Volgens diverse populair-wetenschappelijke websites is het dé oplossing voor het wereldenergietekort: zonnepanelen in de ruimte. Wat zijn de voor- en nadelen van het toepassen van satellieten die zonne-energie in de ruimte verzamelen? Een analyse.
Het voorstel van de Franse ruimtevaartgigant Astrium voor zonne-energiecentrales in de ruimte.
Hoe zullen de zonnecentrales er in de praktijk uit zien?
Een zonnecentrale zweeft boven de aarde om het zonlicht in de ruimte op te vangen. Omdat er helaas nog geen ruimtelift bestaat, moet de opgevangen zonne-energie draadloos naar de aarde worden gezonden en daar worden omgezet in elektriciteit. In diverse plannen worden hiervoor microgolven (bekend van de magnetron), een soort radiogolven, voorgesteld.
In de voorgestelde configuratie worden de zonnepanelen in een geostationaire baan (GEO) om de aarde gebracht. Deze hoogte, op rond de 35 786 km boven zeeniveau, heeft als voordeel dat de satelliet altijd boven dezelfde plek blijft zweven. GEO is uiteraard een gewilde plek voor bijvoorbeeld communicatiesatellieten; op dit moment zweven al veel satellieten in GEO.
Wat zijn de voordelen van een zonnecentrale in de ruimte?
De satelliet ontvangt bijna 24 uur per dag zonlicht, waardoor de zonnecentrale vrijwel continu vermogen kan leveren, ook als zonnepanelen op het aardoppervlak in de nachtzone terecht komen. De satelliet kan zo manoeuvreren, dat het zonnepaneel altijd loodrecht op de zon staat en zo maximaal rendement haalt. Door dit effect alleen al levert een zonnepaneel in de ruimte meer dan twee keer zoveel vermogen als een zonnepaneel op de evenaar, de gunstigste locatie, geografisch gezien.
Atmosferische gassen absorberen geen zonnestraling. Naar schatting levert dit zo’n 44% vermogenswinst op. Dit voordeel wordt nog groter vergeleken met niet-woestijnachtige gebieden waar het vaak bewolkt is.
Door het ontbreken van een atmosfeer zijn er geen problemen door slechte weersomstandigheden.
Er is geen land nodig om de zonnepanelen op te plaatsen.
Door de draadloze transmissie kan de zonnecentrale energie sturen naar de punten waar er tekort aan elektriciteit is, bijvoorbeeld in delen van de wereld waar het avond of winter is.
Ieder land kan zijn eigen zonnecentrale in een baan om de aarde plaatsen. Hierdoor is het land niet meer afhankelijk van het buitenland. Voor bijvoorbeeld Japan is dat een groot voordeel.
.. en de nadelen?
De ruimte is een uitermate slopende omgeving. Kosmische deeltjes bewegen met procenten van de lichtsnelheid door de ruimte en laten weinig heel van zonnepanelen. Dit halveert in de praktijk hun levensduur.
Ontelbare micrometeorieten bewegen met tientallen kilometers per seconde door het heelal. Ook deze beschadigen een zonnepaneel.
Een zware zonnevlam kan onvoldoende beschermde satellieten roosteren.
Er gaat het nodige vermogen (vijftien tot vijftig procent) verloren als de zonne-energie in de vorm van microgolven naar de aarde wordt gestuurd.
De lanceerkosten zijn hoog. Om aan het aardse zwaartekrachtsveld te ontsnappen is minimaal 17,4 kWh aan energie per kg massa nodig. Daarbij komt nog de gepeperde prijs voor de raket en het feit dat een raket verre van efficiënt werkt.
Reparaties vereisen een dure bemande vlucht, al zou je dit in principe op kunnen lossen door van op afstand bedienbare robots in te zetten.
Er moet een ontvangststation voor de straling worden ingericht. Dit moet voldoende ver van de bewoonde wereld worden ingericht en een enorme diameter hebben: rond de 10 km doorsnede. Ter vergelijking: een dergelijke oppervlakte, wanneer bedekt met zonnepanelen in de Sahara, is al groot genoeg om een derde van Nederland van energie te kunnen voorzien. We weten overigens ook niet of deze microgolfstraling niet schadelijke biologische gevolgen heeft. Uit experimenten in Wageningen blijkt dat in ieder geval de hoogfrequente straling van WiFi-router mogelijk nare gevolgen op planten heeft.
Wordt gekozen voor een geconcentreerde bundel op bijvoorbeeld een gebied van enkele hectares, dan ontstaan veiligheidsrisico’s. Als een hacker besluit voor de gein de bundel op het hoofdkantoor van Goldman Sachs te richten, of nog erger, ergens anders op, dan zijn de gevolgen vergelijkbaar met het gebakken worden in een magnetron.
Het Franse ruimtevaartbedijf Astrium ontwikkelde dit concept.
Doen of niet doen?
De huidige voorgestelde vorm is in ieder geval onzinnig. Er zal of een veilige, maar enorm grote constructie voor veilig vermogenstransport moeten komen, of een onveilige, geconcentreerde richtantenne. Het is verstandiger om zonnecentrales drijvend op zee of in de woestijn (plus op daken van huizen en bedrijven) neer te zetten. Dit is veel goedkoper.
Als met de komst van een ruimtelift het transmissieprobleem is opgelost, wordt het wel interessant. Aan de ruimtelift zouden dan enorme hoeveelheden zonnepanelen kunnen worden gekoppeld – koolstofnanovezels geleiden redelijk goed stroom.
Zinniger is het idee om delfstoffen te gaan winnen op de maan of planetoïden, aangedreven door zonne-energie. De gesmolten ertsen kunnen met een maglev-rail worden gelanceerd richting aarde of, nog slimmer, op de maan worden gebruikt voor het fabriceren van ruimtevaartuigen waarmee de rest van het zonnestelsel kan worden gekoloniseerd. Ook kunnen zeer energievretende fabricageprocessen – denk aan het fabriceren van koolstofnanovezels en kunstdiamant – in de ruimte uitgevoerd worden, waarbij dan zonne-energie gebruikt wordt.
Woestijnen, zoals de Sahara, staan bekend om hun enorme potentieel voor zonne-energie. Hooggebergtes blijken dit echter nog in de schaduw te stellen, blijkt uit onderzoek van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Alpenstroom in plaats van alpenkoeien?
Als je de temperatuurkaart en de zonnestralingskaart over elkaar heen legt, worden twee (rode) solar hot spots zichtbaar: de zuidelijke Andes en de Himalaya (West-Tibet).
‘Antartica één van de beste plekken’
Uit het onderzoek blijkt dat ondanks de lagere temperaturen, bergtoppen de beste plaats zijn voor zonnepanelen, aldus Kitaro Kawajiri van het instituut. Hij kwam op het idee om alternatieve locaties te zoeken nadat hij bedacht dat de efficiëntie van zonnepanelen door hogere temperaturen afneemt. Wat ook scheelt is vermoedelijk dat Japan wel veel hoge bergen, maar geen woestijngebieden kent.
In een artikel in het blad Environmental Science and Technology publiceerde Kotaro een kaart die voor het eerst zonne-instraling en de gemiddelde jaartemperatuur combineert om het gebied met het beste potentieel voor zonne-energie te vinden. De beste plekken, aldus Kotaro: Antarctica (geloof het of niet), de zuidelijke Andes en de Himalaya’s, die elk zo’n 20% meer zonne-energie produceren dan plekken op zeeniveau. Antarctica ligt te ver weg en kent een nacht van zes maanden lang, dus komt minder in aanmerking.
Himalaya en Andes nieuwe zonne-energiewalhalla’s
Volgens Kawajiri zijn de Himalaya en de Andes praktischer. Tibet, een woestijnachtige koude hoogvlakte, levert nu al waterkrachtenergie aan China via lange transmissielijnen. Deze kunnen volgens hem ook worden gebruikt om zonne-elektriciteit naar China te sturen, zodat dit potentieel makkelijk af kan worden getapt. Ook voor het kleine buurland Nepal is dit zeer interessant. Van de tien hoogste bergen ter wereld ligt meer dan de helft in Nepal. De droge, winderige hoogvlaktes en bergen in het noordwesten van het land vormen hiermee zowel voor zonne- als windenergie een zeer interessant oogstgebied.
De luchtvervuiling in de Nepalese Kathmandu-vallei is een enorm probleem. Zou zonne-energie de oplossing zijn?
Oplossing voor enorme luchtvervuiling in Kathmandu-vallei
Anderen geloven meer in een lokale toepassing van zonne-energie. De transmissieverliezen bij transport over honderden kilometers zijn enorm. Kawajiri wil zijn berekeningen verfijnen door ook rekening te houden met sneeuwval op grote hoogtes, die uiteraard de zon blokkeren, en het koelende effect van wind. Hij hoopt een plaats op zijn kaart te vinden die zowel geografisch als economisch zin heeft. Uit mijn hoofd zijn er twee van dat soort plaatsen, zeker. La Paz, de hoofdstad van Bolivia ligt vlak bij een zeer droge hoogvlakte. Dit geldt ook voor Kathmandu, de door luchtvervuiling geplaagde hoofdstad van Nepal, die in een soort kom ligt. Vervang alle benzine-auto’s door elektrisch vervoer en Kathmandu wordt weer leefbaar. Ook is Nepal de peperdure fossiele brandstoffen liever kwijt dan rijk – een liter benzine kost in Nepal een dagloon. Een transmissielijn van 200 km is hier zeker haalbaar. Wel moet je dan rekening houden met de vele aardverschuivingen in het gebied.
Nieuwe goudmijn voor Alpenlanden en Bulgarije
Dichter bij huis zijn mogelijk de Bulgaarse Karpaten interessant. Deze liggen op minder dan honderd kilometer afstand van de metropool Sofia en inderdaad zijn de bergtoppen van het Piringebergte de zonnigste gebieden van Bulgarije. Nog wat dichter bij huis: Tirol tegen de Italiaanse grens aan biedt ook de hoogste zonne-energieopbrengsten van Zwitserland en Oostenrijk. Een welkome inkomstenbron in de zomer voor bergbewoners?
In een geslaagde poging het fotosynthetische systeem na te bootsen dat planten en sommige bacteriën gebruiken, hebben Japanse wetenschappers een belangrijke mijlpaal bereikt: honderd procent efficiënte energieoverdracht. Wel is dit nog maar één schakel in het totale lichtoogstsysteem, zij het wel een erg belangrijke. Als alle stappen goed werken, kunnen we met deze kunstmatige fotosynthese veel efficiënter dan planten dat kunnen, brandstof voor auto’s maken uit bijvoorbeeld water en kooldioxide.
Natuurlijk lichtoogstsysteem bereikt vrijwel 100%
De onderzoekers, geleid door Shinsuke Takagi van de Tokyo Metropolitan University en PRESTO van het Japan Science and Technology Agency, hebben hun werk september 2011 gepubliceerd in het scheikundige vakblad Journal of the American Chemical Society. In lichtoogstsystemen komen veel stappen voor waarin energie van de ene component naar de andere wordt overgedragen, aldus Takagi. Stel dat er vijf stappen zijn en elke stap heeft een efficiëntie van 90%, dan wordt er in totaal maar (0,90)5, dus ongeveer 59% van de totale energie overgedragen. Jammer, uiteraard.
In een natuurlijk lichtoogstsysteem, bijvoorbeeld de bladgroenkorrels in groene planten, raakt een lichtdeeltje de korrel. Deze hele korrel is kwantumverstrengeld, waardoor met vrijwel 100% efficiëntie de energie van dit foton wordt overgedragen aan het biochemische systeem dat de plant gebruikt om deze energie om te zetten in suikers. Dit lichtoogstsysteem bestaat uit chlorofylmoleculen die regelmatig gerangschikt zijn en zo de energie overdragen naar het reactiecentrum. In een kunstmatig lichtoogstsysteem, of kunstblad, proberen onderzoekers hetzelfde te bereiken met functionele kleurstofmoleculen.
Door het regelmatige patroon (rechts) wordt vrijwel 100% efficiëntie bereikt bij de energieoverdracht.
Zelfassemblerende porfyrine op kleilaagje
Dit bleek lastig. Porfyrine, de kleurstof die de onderzoekers gebruikten, heeft de vervelende eigenschap op onregelmatige wijze samen te klonteren of zich te splitsen op een kleioppervlak. Als de moleculen te dicht op elkaar zitten, treden er ook andere, ongewenste interacties op (elektronuitwisselingen, fotochemische reacties) waardoor energie weglekt. Zitten de moleculen te ver van elkaar, dan vallen de ‘aangeslagen’ porfyrinemoleculen terug in hun grondstaat voordat ze de energie aan een buurmolecuul hebben kunnen overdragen.
Hiervoor gebruikten de onderzoekers een slimme nieuwe techniek. Ze stelden het kleiopppervlak zo samen dat hierop op regelmatige plaatsen elektrisch negatief geladen plekken voorkomen, die vervolgens de positief geladen delen in de porfyrinemoleculen aantrokken. Dit soort zelfassemblage is niet nieuw, maar gebeurt gewoonlijk door de moleculen onderling. Het resultaat: de moleculen gaan keurig op precies de juiste afstanden van elkaar zitten. Hiermee maakten ze een oude droom waar: honderd procent efficiënte energieoverdracht. Dit maakt porfyrinekleurstof en kleioppervlakken een interessant uitgangsmateriaal voor kunstmatige bladeren.
Kunstmatige bladeren: de oplossing voor het olietekort?
De meest cruciale stap blijft uiteraard het opvangen van zoveel mogelijk golflengtes licht. In Takagi’s syteem komen maar twee verschillende kleurstoffen voor, waardoor maar een beperkt deel van het zonlicht kan worden opgevangen. Bij planten is dat ook zo, daarom zijn ze groen in plaats van zwart. In feite gebruiken planten maar de helft van alle straling. Takagi’s team wil nu meer verschillende pigmenten gebruiken, zodat alle zonlicht geoogst wordt. Als dit systeem wordt uitgebreid met een deel waarin fotochemische reacties plaatsvinden, bijvoorbeeld het splitsen van water in waterstof en zuurstof, kan je volgens de onderzoekers echt spreken van een “anorganisch blad”.
Zet hier bijvoorbeeld woestijnen mee vol en je hebt een overvloedige bron van brandstoffen. Het voordeel van chemische brandstoffen boven elektriciteit is dat ze veel makkelijker zijn op te slaan en ook een hogere energiedichtheid hebben dan de batterijen tot nu toe. En nu steeds meer Japanners na de Fukushima-ramp hun buik vol hebben van kernenergie, zou dit wel eens snel in de praktijk omgezet kunnen worden.
Een zonnecentrale in Andalusië krijgt voor elkaar wat tot nu toe logisch voor onmogelijk werd gehouden: energie produceren midden in de nacht. Voor 25 000 huishoudens. Hoe krijgen ze dat voor elkaar?
In het woestijnachtige landschap rond Sevilla leveren de heliostaten negen maanden per jaar continu vermogen.
Zonnecentrale lost piekstroomprobleem elegant op
Toegegeven: je moet er bijna twee vierkante kilometer land voor klaar hebben liggen en driehonderd miljoen euro kunnen regelen bij de bank, maar dan beschik je ook over een indrukwekkende zonnecentrale. De Gemasolar Power Plant bij de Spaanse stad Sevilla in het zonnige Andalusië wekt voldoende elektriciteit op om maar liefst 25 000 huishoudens van energie te voorzien.
De zonnecentrale bestaat uit concentrische ringen heliostaten – spiegels die zo met de zon meebewegen dat ze licht altijd naar een centrale toren weerkaatsen, waar gesmolten zout tot negenhonderd graden Celsius wordt verhit. De spiegels weerkaatsen 95% van alle licht en zijn dus in deze eerste stap veel efficiënter dan een zonnepaneel. In de tweede stap wordt de zonnestraling geabsorbeerd door het vloeibare zout. In theorie is ongeveer tweederde van de hitte-energie af te tappen en in elektriciteit om te zetten.In de praktijk is dit veel lager, maar het rendement is toch vergelijkbaar met dat van hoogwaardige zonnepanelen.
Tegelijkertijd accu
De zonnecentrale werkt 270 dagen per jaar, dat is ongeveer driekwart van de tijd. Dat is driehonderd procent beter dan vergelijkbare alternatieve energieopwekkers. Dit is te danken aan het zonnige klimaat in Zuid-Spanje. Heel bijzonder is dat de centrale ook midden in de nacht energie kan leveren. Dat komt omdat de energie wordt opgeslagen in de vorm van zeer heet gesmolten zout. Overdag wordt een overschot aan energie geproduceerd en in de vorm van gesmolten zout opgeslagen. In de nacht kan deze energie worden afgetapt door het gesmolten zout een stoomturbine te laten verhitten.
De concentrische cirkels van de Gemasolar zonnekrachtcentrale hebben veel weg van een bovenmaats kunstproject
Toepasbaarheid kan zelfs nog groter
De uitvoering zou zelfs nog goedkoper kunnen en ook het grondgebruik minder als de heliostaten boven op de gebouwen van een bestaande of nieuw te bouwen stad zouden kunnen worden geconstrueerd. Ook zouden de heliostaten welkome schaduw leveren aan de inwoners van een dergelijke stad, wat airconditioners uitspaart. Mogelijk kunnen de metalen spiegels in de nacht dienen als condensatiekernen voor waterdamp, waardoor ook drinkwater zou kunnen worden geproduceerd. Ook kan de grond worden gebruikt voor tuinbouw, mogelijk overdekt met plastic om water te sparen. Op die manier zou het land twee keer benut kunnen worden en zelfs de stad van voedsel kunnen voorzien.
Met een nieuw halfgeleidermateriaal denken onderzoekers de efficiency van een zonnecel uiteindelijk tot boven de vijftig procent te krijgen. Dit zou een radicaal einde maken aan de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen in Nederland en de rest van Europa in lente, zomer en herfst.
Zonnecellen te kieskeurig
Wat wij waarnemen als wit licht bestaat uit een mengsel van fotonen die overeen komen met de kleuren in de regenboog. ‘Rode’ fotonen (700 nm) bevatten het minste energie, ‘blauwe’ fotonen, rond de 400 nm, het meeste. Zonnecellen zijn net als planten nogal kieskeurig. Ze kunnen maar een beperkt deel van alle zonlicht verwerken. De reden is dat licht in energiepakketjes, de fotonen, is verdeeld. Bevat een foton meer energie dan een elektron nodig heeft om de energiesprong te maken die een zonnecel aftapt, dan wordt de rest gedumpt als warmte. Is de energie te laag, dan krijgen elektronen onvoldoende energie te laag om de sprong te maken. Het gevolg hiervan is dat de efficiency van zonnecellen nooit de theoretische waarde van 32% kan overschrijden. Wat dat betreft doen onze allerbeste (en heel erg dure) zonnecellen, die iets onder de dertig procent halen, het niet eens zo slecht. De allerbeste commerciële cellen halen nu overigens rond de twintig procent.
Vooral bij meerlagige zonnecellen -klik voor details- schieten de rendementen de laatste jaren omhoog.
Gelukkig is er een uitweg. Door meerdere lagen in de zonnecel in te bouwen is het mogelijk het rendement flink omhoog te tillen. Fotonen die niet door de eerste laag worden geabsorbeerd, worden door de tweede en derde laag geoogst. Er zijn begin 2011 experimentele zonnecellen ontwikkeld die tot 42,4% rendement halen. Helaas zijn de materialen die daarin worden gebruikt, waaronder het zeldzame metaal indium, zeldzamer dan bijvoorbeeld goud. Ook is het fabriceren erg lastig en kost dus extreem veel energie. Wel werkt nu een enorm aantal zeer begaafde onderzoekers over de hele wereld op dit terrein en schieten de rendementen de laatste jaren enorm omhoog. Het wordt nu een race tegen de klok om op tijd voldoende zeer efficiënte zonnepanelen te kunnen ontwikkelen om peak oil af te wenden.
Galliumarsenide oogst zwakke fotonen
Met een nieuwe onderzoeksdoorbraak komt hieraan een einde. Het nieuwe materiaal is gebaseerd op een dun laagje galliumarsenide. Het dodelijk giftige arseen komt redelijk veel voor – vraag de plattelandsbewoners in Bangladesh maar waar arsenicumvergiftiging door het grondwater veel voorkomt. Gallium, een zacht metaal dat smelt in je hand, is met ongeveer één deel op een miljoen zeldzamer maar komt in zeer kleine hoeveelheden in sintels van kolencentrales voor en kost ongeveer een euro per gram. Aan materiaalkosten zal het materiaal dus hooguit enkele tientallen euro’s per vierkante meter kosten.
In het materiaal worden sommige arsenicumatomen vervangen door stikstofatomen. Daardoor ontstaan gebiedjes waarin elektronen in staat zijn ook rode en infrarode fotonen te vangen. Door meerdere fotonen te absorberen krijgen ze voldoende energie om toch de sprong te kunnen maken. Hierdoor schiet het rendement omhoog.
In de praktijk nog niet gerealiseerd
Helaas is het rendement nog steeds laag. De reden is dat de elektronen te snel terugvallen in de grondstaat, waardoor ze niet op tijd een tweede foton kunnen absorberen om te kunnen ontsnappen. Dit probleem oplossen is erg lastig. Het gevolg is dat elektronen hun energie dumpen als afvalwarmte. Voorkom je dat elektronen terugvallen in de grondstaat (bijvoorbeeld door die te blokkeren), dan is dit probleem opgelost. Helaas is dat extreem lastig, maar theoretisch is het mogelijk.De onderzoekers proberen dit probleem nu op te lossen door het materiaal ook met fosfor te ‘dopen’.
De gevolgen
Stel dat betaalbare zonnecellen zouden worden ontwikkeld met een rendement van vijftig procent of meer, dan zouden Nederlandse huishoudens voor het grootste deel van het jaar volledig in hun eigen energiebehoefte kunnen voorzien. Zuid-Europeanen zouden zelfs het hele jaar voldoende energie hebben. Ook elektrisch vervoer zou realiteit worden, als de belangrijke bottleneck van elektrische energieopslag wordt overwonnen. Als er in Nederland overvloedig spotgoedkope energie beschikbaar komt, zal er een nieuw tijdperk van ongekende welvaart aanbreken. Deze keer permanent, zolang we de bevolking min of meer stabiel houden.
Drijvende zonnepanelen hebben een aantal interessante voordelen. Zo is er altijd koeling bij de hand, is de centrale makkelijk te verplaatsen en levert het water draagvermogen waar anders dure constructies voor nodig zijn.
De drijvende zonnecentrale: goede oplossing voor het tekort aan energie?
Tata Power, de energietak van het alomtegenwoordige Indiase familiebedrijf, heeft een overeenkomst gesloten met de Australische zonne-energieontwikkelaar SunEngy voor de levering van een proefinstallatie voor een Liquid Solar Array (LSA) op een nog niet openbaar gemaakte plaats in India. Er wordt onder meer gedacht aan het plaatsen van deze drijvende zonnepanelen achter een stuwdam. Het voordeel is dat op deze manier anders niet benut land kan worden gebruikt. De zonnepanelen kunnen meedraaien met de zon en bij slechte weersomstandigheden onderwater duiken, waardoor de zonnepanelen worden beschermd.
Ook op zee zou een dergelijke zonnecentrale enorme hoeveelheden zonne-energie kunnen leveren. Wellicht kunnen met behulp van grote drijvende zonnecentrales tankers met waterstofgas worden gevuld, dat af wordt geleverd in Europa om daar elektriciteit mee op te wekken. Ideaal om pieken in de stroombehoefte of tekorten op te vangen. In de winter is er in Europa veel minder zonlicht dan in de zomer. De zonnepanelen zouden dan in de Middellandse Zee of Atlantische Oceaan kunnen drijven.
Met een simpele, maar baanbrekende uitvinding is uitvinder Jonathan Liow er in geslaagd om een zeer netelig probleem in onder andere dorpen zonder schoon drinkwater en vluchtelingenkampen op te lossen.
Er vallen ieder jaar vijf miljoen doden door vervuild drinkwater.
Uitvinder Jonathan Liow met de SolarBall
Dit krijgt weinig aandacht in de media omdat uitgedroogde kindertjes een stuk minder mediageniek zijn dan kruisraketten en brallende dictators, maar dit is verreweg de grootste humanitaire ramp in de wereld.
De uitvinding van Jonathan Liow, de SolarBall, is zowel simpel als baanbrekend. Een grote transparante bol verzamelt zonne-energie waardoor het water verdampt. Het gedestilleerde water drupt naar beneden en kan worden afgetapt en gedronken. Drie liter water is wat een volwassen mens per dag nodig heeft in een woestijnklimaat.
De bol is vervaardigd van het zeer sterke polycarbonaat. Door de eenvoudige constructie is de bol robuust en kan eenvoudig worden vervaardigd.
Als de negenhonderd miljoen mensen die op dit moment een gebrek aan schoon drinkwater hebben, alle een SolarBall zouden bezitten – iets wat niet meer dan enkele tientjes per persoon zou kosten – zou dit miljoenen levens per jaar redden.
Misschien iets om over na te denken als weer eens de zoveelste politicus op televisie verrukt kraait over het redden van mensenlevens, door peperdure straaljagers explosieve eitjes te laten leggen…
De overheid heeft een prijsplafond vastgesteld voor een beperkte hoeveelheid gas en elektriciteit. Dit gaat, zo blijkt uit berekeningen, Nederland € 11,2 miljard kosten. Geld dat in de zakken van grote energiebedrijven belandt. Hoe kan dit slimmer?
Het aardgasveld in Groningen is verreweg het grootste aardgasveld van Nederland. Bron Wikipedia/bijdrager: MJSmit
De beperkingen van de vrije markt
De vrije markt is erg goed in arbitrage, een economische term die betekent: vraag en aanbod bij elkaar brengeni need 500 dollars today. Wat dat betreft is de vrije markt een goed middel om bijvoorbeeld koekblikken, of stofzuigers aan de man te brengen. Bij essentiële basisvoorzieningen zoals energie en gezondheidszorg ligt dit helaas anders. We hebben dit gezien in de Amerikaanse deelstaat Texas, waar door het invallen van een strenge winter, op een gegeven moment stroomrekeningen van tienduizenden euro’s duizenden Texanen aan de bedelstaf brachten. In totaal heeft dit de Texanen iets van 38 miljard dollar gekost, rond de 4000 euro per huishouden. Was de Texaanse energievoorziening gepland door een centrale instantie, dan was er in het netwerk redundantie ingebouwd en hadden deze calamiteiten zich niet voorgedaan.
Een voorbeeld van een energiemarkt die nu, door de economische oorlogvoering met Rusland, volkomen verziekt is, is de Europese energiemarkt. Onder meer door speculatie stijgende gasprijzen tot honderden euro’s per megawattuur. Omgerekend is dit 3-€ 4 per kubieke meter, wat natuurlijk exorbitant veel is als je bedenkt dat een liter benzine, die een hogere energie-inhoud heeft, zelfs met alle accijns en bij slechts € 2 kost. Zoals het er nu naar uitziet, dreigen permanent hogere prijzen voor gas en elektriciteit omdat er een einde is gekomen aan de goedkopere toevoer van Russisch gas.
Gevolg hiervan is dat de consumenten en energie-intensieve MKB bedrijven enorm in de problemen komen. De prijs va:n een kuub gas, zonder energiebelastingen, is meer dan vertienvoudigd. Dit soort geopolitieke risico’s gaan ver te boven wat het gemiddelde bedrijf aankan. Energie is ook een essentiële basisvoorziening, energie is de bron van het leven en ook de drijvende kracht achter onze economie en wat de maatschappij draaiend houdt. deze essentiële nutsvoorziening kan niet aan de vrije markt worden overgelaten.
Nationaliseren, een goed idee
Energiemaatschappijen nationaliseren, zoals de SP voorstelt, zou dit probleem voor een groot deel oplossen. Het is dan slimmer om een eigen overheidsenergiemaatschappij op te richten, dan om bestaande energiemaatschappijen op te gaan kopen.
Dit zou ook de problemen van schadeloosstelling oplossen.
Want uiteraard gaan deze bedrijven dan processen aanspannen,m en de kosten hiervan zouden dan namelijk in de miljarden gaan lopen. Eventueel kan een kleine energiemaatschappij op worden gekocht, en op worden geschaald. Maar daarvoor moet er wel een nationale energiemaatschappij komen. Om deze reden is de SP een volkspetitie gestart. Hier kan je tekenen.
Het energieplafond en hoe dit via een nationale energiemaatschappij geregeld zou kunnen worden
Op dit moment is de door de economisch rechtse partijen VVD, CDA en D66 gedomineerde Nederlandse regering van plan, om een beperkt gasverbruik en elektriciteitsgebruik van huishoudens, nu genormeerd op maximaal 1200 m3 gas en 2900 kWh per huishouden, tegen lagere tarieven aan te bieden, respectievelijk € 1,45 per kubieke meter gas en € 0,40 per kilowattuur stroom. Dit zal inderdaad de energiearmoede flink gaan verlichten, maar wel tegen een hoge prijs. Energieleverancier zoals Essent zijn nu namelijk bezig om de variabele tarieven flink te verhogen.
Het verschil tussen het door Essent en Vattenfall in rekening gebrachte variabele tarief van € 2,22 per kubieke meter en € 0,60 per kilowattuur en het prijsplafond, moet door de overheid, dus door de belastingbetaler, worden opgebracht. En dat gaat behoorlijk in de papieren lopen. Een feestje voor de aandeelhouders dus, op onze kosten. Dat kan, en moet, natuurlijk slimmer.
De Groningen optie
Op dit moment is de aardgasproductie in Groningen bijna stopgezet, met slechts de minimumafname (4 miljard kuub per jaar) die nodig is om de aardgaswinningspunten in werking te houden. De reden is de welbekende problematiek met aardbevingen. in principe is dit probleem op te lossen met een flinke zak geld. Als alle schade aan huizen in het aardbevingsgebied in natura wordt vergoed, en er verder geen vragen worden gesteld, kunnen alle slachtoffers van de bevingen op een eerlijke manier worden gecompenseerd.
Als wij weer net zoals in 2012 40 miljard m3 aardgas per jaar winnen, en dit voor een euro per kubieke meter aan de burgers en bedrijven van Nederland verkopen, hebben wij genoeg gas om het energieplafond te bekostigen. In het Groningse gasveld zit nog eens 750 miljard m3 gas. Voldoende voor zeker 15 jaar. Dit geeft ons de noodzakelijke tijd om over te schakelen op duurzame energiebronnen, zoals zonne-energie en kernenergie.
En ook dermate veel inkomsten, dat we alle Groningers in het gaswinningsgebied die te lijden hebben onder gebrekkige huizen, al dan niet als gevolg van aardgaswinning, in natura gul kunnen compenseren.
Energie uit zout water, de toekomst? Copyright Visionair.nl
Het klinkt allemaal verdacht veel als een perpetuum mobile, maar energie uit zout water, zoals zeewater, kan wel degelijk, blijkt uit een experiment.
Het meeste water op aarde is zoutwater. Het meeste is hier een understatement, 99% komt dichter in de buurt. Naar schatting is slechts 1% van alle water op aarde, zoetwater. Zouden we er in slagen om energie uit het zoute water te halen, dan hadden we de brandstof letterlijk voor het opscheppen. Dat is nu net precies wat, zo lijkt het, een aantal onderzoekers van het Institute of Scientific and Industrial Research (SANKEN) aan de Japanse Osaka Universiteit is gelukt.
Hoe werkt het systeem?
Het principe werkt als volgt. Met behulp van een speciaal, selectief membraan dat alleen positief geladen ionen doorlaat, hopen deze positief geladen ionen zich op. Daardoor ontstaat er een spanningsverschil tussen het zeewater en het zoete water. En dat spanningsverschil kan je gebruiken als bron van elektriciteit, als je die positief geladen ionen steeds afvoert.
Tsutsui en zijn collega’s maakten gebruik van een zeer dun, 20 nm, membraan van siliciumnitride (SiNx) dat was bevestigd op een plaat silicium.
De nanoporiën zijn 20 nm breed, de diameter van ongeveer 60 watermoleculen. Deze poriën worden op 1000 nm, 1 micrometer, afstand van elkaar geplaatst. In theorie kan je hiermee een ongelooflijke 100 kW per vierkante meter membraan bereiken. In de praktijk interfereren de poriën met elkaar, door je de optimale opbrengst per vierkante meter bereikt als de poriën ver uit elkaar staan. Ook dan bereik je toch nog een indrukwekkende 100 W per vierkante meter. niet gek voor energie uit zout water.
Opbrengst energie uit de zout water vergelijkbaar met een zonnepaneel
Om een indruk te geven, deze hoeveelheid energie uit zout water is niet veel minder dan een zonnepaneel. Dag en nacht, zomer en winter. Er is natuurlijk ook een nadeel aan deze methode. Namelijk, je hebt er veel zoetwater voor nodig. Waarschijnlijk zal de efficiëntie afnemen als de concentratie van ionen stijgt in het effluent. Maar voor landen met een overschot aan zoetwater, zoals Nederland, zal dit zeker in de winter, als er weinig zon is, een heel interessante energiebron zijn.
Bron:
Makusu Tsutsui et al, Sparse multi-nanopore osmotic power generators, Cell Reports Physical Science (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101065
Nederland redden is onmogelijk gezien de op natuurwetenschappelijk gebied complete imbecielen die ons regeren en die zich niets aan de bevolking gelegen laten liggen. Maar wat we wel kunnen doen is onszelf en onze vrienden en familie redden. Daarom tips met als thema: hoe overleef je de energiecrisis?
Het zal u niet ontgaan zijn. De energieprijzen gaan als een raket omhoog en dat heeft erg vervelende gevolgen voor ons consumenten. En ook voor ondernemers natuurlijk, zeker ondernemers die veel energie gebruiken. Zo zal een kubieke meter gas waarschijnlijk meer dan € 3 gaan kosten, een kilowattuur € 0,70 of meer. Ter vergelijking deze prijzen waren een paar jaar geleden vier keer zo laag.
Op welke manier kunnen consumenten en ondernemers er voor zorgen dat ze deze betere omstandigheden kunnen overleven? Voor een belangrijk deel kan het door vals te spelen en even alles wat met duurzaamheid te maken heeft de lange middelvinger te geven. Maar je kan ook voor een energiearme levensstijl kiezen. Het beste voor je portemonnee is om allebei te doen. We gaan hieronder in op de methodes die hiervoor te gebruiken zijn.
Energie besparen
De makkelijkste manier om je energierekening te verlagen is energie besparen. En dat is minder moeilijk dan het lijkt. We hebben namelijk een aantal onzinnige gewoontes die weliswaar een klein beetje extra comfort opleveren, maar heel veel extra energie kosten. De voornaamste daarvan is dat we ons compleet huis verwarmen terwijl we eigenlijk alleen maar die warmte tegen onszelf aan willen voelen. ook hebben we heel veel apparaten onnodig veel energie kosten en waar energiezuinige alternatieven voor zijn. Of waar we ook heel goed zonder zouden kunnen. Ik heb bijvoorbeeld een groot beeldscherm dat 33 watt gebruikt. Als ik 8 uren achter de computer zit, scheelt dat toch ongeveer 1/4 kWh. Aan de andere kant scheelt het werken op een groot beeldscherm wel veel tijd.
De drie grote voordelen van de verwarming op 15 zetten
Zeker als je alleen woont is het slim om de verwarming flink lager te zetten. Denk dan aan 15° of lager. Dit heeft verschillende voordelen. Zo hoeft je koelkast veel minder hard te werken. In je koelkast zit een warmtepomp die warmte naar buiten pompt. het energiegebruik van een koelkast is rechtstreeks afhankelijk van het temperatuurverschil tussen buiten en binnen. Dus als het in de koelkast 5° is, dan gebruikt je koelkast twee keer zoveel stroom bij 25° als bij 15°.
Een lage binnentemperatuur lost nog een tweede probleem op. Namelijk de kurkdroge lucht in de winter. Want de luchtvochtigheid is afhankelijk van de temperatuur. Hoe heter de lucht is, hoe meer waterdamp deze kan bevatten. Dus als koude vochtige lucht je huis binnenkomt, en deze wordt opgewarmd, dan verandert dit in droge lucht. Maar als je het binnen 15 graden stookt in plaats van 25°, dan is de lucht veel prettiger om te ademen.
Een derde voordeel van een lage binnentemperatuur is dat je ervan afvalt. Je lichaam moet namelijk meer warmte opwekken. Ook daarom is het fijn om binnentemperatuur laag te zetten. Je huid droogt minder snel uit.
En het gasgebruik? Dat kun je dan terugschroeven tot rond een halve kubieke meter gas per dag in een kleine woning, zeker als deze woning verduurzaamd is. Je kan hiermee in principe je gasverbruik al met twee derde terugbrengen. Daarmee heb je de kostenverhoging al voor een groot deel terugverdiend.
Let op, voorkom wintertenen
Je kan deze lage binnentemperatuur overleven door warme kleren aan te trekken. Een praktisch en redelijk goedkoop kledingstuk is een zogeheten kamermantel. Deze is gepopulariseerd door de Vrekkenclub en ook wel bekend als een Slanket. Deze zijn te verkrijgen voor rond de € 30. Verder helpt het om warme kleren zoals truien te dragen en eventueel een pyjama onder de broek.
Denk vooral aan je voeten. Mensen hadden vroeger veel last van wintertenen omdat hun voeten te veel afkoelden. Daar kan je wat aan doen door pantoffels en dikke sokken te regelen. Een goedkope en effectieve oplossing om warm te blijven is kleren over elkaar aantrekken. Het gevaar van wintertenen is reëel, zeker als je ouder bent. Is jullie liefdesleven de laatste tijd helemaal niets? Er is nu een extra goede reden om ’s nachts tegen elkaar aan te kruipen.
Washandje in plaats van douchen
Behalve verwarming gebruik je ook voor andere dingen gas. Douchen is wat betreft na verwarming de meest beruchte energieslurper. Dat komt omdat het heel veel energie kost om water op te warmen. Om je een indruk te geven: een liter water opwarmen van 12° tot 43° kost (1,163 Wh/K * (43-12) K = rond de 0,03 kWh aan warmte. Zelfs met een spaardouche gebruik je nog 6 liter water per minuut, rond de 0,18 kWh aan energie dus, of Dan moet je bedenken dat zeker bij een korte douche in het begin ook nog veel warmte verloren gaat op weg naar de douchekop. Dus op vijf minuten kom je zeker op 1 kWh.
Dit kan je ondervangen door je maar twee keer per week te douchen, douchen beperkt houden tot 5 minuten en de overige dagen even met een washandje over je lichaam heen. Washandjes zijn tegenwoordig wat lastiger te krijgen in de winkel, maar online nog wel volop voor rond een euro per stuk. Heb je een oude handdoek, dan is er goed nieuws. Deze kan je in stukken knippen, dubbelvouwen en aan elkaar naaien. Ben je geen naaitalent, dan biedt de textiellijm van bijvoorbeeld de Action uitkomst.
Leen of koop een stroommeter en probeer de ergste elektriciteitsgebruikers op te sporen
Elke kilowattuur die je bespaart, scheelt je € 0,70 of meer. Vooral bij sluipgebruik kan dat behoorlijk aantikken. Vraagt een bepaald apparaat bijvoorbeeld 25 watt en staat het continu aan? Dan kost je dit per maand 18 kWh, omgerekend € 12.
Zelf energie opwekken
Heb je eenmaal je energiegebruik flink teruggedraaid, dan wordt het ook een stuk gemakkelijker om zoveel energie op te wekken. Als particulier zijn je mogelijkheden vrij beperkt, het is bijvoorbeeld erg lastig om zelf een stuwdam, een kerncentrale of geothermische put in je achtertuintje te plaatsen. hoewel dat voor de echte techneut natuurlijk een geweldige uitdaging is. In de praktijk komt zelf energie opwekken neer op zonnepanelen, windmolens, een allesbrander of een biogasinstallatie.
Zonnepaneel al binnen twee jaar terugverdiend
Een zonnepaneel levert gemiddeld rond de 1 kWh per Watt power per jaar op. Dat betekent dat zonnepanelen nu echt ongekende rendementen opleveren. De kosten van zonnepanelen liggen ongeveer op de € 1 per Watt power, dit betekent dat je in principe je installatie er al in anderhalf jaar uit hebt. op voorwaarde natuurlijk dat je kan salderen.
In de wintermaanden december en januari schijnt de zon nauwelijks, zonnepanelen lever dan maar 10% van de energie die ze in juni en juli leveren. Dankzij de salderingsregeling kan je dat probleem verplaatsen naar de elektriciteitsleverancier. Zo los je het probleem voor jezelf op. Maar dat maakt wel dat we ons nationaal gezien zorgen moeten maken over gas in de wintermaanden, want dan moeten we zowel huizen verwarmen als elektriciteit opwekken met gas. In de komende winter zal dit niet echt een bijdrage leveren aan je energiegebruik, maar alle beetjes helpen.
Heb je nog een flink stuk dak over, dan kun je ook overwegen om een zonnecollector te plaatsen. Ook is er daar subsidie voor. Het duurt een stuk langer voordat deze zichzelf terugbetalen dan een zonnepaneel, maar met de hoge gasprijzen kan ook deze termijn door drie. Met andere woorden, waar het eerst iets van 15-20 jaar duurde voordat je de kosten van een zonnecollector er uit had, is dat nu 5-7 jaar geworden. Dus dit kan je zeker overwegen, het rendement is met 14-20% een stuk hoger dan je op je bankrekening haalt. Kies dan voor een vacuümbuis zonnecollector. Weliswaar geeft deze in de zomer minder rendement, maar in de winter veel meer. En uiteraard is de winter de tijd dat je deze warmte het hardste nodig hebt.
Alternatieven voor gas: steenkool, oud papier en openhaardhout
Verder kun je natuurlijk je huis warm stoken met andere dingen dan gas. Een kubieke meter gas levert ongeveer 31,65 MJ (8,8 kWh) aan warmte. Deze warmte kan je ook opwekken met een kilo steenkool. Deze kost op dit moment ongeveer een euro, maar je hebt hier dan wel een kachel voor nodig. En natuurlijk de nodige ruimte om de steenkool op te slaan. Vooral als je meerdere kachels hebt, gaat het natuurlijk hard.
Heb je thuis een allesbrander, dan is het slim om na te denken over een energiebron waar je waarschijnlijk nog niet eerder over na hebt gedacht. Namelijk oud papier. In plaats van het oud papier weg te doen, kan je er briketten van persen. Dit is het nodige werk, maar hiermee kan je in principe heel wat hout uitsparen. Papier is in wezen houtpulp en hout levert per kilo net zoveel energie als een halve kuub gas. Hier zou je eventueel nog oude frituurolie in kunnen verwerken.
Heb je een geschikte bron voor openhaardhout dan is ook dat een optie natuurlijk. Maar let op, ook de prijs van hout is flink gestegen. Reken op dit moment op ongeveer een euro per kilo hout. De hoeveelheid energie per kilo hout is ongeveer twee derde van die in een kubieke meter gas. De werkelijke prijs wordt dus € 1,50, de helft van die van gas, en dan moet je ook bedenken dat een kachel natuurlijk een stuk lager rendement heeft dan een hoogrendementketel. Bovendien is hout een waardevol bouwmateriaal waar je nuttiger dingen mee kan doen dan het op te stoken.
Meer exotische oplossingen
Woon je op het platteland, en is er een sloot in de buurt dan is de kans niet denkbeeldig dat er gas uit de sloot naar boven borrelt: brongas. Veel is dit niet maar boerengezinnen kookten hier vroeger veel op. En dat scheelt natuurlijk best een slok op een borrel wat betreft gasgebruik. Een andere mooie oplossing is een biogasinstallatie. Het Israëlische bedrijf HomeBiogas biedt enkele interessante en ook betaalbare producten aan, waarmee je – als er genoeg plantaardig materiaal voorhanden is – voor een deel ofwel geheel in je gasbehoefte kan voorzien. de kosten van biogasreactoren liggen tussen de € 500 en 2.000.
Een biogasinstallatie. Bron: Alex Marshall, Wikimedia Commons, CC BY 3.0
Windmolens voor particulieren waren tot voor kort niet echt interessant omdat de kosten enorm zijn en je windmolens niet zomaar op je zonne-installatie aan kan sluiten. De reden is dat windenergie veel variabeler is dan zonne-energie. Als het hard waait explodeert de opbrengst van windenergie. Je installatie moet die enorme piek kunnen verwerken. Dat vereist speciale vermogenselectronica.
Woon je aan de kust of in een ander gebied waar het hard waait, dan kan het wel degelijk interessant zijn vanwege de extreem hoge elektriciteitsprijzen van nu. Zeker voor offgrid levende mensen biedt windenergie een mooie aanvulling voor zonne-energie, omdat het in de wintermaanden door blijft waaien.
Je kunt windmolens zelfs gebruiken om je huis mee te verwarmen. De zogenoemde warmtemolens waren in de jaren 70 in Denemarken heel populair. Het werken op een hele simpele manier. Door de wrijvingwarmte in huis wordt het huis verwarmd, er komt zelfs helemaal geen elektriciteit aan te pas.
Conclusie
Hoewel er een ongekende tsunami aan energieleed op ons afkomt, zijn deze problemen wel degelijk oplosbaar. Dit kunnen we het beste doen door in eigen huis te zorgen voor het opwekken van meer energie en energie te besparen. In principe zijn enorme hoeveelheden energie te besparen door bijvoorbeeld onze thermostaat drastisch omlaag te draaien en onnodige elektrische apparaten buiten werking te stellen. als je in staat bent de energie die je gebruikt te halveren of meer, zal je erin slagen om deze winter zonder al te veel kleerscheuren door te komen.
