‘Alternatieve energie op grote schaal niet duurzaam’
Fossiele brandstoffen zorgen voor vervuiling, ook worden ze steeds schaarser. Massaal over op alternatief dan maar? Ook daar zijn er grenzen aan de groei. Ook duurzame energiebronnen als zon, wind en kernfusie hebben namelijk op grote schaal een enorme impact op het klimaat. De reden: afvalwarmte, onder meer.
Steeds toenemend energieverbruik
Om steeds rijker te worden (en dat willen de meeste mensen) moet ons energieverbruik flink toenemen. Er is nog de nodige rek in de mogelijkheden om te bezuinigen op energieverbruik, maar voor sommige toepassingen – vervoer, grondstoffenwinning – zal altijd sprake zijn van een minimaal energieverbruik. Dit probleem “oplossen” met fossiele energiebronnen is, zoals bekend, geen goed idee. Denk aan peak oil, olierampen, bodemverzakkingen en luchtvervuiling. Echter: als de schaal van duurzame energiebronnen maar groot genoeg wordt, zullen ook deze het klimaat gaan veranderen. Deze veranderingen hoeven overigens niet per definitie verkeerd uit te pakken. Wel moeten we er rekening mee houden, zodat alleen gewenste veranderingen optreden.
Afvalwarmte
Elke aan een planeet gekluisterde beschaving heeft het fundamentele probleem van de afvalwarmte. De reden is thermodynamica. De Tweede Hoofdwet van de thermodynamica stelt namelijk dat elke omzetting van energie betekent dat de hoeveelheid afvalwarmte gelijkblijft of toeneemt. Gebruik je bijvoorbeeld veel stroom, dan zal deze stroom uiteindelijk eindigen als warmte.
Hoe meer energie je verbruikt, hoe meer warmte er vrijkomt. Verbruik je honderd maal zoveel energie, dan zal je honderd maal zoveel afvalwarmte kwijt moeten. Nu verbruikt een West-Europees huishouden gemiddeld een elektrisch vermogen van vierhonderd watt, plus 2000 watt voor verwarming en nog enkele honderden watts voor transport. De industrie en dienstverlening verbruikt ongeveer evenveel, zodat we rond de vijfduizend watt per huishouden uitkomen. Dat zijn twee straalkachels op vol vermogen. Voor de hele wereld is dit 16 terawatt (TW). Dit valt op dit moment nog in het niet met de hoeveelheid zonnestraling die de aarde treft: 120 000 TW.
‘Afvalwarmte kan aarde met 3 graden opwarmen’
Nu merken we al een zogeheten hitteeiland-effect. Steden zijn tot twee graden warmer dan de omgeving (overigens voornamelijk door andere oorzaken, zoals minder koelende bomen en meer absorptie van licht). Nu, stel je voor dat ons energieverbruik met factor duizend toeneemt, tot 16 000 TW. De afvalwarmte zou dan een enorm probleem worden. Onze steden zouden onleefbaar worden. De aarde zou door de afvalwarmte direct merkbaar opwarmen. Er ontstaat zo een nieuw evenwicht – een hetere aarde zendt meer infraroodstraling uit waardoor de energie alsnog wordt gedumpt. Zelfs bij een energieverbruik van 5000 TW zou de aarde al met drie graden opwarmen, wijzen berekeningen van klimatoloog Chaisson uit. Een hogere temperatuur kan ook het vrijkomen van broeikasgassen als methaan en kooldioxide versterken.
Klimaatmodellen houden nog geen rekening met afvalwarmte
Een energieverbruik van 5000 TW – driehonderd keer het verbruik nu – klinkt wellicht absurd. Toch, als ons energieverbruik exponentieel blijft groeien, zoals het afgelopen eeuw deed (met 2% per jaar), bereiken we dit punt rond 2300. Chaissons berekeningen worden onderschreven door Mark Flanner van het National Center for Atmospheric Research in het Amerikaanse Boulder, Colorado. Volgens zijn berekeningen zullen grote gebieden met veel industrie in 2100 met 0,4 tot 0,9 graden opwarmen. [1]. Standaard klimaatmodellen houden geen rekening met het afvalwarmteeffect.
De aarde koelen met zonnepanelen?
Gelukkig is er een voor de hand liggende oplossing. We kunnen zonnestraling oogsten en die energie gebruiken. Dat vergroot de hoeveelheid energie op aarde niet, waardoor de aarde niet opwarmt. Als het albedo, de lichtweerkaatsing, van zonnepanelen tenminste niet lager is dan dat van de ondergrond waar ze op liggen. In de praktijk zijn zonnepanelen vrijwel zwart en is hun albedo veel lager dan dat van bijvoorbeeld helder woestijnzand. Ook verandert ook deze energie uiteindelijk weer in afvalwarmte, namelijk op de plaats waar de energie wordt verbruikt. Wel wordt zo de opwarming tot staan gebracht.
We kunnen niet energie van buiten op aarde brengen, zonder het afvalwarmteprobleem te vergroten. Ook zonnepanelen in een baan om de aarde brengen helpt niet: immers ook deze energie eindigt als afvalwarmte op aarde. Wat natuurlijk wel kan, is energieverslindende fabricageprocessen naar de ruimte verplaatsen en de eindproducten naar de aarde verschepen.
