broeikasgas CO2 per kilo in de lucht brengt dan aardgas.

Hoe zit dat met China?

llnlCH

China’s transportsector is qua energie verbruik kleiner dan de huishoudens van China, dat is opmerkelijk! Daarbij komt dat China giga veel steenkool verbruikt.


Kijk even naar dit grafiekje:


Jij: “Wow! Wat zegt dit grafiekje precies?”

Ik: “Nou, wat denk je dat het grafiekje weergeeft? Mensen zijn sinds de industrialisatie bezig met een hoeveelheid CO2 in de lucht uit te stoten waardoor de huidige levels hoger zijn dan dat het in tijden is geweest.”

De afgelopen 800.000 jaar is de CO2 concentratie altijd rond de 180 ppm (parts per million) tijdens een ijstijd geweest en rond de 280 ppm geweest als het geen ijstijd was. Gemiddeld dus 230 ppm (even kort door de bocht uitgerekend) . Sinds de industriële revolutie is dit gaan stijgen. Ieder jaar weer. Tussen 1965 en 1974 is de CO2 in de lucht ieder jaar zo’n 1,06 ppm gestegen. tussen 2005 en 2014: 2,11 ppm. Zie onderstaande tabel:

CO2increaseTabel

De CO2 concentratie van vandaag, kan je altijd hier opvragen. Op dit moment staat de ‘teller’ op: 398.82 PPM. Dat is dus ongeveer 170 ppm meer dan het grof genomen gemiddelde van de afgelopen 800.000 jaar.

Een hoge hoeveelheid CO2 in de atmosfeer zorgt voor een groter broeikaseffect op de aarde wat er voor zorgt dat de aarde gemiddeld in temperatuur stijgt. Sommige mensen ontkennen dat er een relatie zit tussen stijging van CO2 en stijging van de temperatuur maar, kijk en oordeel even zelf met onderstaande grafiek.

TempCO2rela

Je ziet dat bij de hoogste CO2 gehaltes (280 ppm) van de afgelopen duizenden jaren, de temperatuur zo’n 2 graden hoger ligt dan nu. Bij de laagste temperaturen van de afgelopen duizenden jaren (180 ppm), lag de de temperatuur zo’n 10 graden lager dan nu. Ook zie je een relatief kleine vertraging van enkele jaren in het meelopen van de temperatuur met de CO2 veranderingen. Dat betekent dat we met de huidige levels van CO2 in de lucht, we nog even mogen wachten op de temperatuurstijging. Ik ben zelf geen deskundige op dit gebied maar als ik de blauwe lijn doortrek naar de huidige levels van CO2 (398 ppm) dan mogen we een verhoging van de huidige temperatuur verwachten van zo’n plus 14 of 15 graden in de komende jaren. Ik weet niet of iemand daar blij van wordt (het is nu in de zomer gemiddeld zo’n 20 graden, we hebben soms te maken met hitte golven met pieken van 35 graden (god, wat een hoop geklaag dan van iedereen) en met de huidige hoeveelheid CO2 in de lucht is het binnenkort altijd 35 graden, in Nederland. Gemiddeld, in de zomer). Geen zorgen, de echte deskundigen hebben het voorlopig nog over een stijging van 2 graden, voor zover ze kunnen kijken.

De vraag of deze temperatuurstijging goed of slecht is, moet iedereen voor zichzelf beantwoorden. De algemene stelling – ondanks tegenstellingen die gedaan worden door lobbyisten in de vorm van (omgekochte?) wetenschappers – is dat het gevolgen heeft voor de leefbaarheid op aarde. Er kunnen op plekken waar nu veel vegetatie staat woestijnen ontstaan en kan er op plekken waar het nu sporadisch regent, opeens gigantisch veel gaan regenen. Diersoorten zullen niet snel kunnen meegaan met de veranderingen van hun leefgebied en zullen dus uitsterven wat allerlei zielige filmpjes van ijsberen op de Noordpool zal veroorzaken. Stormen die nu al redelijk grote ravages aanrichten worden super stormen die gigantisch grote ravages aanrichten.

Er is veel economisch en politiek belang bij het in stand houden van de verbranding van fossiele brandstoffen. In de klimaatzaak waarbij de Nederlandse staat wordt aangeklaagd door een stel bezorgde burgers over of de overheid wel genoeg doet om de snelheid van de opwarming van de aarde terug te dringen, komt dit deels naar boven. De winning en verbranding van fossiele brandstoffen is een goedkopere manier van het voldoen aan de energiebehoeftes die mensen hebben dan wanneer je overal zonnepanelen en windmolens zou plaatsen. Hieronder – even tussendoor – zie je een interessant plaatje van het oppervlak aan zonnepanelen dat je nodig zou hebben om de gehele wereld energiebehoefte te kunnen vervullen. Zonder CO2 uitstoot.

zonnepanelen

Het groene blokje dat je in Egypte zit staan is groot genoeg voor geheel Europa en Noord-Afrika. Dat is toch bizar?

Een goede vraag zou zijn: “Waarom werken we nog steeds op de oude manier als het gaat om onze energiebehoefte?”

Logischerwijs zal onze huidige consumptie van fossiele brandstoffen uiteindelijk er voor zorgen dat het allemaal op is. Schattingen lopen een beetje uiteen maar je mag er vanuit gaan, na een beetje googelen, dat het over zo’n 100 jaar wel een beetje klaar is met de pret. En stel dat we niet tegen het einde aan zouden lopen van onze fossiele brandstofvoorraden, hoe loopt het af met ons klimaat? Wordt het niet heel snel tijd om wat te gaan doen aan ons CO2 probleem?

We hebben allemaal de grafiek gezien die de directe relatie weergeeft tussen CO2 en de temperatuur. Ondanks dat ik geen expert ben op dit gebied kan ik met deze grafiek een inschatting maken wat voor invloed de huidige CO2 niveau’s gaan hebben op de temperatuur stijging. Volgens deze paper is een CO2 gehalte van 385 ppm genoeg om vrijwel alle gletsjers te laten smelten om vervolgens voorlopig niet meer terug te groeien. Dit zou een eenmalige vloedgolf van smeltwater kunnen veroorzaken en daarna zullen alle rivieren opdrogen. Dit is inclusief de gletsjer op de Himalaya, de Andes en de Rocky Mountains waarvan honderden miljoenen mensen afhankelijk zijn in hun water behoeftes. Hebben we denk je nu te maken met een vluchtelingen crisis? Wacht maar tot heel India op zoek gaat naar water en daarvoor richting Europa gaat trekken.

Denk hier anders even over na: Waarom willen we wachten tot alle fossiele brandstoffen op zijn in plaats van zoeken naar alternatieven, los van CO2 uitstoot en de mogelijkheid dat dit invloed heeft op het klimaat en los van dat invloed op het klimaat goed of slecht zou zijn?

Het andere CO2 probleem – Oceaan verzuring

Niet alleen het land zal zeer binnenkort merken wat we met de industriële revolutie hebben teweeggebracht. Ook de oceanen en alle daarvan afhankelijke organismen gaan er veel van merken. De oceanen worden zuurder (CO2 lost op in water en vormt diwaterstofcarbonaat oftewel koolzuur zoals in cola). De oceanen zijn tussen 1751 en 1994 in pH waarde gedaald van 8,25 naar 8,14 wat een stijging van 30% H+ ionen betekent. Een verzuring van de oceaan betekent dat het moeilijk wordt om te verkalken voor organismen die daarvan afhankelijk zijn. Schelpdieren, koraal en plankton zijn daarvan afhankelijk. Zij bezetten een zeer belangrijk plek in de voedselketen wat inhoudt dat als zij beginnen (uit) te sterven, de hele oceaan begint (uit) te sterven. In het jaar 2100, zo wordt geschat, hebben we te maken met pH in de oceanen van 7,8, een stijging van 126% H+ ionen gezien vanaf voor de industriële revolutie. Die arme schelpjes maken dan geen schijn van kans meer…

OceanPHincrease

Het stijgen van de temperatuur heeft ook tot gevolg dat de ijskappen smelten, we hebben de foto’s vast wel eens gezien van ooit immense gletsjers waar nu alleen nog maar land te zien is en vervolgens hebben we onze schouders opgetrokken. We hebben vast ook allemaal wel de verdrinkende ijsbeer gezien op de Noordpool en ook nog wel redelijk onze schouders opgetrokken maar het toch wel zielig gevonden maarja, boeiend. Het is ook zeker zo dat je er niets of in ieder geval niet veel aan kan doen want het blijft allemaal een redelijke ver-van-m’n-bed-show en die ene keer dat je de verwarming een dagje laag had staan midden in de winter voelde ook echt als een druppel op een warme plaat en heb je het de hele dag alleen maar koud gehad.

Jij: “Ok. Dit is echt om depressief van te worden. Wat kunnen we doen om dit allemaal niet te laten gebeuren?”

Ik: “We zouden een aantal dingen kunnen doen om dit te stoppen en om de reeds gedane schade terug te dringen. Ik zal proberen hieronder een strategie te formuleren, beginnend met de opties.”

Schone energie

Er is een mogelijkheid om schone energie te produceren. Schone energie staat gelijk aan zonne-energie gebruiken waarbij het aantal stappen en tijd tussen foton en het weer verbranden of gebruiken van die energie kort is. Een lange route is het verbranden van opgeslagen energie in fossiele brandstoffen. Die zonne-energie zat er al 300 miljoen jaar in opgesloten en dat is redelijk lang te noemen. Kort is energie die 8 minuten geleden van de zon is vertrokken en nu op de aarde terecht komt. Een beetje korte energie is energie die een paar jaar tot een paar uur geleden de aarde heeft bereikt en op één of andere manier is gevangen door iets of iemand op de aarde.

Korte energie en een beetje korte energie wat gevormd wordt door warmte van de aarde, water (dammen, het tij, golven, temperatuur verschillen), biomassa (dat is het verbranden van bomen) en wind is eigenlijk meer dan genoeg om de totale energie consumptie van de wereld te bedienen. Zonne-energie, de kortste vorm van energie die de aarde jaarlijks bereikt, is per jaar genoeg om 9000 keer de aarde te voorzien in de huidige behoeftes. 30% daarvan wordt in de lucht al opgenomen en uiteindelijk bereikt zo’n 50% van de energie de aarde. Uiteindelijk komt het erop neer dat de meeste mensen leven op plekken waar per vierkante meter zo’n 3,5 kWh tot 7 kWh te oogsten valt.

800px-Breakdown_of_the_incoming_solar_energy.svg

Windenergie, de schone energie die na de zon de op de tweede plek staat qua potentie, is iets lastiger om te winnen want je moet plekken vinden waar het lekker waait en waar de molens ook mogen staan van iedereen want ze zijn niet heel mooi. Om dus de volledige potentie te kunnen oogsten moet je flink veel moeite doen. Dus ook al is de potentie van windenergie groter dan de totale wereld vraag naar energie, het volledig benutten van de potentie wordt lastig en de vraag is of we tijd hebben om daar lekker met z’n allen over te gaan bakkeleien.

Overige energiebronnen hebben ook veel energie potentie, zoals biomassa. Biomassa is redelijke korte energie want het bestaat uit planten die op dit moment groeien, vandaar biomassa dus. Als je deze planten 5 jaar geleden hebt geplant en vandaag verbrandt, komt er CO2 in de lucht die maximaal 5 jaar lang uit de lucht is geweest. Om deze CO2 weer te vangen heb je dus ook maar 5 jaar nodig. Een nadeel is wel dat je behoorlijk veel land nodig hebt voor een redelijk laag rendement.

Ik zou de wereld daarom aanraden om zonnepanelen neer te zetten. Eerder hebben we al kunnen kijken naar het oppervlak dat nodig is om alle energie voor Europa en Noord-Amerika te kunnen regelen met een zonnepanelenveld ergens in de Sahara van Egypte. Hetzelfde kunnen we voor de rest van de wereld doen op een zelfde verlaten, droge, zonnige plek. De aarde ontvangt heel veel potentiële zonne-energie. Zie onderstaande tabel waarbij het potentiële aanbod per regio wordt aangegeven:

PotentialSolarEnergy

En onderstaande afbeelding laat het vermogen zien in Watt per vierkante meter. De zwarte stippen geven theoretische plekken aan die tezamen voldoende energie leveren om de totale wereld behoefte aan energie te dekken, 18 TW.Solar_land_area

Hoeveel zonnepanelen moeten we dan bouwen? En wat kost dat dan?

Het International Energy Agency heeft berekend dat in 2014 de totale energie consumptie 8979 Mtoe (million tons of oil equivalent) betrof. 1 Mtoe staat gelijk aan 11630000000 kWh dus de totale wereld consumptie staat gelijk aan 1.0442577E+14 kWh.

Een vierkante meter zonnepaneel levert gemiddeld per jaar 120 kWh aan energie op in Nederland maar er zijn ook panelen die 165 watt per 2 vierkante meter kunnen produceren. Deze panelen gaan we gebruiken voor de berekening van het oppervlak dat we nodig hebben om de wereld te voorzien van zonne-energie. 165 watt = 0,165kWh. We gaan de panelen op super zonnige gebieden plaatsen zoals in de Sahara. De Sahara beschikt over 4000+ uren zon per jaar. 4000 uur keer 0,175 kWh = 700 kWh per jaar. Wil je de gehele wereld wereld voorzien met zonne-energie uit de Sahara, heb je 298.359.342.857 m2. Dat staat ongeveer gelijk aan 298.343 km2 oftewel ongeveer de grootte van landen zoals: Finland, Nieuw Zeeland, Japan en Polen. De Sahara zelf is 9.400.000 km2 en is dus meer dan 30 keer groter dan ons super zonnepaneel.

De prijs van een vierkante meter zonnepaneel is zo’n 200 euro per vierkante meter. Het super zonnepanelenpark kost dus een kleine 60.000.000.000.000 euro (60.000 miljard). Er zijn 7 miljard mensen op aarde. Als iedereen nu 8.571 euro zou inleggen is het dus gefixt. Maar, laten we ervan uitgaan dat lang niet iedereen op dit moment zo’n 8,5 duizend euro kan ophoesten dus we moeten een spaarplannetje bedenken waarbij we er van uitgaan dat je als persoon een levensverwachting hebt van zo’n 70 jaar. Dan betaalt iedereen over zijn gehele leven 30 cent per dag oftewel 121 euro per jaar. Een tussenwoning in Nederland moet zo’n 85 euro per maand aan gas betalen voor het verwarmen van z’n woning. Per jaar is dat 1020 euro. Elektriciteit kost per persoon zo’n 30 euro per maand wat op 360 euro per jaar uitkomt. Per jaar ben je dus, zonder auto al gauw een bedrag van rond de 1400 euro kwijt aan energie voor alleen wonen. Uiteraard is een woning een kleine schakel in het totale energie verbruik. Transport en de industrie zijn grotere spelers in de totale wereldconsumptie aan energie. Logischerwijs zullen zij dus een groter deel moeten betalen dan ieder persoon individueel en daarom is dit op papier een super goed idee 🙂 !

Uiteraard gebruiken we de energie die we opwekken met dit zonnepanelenpark niet in een keer. We moeten die energie dus opslaan in batterijen en batterijen zijn niet gratis. Daarnaast zal er een hoop energieverlies zijn als je de stroom van de Sahara naar China moet vervoeren en dus is het verspreiden van dit zonnepanelenpark over de verschillende delen van de wereld of zelfs per land veel haalbaarder.

Zonnepanelen in Nederland

Nederland gebruikte in 2013 3255 peta joule oftewel 904.166.666.666 kWh aan energie. We maken gebruik van een gemiddeld vermogen per vierkante meter zonnepaneel van 120 kWh per jaar en dan komen we uit op 7,5 km2 aan zonnepanelen die we voor Nederland nodig hebben. Dat is kleiner dan de gemeente Krimpen aan den IJssel in Zuid-Holland.

zonnepanelenInNL

Het vierkantje in bovenstaande kaart geeft het gebied weer dat zo’n 7,5 vierkante kilometer beslaat.

Gekapte bossen volbouwen met zonnepanelen.

De universiteit van Maryland heeft in samenwerking met Google Earth de ontbossing in kaart gebracht tussen 2000 en 2014. Zie het kaartje hieronder. De rode waas die je ziet lopen over de zwart-ingekleurde landen, zijn verdwenen bossen. Tussen 2000 en 2012 is er een oppervlakte ter grootte van Alaska aan bos verdwenen; 1,5 miljoen vierkante kilometer aan bos. In die afgelopen 12 jaar hadden we zonnepanelen kunnen plaatsen op de kaal gekapte plekken en dan zouden we nu 5 keer onze wereld energie behoefte kunnen opwekken.

 

Opschonen van CO2 in de lucht

Het plaatsen van zonnepanelen lost het probleem op van fossiele CO2 uitstoot maar, je kan er vanuit gaan dat het nog wel even duurt voordat de huidige te hoge CO2 concentraties weg zijn gewerkt. Wetenschappers adviseren om zo snel mogelijk terug te gaan naar een CO2 niveau van 350 ppm. Dat niveau wordt namelijk gezien als een tamelijk veilig niveau. Dit houdt dus in dat we moeten proberen om het huidige ppm niveau met zo’n 50 ppm te verlagen. Systemen die dat kunnen zijn de zogenaamde Carbon Capture and Storage systemen.

ccs carbon capture history

De bovenste afbeelding is een schets van Toshiba om te laten zien hoe een elektriciteitscentrale hun CO2 uitstoot door een 2e fabriek kan laten lopen. Deze fabriek bestaat uit een absorber die de CO2 bindt aan amines die zijn opgelost in water. Vervolgens gaat deze gebonden CO2 langs een stripper die de CO2 in vaste vorm losmaakt van de amines. De vaste CO2 kan een 2e leven gaan leiden als brandstof of het kan worden opgeslagen onder de grond.

Het bedrijf Carbon Engineering beweert op industriële schaal CO2 uit de lucht te kunnen halen om daar vervolgens benzine en diesel van te maken. En ze zijn niet de enige. Ook het bedrijf Global Thermostat is van plan hetzelfde te doen. Op deze manier kunnen ze CO2 neutrale brandstoffen maken en geeft het ieder land de mogelijkheid om zelf een ‘Olie’ land te worden zónder tussenkomst van oliebedrijven.

carbon_engineering_slab_air_contactor

Foto hierboven: Met grote apparaten wordt lucht naar binnen gezogen dat vervolgens door een oplossing wordt geleidt dat direct met de CO2 bindt en de overige lucht wordt weer naar buiten gebracht.

Bronnen (The Guardian, Carbon Engineering, Fortune)

Ontzuren van de oceanen

De oceanen hebben ook wat te verduren op dit moment. Een mogelijke oplossing voor het verzuren van de oceanen kan zijn om hele kleine machientjes in te zetten die kleiner zijn dan dikte van een enkele mensen haar. De universiteit van Californië in San Diego heeft namelijk nanobots uitgevonden die in staat zijn om CO2 in het water om te zetten naar calcium carbonaat, een mineraal dat ook in schelpen wordt gevonden. In hun experiment waren de onderzoekers die heel cool “Nanoengineers” worden genoemd, in staat om binnen 5 minuten 90% van alle opgeloste CO2 te verwijderen uit een wateroplossing. Deze nanobots kunnen zichzelf voortbewegen wat ervoor zorgt dat de CO2 eerder wordt ‘gevangen’ door de nanobot en wordt omgezet. Op dit moment is de brandstof voor deze nanobots nog waterstof peroxide (H2O2). Hierdoor worden de nanobots duurder en eigenlijk nog niet optimaal inzetbaar. De onderzoekers willen verder gaan met hun onderzoek om hun nanobots op water als brandstof te laten bewegen. Dit is een ideale situatie omdat ze dan hun omgeving kunnen gebruiken als brandstof voor hun voortbeweging.

Cartoon-of-CO2-micromotor

Hoe moet dit allemaal in een tijdsschaal worden gezet?

Op welke tijdsschaal dit te plotten is, is voor mij allemaal te speculatief en laat ik dan ook graag aan anderen over. Wat ik wel weet is dit: Wij mensen zijn ondanks alle waarschuwingen die we krijgen altijd zeer het-boeit-me-wel-maar-ik-doe-er-later-wel-wat-aan-achtig. Dat zal er dus ook in dit geval voor zorgen dat allerlei politiek bedreven zal worden om onder eerder gemaakte afspraken uit te komen. Een recente happening was de frauduleuze software van Volkswagen om onder allerlei milieu-eisen uit te komen. Dit is natuurlijk slecht voor de reputatie van Volkswagen maar aan de andere kant ook niet geheel verrassend vanwege de eerder genoemde reden dat het ons eigenlijk te weinig boeit. Ja, nu is het eventjes foei foei foei en ze hebben vrijwel al hun beurswaarde verloren maar over een paar jaar, praten we erover alsof er niks ernstigs aan de hand was. Tenzij natuurlijk, de gevolgen van ons eigen wanbeleid dagelijks zichtbaar zijn tegen die tijd.

Ik weet dat Elon Musk zeer pessimistisch is over het voortbestaan van de mensheid. Het klimaat is een van zijn grootste zorgen en is dé drijfveer om CEO te willen zijn van SolarCity, Tesla en SpaceX. SpaceX verbrandt natuurlijk een shitload aan kerosine elke keer dat er een raket de lucht in gaat maar uiteindelijk is het het doel om mensen op Mars te krijgen. Wat los je daarmee op zou je je kunnen afvragen? Zijn doomdenken gaat zo ver dat hij niet eens met zekerheid kan zeggen of we over 20 jaar nog wel bestaan. Misschien vergezocht maar wie weet? Om als mensheid te kunnen voortbestaan moeten we ervoor zorgen dat we een interplanetair ras worden en dus is de kolonisatie van Mars één van zijn grootste prioriteiten. Zijn overige bedrijven zijn intussen op zoek naar manieren om schone energie aan de normale man te brengen in de hoop dat we het tij nog kunnen keren.

We zullen wel zien hoe dit afloopt, ik ga naar huis…

 

Delen:
FacebookTwitterGoogle+Delen