energievoorziening

Video: werkelijke oorzaak voor economische crisis: olieschaarste

Vanaf 2008 is de wereldeconomie aan het kwakkelen. De oorzaak, zoals deze in de main stream media wordt genoemd: overmatige kredietexpansie en slechte leningen. Onzin, stelt analist Steve Kopits: de werkelijke oorzaak is schaarste aan olie, waardoor elk opleven van de economie gepaard gaat met het als een raket de hoogte in gaan van de olieprijzen, wat het herstel in de kiem smoort.

Inderdaad is energie de valuta van de natuur: planten leggen zonne-energie vast in biomassa, die weer door dieren wordt afgebroken in hun lichaam, waarbij ze de chemische energie die vrijkomt benutten. Het is dwaasheid te veronderstellen dat wij mensen niet even onwrikbaar gebonden zijn aan de wetten van de thermodynamica, als andere dieren. Het zekerstellen van de Nederlandse en Europese energievoorziening, wat het eenvoudigste kan door kerncentrales en hernieuwbare energiebronnen, zou de absolute topprioriteit van de politici moeten zijn.

Het thoriumcomplot

Topnatuurkundigen als Ed Oppenheimer deden hun best om de Amerikaanse overheid over te halen over te stappen op een schone, overvloedige energiebron: thorium. Hadden de VS en de overige ontwikkelde landen dat gedaan, dan was de CO2-uitstoot een fractie geweest van nu en waren er waarschijnlijk veel eerder dan nu elektrische auto’s geweest.

Kortom: het oliegeld was niet omgezet in wapens, salafistisch extremisme en terrorisme, zoals nu, maar had gebruikt kunnen worden om de hele wereldbevolking te voorzien van goedkope en overvloedige energie. Ook waren de eerste babies al geboren op Mars, omdat atoomraketten veel gemakkelijker de aarde kunnen verlaten dan chemische raketten.
Thorium heeft echter één cruciaal nadeel. Je kan er geen atoomwapens mee maken. Dit deed de thoriumtechnologie de das om.

Wat is een groter probleem: peak oil of peak fantasy?

Olie wordt steeds schaarser en moeilijker te winnen. Volgens de beroemde voorspelling van de Amerikaanse geoloog L. King Hubbert, treedt dertig jaar na de piek in ontdekkingen van voorraden, een productiedaling op, de zogeheten Hubbert Peak. Is deze peak oil, of meer in het algemeen het opraken van natuurlijke hulpbronnen, inderdaad het nijpendste probleem?

Duidelijk is te zien dat windenergie en zonne-energie een veel hoger energierendement hebben dan olie uit teerzand. Toch gaan we nog massaal door met deze kansloze, verwoestende praktijk. bron: Wikimedia Commons

De wet van de afnemende meeropbrengst
Voor vrijwel alle processen, waaronder ook zaken als landbouw en oliewinning, geldt de wet van de afnemende meeropbrengst. Als de hoeveelheid input, bijvoorbeeld arbeid en energie, wordt verdubbeld, betekent dat niet een verdubbeling van de opbrengst. De opbrengst stijgt met een kleiner percentage. Bij energiebronnen kan dit worden uitgedrukt met behulp van het getal EROEI: energy returned on energy invested. Als voor een bepaalde energiebron geldt dat elke joule die wordt geïnvesteerd, er tien joules uit worden gehaald, heeft deze energiebron een EROEI van tien. Bij aardolie en overigens ook andere fossiele brandstoffen zoals steenkool, is deze EROEI sterk aan het dalen. De eerste oliebronnen, bijvoorbeeld de legendarische oliebron in Titusville, Pennsylvania, kenden een EROEI van enkele honderden. Door 27 meter diep met de hand te boren, met een snelheid van ongeveer een meter per dag, slaagde Edwin Drake er in de eerste olie aan te boren. De hoeveelheid geïnvesteerde energie, spierkracht, was wellicht ongeveer één olievat. Deze bron leverde uiteindelijk duizenden olievaten. Nu wordt er naar olie geboord op meer dan tien kilometer diepte in bijvoorbeeld de Golf van Mexico en wordt er moeizaam stroperige teerzandolie gewonnen uit teerzanden in West-Canada. De EROEI hiervan is bedroevend laag: rond de drie tot vijf, in extreme gevallen zelfs 1,3. Een EROEI van één betekent dat een operatie netto geen energie meer oplevert.

Hulpbronnen versus techniek
De wet van afnemende meeropbrengst geldt niet voor techniek. Integendeel zelfs. Hier geldt de wet van de exponentiële groei. Elke nieuwe techniek vergroot namelijk het nut van de bestaande techniek en maakt het makkelijker om nog betere techniek te ontwikkelen. Stel, er wordt een materiaal uitgevonden dat tien keer zo sterk is als bestaande materialen, bijvoorbeeld koolstofnanovezel. Dan betekent dit dat bestaande apparaten veel sterker en lichter zullen worden. De bestaande technieken worden hierdoor veel effectiever. Daarom zien we dat terwijl de natuurlijke hulpbronnen in hoog tempo uitgeput raken, de ontwikkeling van techniek als een steeds sneller voortrazende lawine voortdendert.

In plaats van onze natuurlijke hulpbronnen op te maken en de aarde in één grote vuilnisbelt te veranderen, wat lijders aan peak fantasy willen, is het veel slimmer om de onuitputtelijke bron van de techniek maximaal uit te buiten. Helaas zien we dat door patentwetgeving en dergelijke deze onuitputtelijke bron wordt belemmerd in zijn stroom. Terminaal zieke bedrijfstakken als de petrochemische industrie en de parasitaire bankensector worden werkelijk met miljarden euro overheidsubsidie overeind gehouden, terwijl door een oerwoud aan bureaucratie vernieuwing wordt tegengehouden.

Lees ook
Peak fantasy: een dodelijk gevaar
Het Olduvai scenario

De onzichtbare oliebron

Onzichtbaar zweeft er genoeg energie om ons heen om bijna elk land in een Saoedi-Arabië te veranderen. Waar wachten we op?

Oliejunks
Op dit moment passen oliemaatschappijen de meest bizarre kunstgrepen uit om het laatste beetje olie uit de rotsen te persen. Zeewater wordt de olievelden in gepompt, in de Canadese teerzandgroeven wordt zelfs schaars aardgas opgestookt om de latste druppels teerzandolie uit het teerzand te persen. Vanzelfsprekend verandert de plaats waar deze winning plaatsvindt in een ecologische rampzone, maar dat mag de pret niet drukken. Per slot van rekening snuiven cocaïneverslaafden ook met graagte een lijntje dat daarvoor een onwelriekende reis door de endeldarm van een bolletjesslikker heeft gemaakt.

 

Het grootste potentieel van het olieveld Ghawar zit niet onder maar boven de grond.

 

Twee keer het IJsselmeer opgestookt
Dit terwijl de energie letterlijk voor het grijpen ligt. Neem nu het olieveld Ghawar, verreweg het grootste olieveld ter wereld. Ghawar, dat aan de oostkust van het naargeestige koninkrijk Saoedi-Arabië ligt, vormt een onderaards oliemeer van driehonderd bij dertig kilometer groot. Sinds de ontdekking van Ghawar, in de jaren vijftig, is er uit dit enorme veld 10,3 kubieke kilometer olie gepompt. Tweederde van alle Saoedische olie en tien procent van alle wereldolieproductie komt uit dit veld. Een indrukwekkende hoevelheid, dat zeker. 10,3 kubieke kilometer is ongeveer twee keer de inhoud van het IJsselmeer. Allemaal in rook opgegaan.

Iedere wereldbewoner gratis elektriciteit
Toch, geloof het of niet, valt dit volkomen in het niet vergeleken met de hoevelheid ‘onzichtbare olie’ die dit veld bevat. Of liever gezegd: die op het veld neerkomt. De Saoedische oostkust is niet het allerzonnigste deel van het land, daarvoor moet je in de kurkdroge Rub al-Khali zandwoestijn in het zuidoosten zijn, maar per vierkante meter per jaar komt er desondanks meer dan 2000 kilowattuur neer. Precies, waarde lezer, dit lees je goed. Het totale elektriciteitsverbruik van een Nederlander of Belg is te dekken met één enkel zonnepaneeltje met een rendement van 100% op de dorre vlakte van Ghawar. En er zijn nogal wat van die vierkante meters. Tien miljard om precies te zijn (in feite is het veld niet echt een rechthoek, maar wat kleiner). Let wel: alleen de oppervlakte van Ghawar. Meer dan genoeg dus om iedereen ter wereld van alle elektriciteit te voozien die we nodig hebben. (Ik weet het, zonnepanelen halen helaas in werkelijkheid slechts 15-20-% maar toch.)

Twintig centimeter aardolie-per jaar
Nu is deze zonne-energie ook om te rekenen in hoeveelheden olie. Immers: een kilowattuur is 3,6 megajoule (MJ). Ook een liter aardolie bevat verbrandingsenergie, die in megajoules is uit te drukken: rond de 35 MJ per liter. We kunnen dus zeggen dat een kilowattuur gelijk staat aan de chemische energie in 100 ml aardolie. De totale hoeveelheid onzichtbare aardolie die elk jaar neerkomt op Ghawar is daarmee uit te rekenen: 2000 kWh maal 10 miljard (300 km x 30 km) maal 0,1 liter per kWh geeft een volume van  2000 miljard liter, meer dan een barrel olie per vierkante meter per jaar (een laag zwarte drab van 20 cm diep die het hele Ghawarveld bedekt). Let wel, per jaar. En nu komt de grootste grap. Uit het Ghawar-veld is sinds de ontdekking van het veld tot nu, 60 miljard vaten olie (een laag olie van een meter diep) gehaald. Met andere woorden: als we onze hypothetische wonderpanelen weer uit de kast halen, en alle energie in olie omzetten, kunnen we hiermee in vijf jaar evenveel olie produceren als uit het productiefste en grootste olieveld ter wereld in zijn gehele bestaan geproduceerd heeft.

I rest my case.

‘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.

Bij elke energieomzetting komt afvalwarmte vrij. Vandaar dat koelwater of koeltorens, zoals bij deze centrale in het Engelse Didcot, essentieel zijn. Hoeveel afvalwarmte kan de aarde aan? Bron: Wikimedia Commons/Owen Cliffe

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.

Bronnen
1. Mark Flanner, Integrating anthropogenic heat flux with global climate models, Geophysical Research Letters (2009)

‘Economische crisis gevolg energietekort’

Zaken als hordes beleidsambtenaren, ingewikkelde financiële constructies en zeer gespecialiseerde dienstverlening zijn alleen mogelijk door de overvloedige, makkelijk winbare  fossiele energie. Valt die terug, dan is een crisis – met als gevolg een terugval naar een eenvoudiger maatschappij – onafwendbaar, aldus de Amerikaanse politicoloog Thomas Homer-Dixon in zijn beroemde boek The Upside of Down. Heeft hij gelijk?

‘West-Romeinse Rijk stortte in elkaar door energietekort’
Na eeuwen van expansie stabiliseerde het Romeinse Rijk rond 200 nC. De grenzen bleven hierna in grote lijnen ongewijzigd. Toch stortte het rijk in 476 totaal in. De laatste Romeinse keizer werd door de barbaarse krijgsheer Odoaker afgezet. Historici bakkeleien al eeuwen over de werkelijke oorzaak achter het inzakken van het rijk. Opmerkelijk genoeg begroetten de onderdanen van de Romeinen de barbaarse invallers namelijk als bevrijders. De reden: de wurgende belastingen en de teruglopende productie uit de landbouw. Steeds onvruchtbaarder gronden werden in gebruik genomen, waarna erosie zijn vernietigende effect op de bodem had. Het gevolg: elke boer kon steeds minder ambtenaren en soldaten onderhouden. De complexe bestuursstructuur van het Romeinse Rijk werd een waterhoofd, dat alleen door extreem hoge belastingen te onderhouden was.

Na de ineenstorting van het Romeinse Rijk vormde het oude amfitheater van Nîmes het nieuwe dorp.

De barbaren brachten een eenvoudige regeervorm die maar weinig overhead vergde. De steden liepen leeg. De bevolking van het middeleeuwse Nîmes kon met gemak in het Romeinse amfitheater wonen en deed dat ook. Rome, ooit een miljoenenstad, bereikte in de twaalfde eeuw een inwonertal van rond de tienduizend.

De gevolgen van energietekort
Ook nu bereiken we een dergelijk keerpunt, aldus Homer-Dixon. Boeren kunnen in hun eentje tientallen  hectares bewerken en het voedsel voor honderden mensen produceren, door krachtige, maar energieslurpende landbouwmachines en door kunstmest, eveneens gewonnen met energievretende processen. Tot nu toe konden we ons dit veroorloven door de makkelijk te winnen fossiele brandstoffen. Er was in het verleden maar één vat aardolie nodig om honderd vaten te winnen. Nu is dat gedaald tot tien vaten. De zeer vervuilende teerzandolie, nu gezien als grote redding, levert per geïnvesteerd vat maar twee vaten olie op. Het gevolg: er moet heel veel werk worden verricht om energie te winnen, waardoor er weinig hulpbronnen overblijven voor andere dingen, zoals advocaten, huisstijlveranderingsbegeleiders en fnanciële goochelaars. Met de grote kantoren op Wall Street en de evenknieën in andere landen zal dan hetzelfde gebeuren als met de Romeinse metropolen: ze zullen leeglopen. Ook zal voedsel veel duurder worden. Voor de armsten zal dit niet meer te betalen zijn. Op dit moment geven de armsten in Nederland ongeveer vijftien tot twintig procent van hun inkomen aan voedsel uit, dat kan verdubbelen of meer. De situatie in overbevolkte onderontwikkelde landen is nog veel vervelender. Daar balanceren de armen nu al op de rand van de afgrond.

De EREOI (eenheden energieopbrengst per geïnvesteerde eenheid energie) van verschillende Amerikaanse energiebronnen in 2010. Zonnepanelen scoren nu aanmerkelijk gunstiger dan toen.

Blijft het energietekort permanent?
Zoals bekend bij onze lezers hebben we op Visionair.nl doorgaans een wat optimistischer kijk. Zo ook hier; dit met reden. Er zijn nu namelijk al alternatieve energievormen die een hogere EROEI (energy return on energy invested) hebben dan fossiele brandstoffen. Waterkracht, bijvoorbeeld, levert in de VS honderd maal zoveel energie op als er in is gestopt. We kunnen niet net als de Romeinen onze toevlucht zoeken tot oorlogen om aan slaven of energie te komen, de Irak-oorlog bleek een miskleun van duizend miljard dollar, dus zijn we wel gedwongen technisch vernuft in te zetten.

Dit lukt nu ook heel aardig. Op dit moment komen er zwermen getalenteerde wetenschappers en technici uit landen die een halve eeuw geleden tranentrekkers op televisie waren. De meesten van hen werken nu aan fundamenteel onderzoek en technieken, onder andere om meer energie te persen uit zon, water en wind. Zonnepanelen zijn nog nooit zo voordelig geweest als nu en kenden nog nooit zo’n hoge EREOI. We verwachten een enorme Kondratieff golf in de komende decennia als duurzame energiebronnen definitief de plaats in gaan nemen van fossiel en ons vervoer, machines en onze infrastructuur hierop aangepast moeten worden. Helaas hebben we ten opzichte van jonge groeilanden een remmende voorsprong. Waarschijnlijk brengen oude olieraffinaderijen en boorplatforms echter wel heel veel op als scrap metal.

Nieuwste energiebron: verlaten oliebron

Oude, uitgeputte olie- en gasbronnen kunnen al snel een tweede leven krijgen als milieuvriendelijke geothermische krachtcentrales. In principe kan de VS zo zelfvoorzienend worden in stroom, ook voor Nederland zijn er de nodige mogelijkheden.

Uitgeputte oliebronnen krijgen een tweede leven. Wordt de VS zelfvoorzienend in duurzame elektriciteit?

Geothermische energie duurzame en goedkope energiebron
Geothermische energie (aardwarmte) – we schreven er op Visionair al eerder over – is een duurzame vorm van energie vanwege zijn alomtegenwoordigheid – overal op aarde stijgen de temperaturen van gesteente tussen de 25 en 50 graden voor elke kilometer diepte. De voornaamste kostprijsbepalende factor voor geothermische centrales is het boorgat, dat al gauw de helft van de totale investeringskosten uitmaakt. Het goede nieuws: die gaten zijn er al. Namelijk in de vorm van uitgeputte olie- en gasbronnen, die doorgaans boorputten achterlaten van vele kilometers diepte. Deze boorputten zo aanpassen dat je er water doorheen kan laten circuleren is dé oplossing voor goedkope geothermische energie, stellen Xianbiao Bu en zijn collega’s van de Chinese Academie van Wetenschappen in Guangzhou.

Uitgeputte oliebron krijgt tweede leven
Hun voorstel: een pijp binnen een grotere pijp. Water wordt door de buitenste pijp naar beneden gepompt en keert via de binnenste pijp weer terug, waar het tegen die tijd oververhitte water een turbine aan kan drijven.
Xianbiao gelooft dat een doorsnee oliebron ongeveer 54 kilowatt elektriciteit kan opwekken. Weliswaar niet erg veel, vergeleken met een complete centrale op fossiele brandstof (de Eems kolencentrale-in-aanbouw bijvoorbeeld beschikt over 1560 MW vermogen, dat is ongeveer 30 000 keer zoveel), maar er zijn enorm veel bronnen.

VS geheel zelfvoorzienend qua stroomvoorziening huishoudens
Alleen al in de Verenigde Staten zijn er maar liefst 2,5 miljoen verlaten olie- en gasbronnen, elk goed voor rond de 40 huishoudens. Een snelle berekening leert dat als je die allemaal van dit Chinese systeem zou voorzien (als dat bij alle putten lukt), de VS zo rond de 80-100% in alle elektriciteit van alle huishoudens zou kunnen voorzien. In Nederland hebben we helaas niet zoveel oliebronnen, dat handjevol jaknikkers rond Schoonebeek op 800 meter diepte zet niet echt zoden aan de dijk, maar in plaats van het onzalige plan om schaliegas te winnen door fracking, kunnen we beter wat extra geothermische boorputten aanleggen. Het zo gewonnen warme water kan met gemak het aardgas vervangen.

Bron:
Xianbao Bu et al., Geothermal Energy Production Using Abandoned Oil- and Gas Wells, Renewable Energy (2011)

Zonne-energie in de ruimte: zin of onzin?

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.

Schone kernreactor werkt als kaars

Kernenergie, maar dan slim. Zo zou je de traveling wave nuclear reactor van TerraPower kunnen samenvatten. In deze reactor wordt uit uranium veel meer energie opgewekt. Sterker nog: kernafval van andere centrales kan verwerkt worden. Te mooi om waar te zijn? Niet volgens Bill Gates, die flink investeert in deze veelbelovende technologie.

Dwarsdoorsnede van de reactor.

Kernenergie anno nu: vervuilend en verspillend
Een gemiddelde kernreactor gebruikt misschien een procent of twee à drie van het uranium dat als kernbrandstof wordt gebruikt. Zonde, om meerdere redenen. De splijtbare vorm van uranium, U-235, maakt maar 0,7% van alle uranium uit. Natuurlijk uranium moet dus door een energievretend, ingewikkeld verrijkingsproces opgewerkt worden. Een tweede nadeel is dat uranium, als het eenmaal sterk verrijkt is tot vele tientallen procenten U-235, ook tot atoombom is om te bouwen. Een verrijkingsfabriek gaat namelijk probleemloos door met verrijken, ook bij hoge percentages. Een onaangenaam vooruitzicht als die fabriek in handen is van een gewetenloze dictator.
Een derde nadeel is dat er heel veel radioactief afval wordt geproduceerd. De niet-opgestookte rest van de brandstof blijft namelijk nog honderdduizenden jaren hoog-radioactief.
Kortom: wat we zoeken is een techniek waarmee je vrijwel alle uranium kan opstoken, zodat er zo min mogelijk overblijft. Zo kan je uit een kilo uranium veel meer energie halen en zijn onze energieproblemen voor de eerstkomende paar miljoen jaar verleden tijd.

Oplossing gevonden voor het centrale probleem wat betreft kernenergie?
Het Californische bedrijfje TerraPower lijkt precies dat gevonden te hebben. Hun product is overtuigend genoeg om zelfs Bill Gates over te halen grootaandeelhouder te worden. Samengevat komt het proces er op neer, dat een lange staaf verarmd uranium (uranium dat bijna geheel uit U-238 bestaat dus) aan één kant wordt ‘aangestoken’ met een kleine lading uranium-235 rijke brandstof. De  neutronen die hierbij vrijkomen, veranderen uranium-238 in twee tussenstappen in plutonium-239, dat net als uranium-235 kan splijten. Dit effect is bekend. Nieuw is dat een methode is ontwikkeld om deze reactie zeer langzaam van de ene kant van de staaf naar de andere kant te laten kruipen. In een jaar of vijftig is de staaf opgebrand. Al die tijd levert de reactie energie zonder dat de brandstofstaven vervangen hoeven te worden.

Het concept is ontwikkeld in Rusland (toen: de Sovjetunie) in de jaren vijftig. Na Russische, Amerikaanse, Nederlandse en Oekraïense feasability studies is het bedrijf nu aan het werk met het ontwikkelen van een prototype. De eerste reactors moeten voor 2020 à 2025 in bedrijf zijn. In de video wordt het concept uitgelegd.

Enorme voorraden verarmd uranium
Alleen al in de VS is er 700 000 ton verarmd uranium opgeslagen. Op dit moment wordt dat voornamelijk misbruikt voor militaire doeleinden. De gevolgen – uraniumvergiftiging en verhoogde kankervorming bij de Iraakse burgerbevolking – zijn ernstig. Volgens berekeningen van TerraPower[2] is acht ton verarmd uranium voldoende om 25 miljard kilowattuur op te wekken, meer dan heel Nederland in een jaar aan stroom gebruikt. Een snelle berekening leert dat met alle 700 000 ton verarmd uranium uit alleen al de Amerikaanse voorraden, de totale energiebehoefte van de wereld voor bijna twintig jaar te dekken is, met de voorraden uit de rest van de wereld meegerekend ongeveer veertig jaar. Niet gek voor afvalmateriaal. Wat de door schulden geplaagde Amerikanen ook zeer zal aanspreken: de totale waarde van de elektriciteit die met het Amerikaanse afvaluranium is op te wekken is zes keer zo hoog als de waarde van de Amerikaanse overheidsschuld.
Het plaatje wordt helemaal zonnig als ook het uranium in zeewater meegerekend wordt: 4,3 miljard ton, equivalent aan meer dan 200 000 jaar wereldenergieverbruik. De thoriumvoorraad en uraniumvoorraden op het land, een veelvoud, zijn dan nog niet meegerekend.

Bronnen
1. Presentatie van Gilleland, Berkeley
2. Depleted Uranium as Fuel Cuts Path to Less Waste, TerraPower

Enorme gasvondst in Israël, vergelijkbaar met Slochteren

Israëli’s klagen vaak dat Jahweh ze uitgerekend in het enige deel van het Midden Oosten heeft laten wonen waar geen olie en gas in de grond zit. Dat laatste blijkt met de ontdekking van twee enorme gasvelden niet waar te zijn. Zullen de rollen nu omgedraaid worden?

Israël steeds meer zelfvoorzienend in aardolie
Geopolitiek is de positie van Israël, omringd door vijandige buren,  niet erg benijdenswaardig. Tot overmaat van ramp zit ook de meeste aardolie in landen waarvan de bevolking niet bepaald overloopt van warme gevoelens voor de joodse staat. Het vergt dan ook veel kunst en vliegwerk voor de Israëli’s om hun oliebehoefte te dekken. Gelukkig hebben de Israëli’s in 2006 een rijke bron van lokale aardolie ontdekt: schalie-olie waaruit voor een kostprijs van ongeveer twintig dollar per vat olie gewonnen kan worden[1]. Ter vergelijking: op het moment dat dit artikel geschreven wordt (september 2011) zweeft de olieprijs van Brent-Noordzeeolie rond de honderd tot honderdtien dollar per vat. In principe kan hieruit ongeveer een derde van de oliebehoefte gedekt worden.

Enorme aardgasvondst
Israël heeft een lange kustlijn, wat betekent dat een enorm deel van het oostelijk Middellandse Zeegebied bij de Israëlische territoriale wateren behoort. Al in 2009 werd het kleinere Tamar-veld gevonden.

De drie Israëlische aardgasvelden Leviathan, Tamar en Dalit.

Proefboringen hebben begin 2011 laten zien dat er een nog groter veld ligt: het Leviathanbekken. Ook is het kleine Dalitveld ontdekt. Deze drie velden samen bevatten rond de 750 miljard kubieke meter. Ter vergelijking: het Nederlandse aardgasveld bij Slochteren bevat nog ongeveer 40% van de oorspronkelijke inhoud. Dit is nog 1100 miljard kubieke meter. Daar staat tegenover dat de gasvondst in Israël nog niet goed in kaart is gebracht en heel goed nog groter kan zijn dan tot nu toe bekend[2]. Voor een klein land als Israël met ongeveer de helft van de Nederlandse bevolking en driekwart van het Nederlandse welvaartspeil betekent deze vondst relatief evenveel als Slochteren voor Nederland betekende. Zeker nu in deze tijd de prijzen voor energie de pan uitrijzen en er in Egypte, tot nu toe de belangrijkste leverancier van gas, steeds meer stemmen opgaan de gaskraan naar het gehate Israël dicht te draaien. Fundamentalistische terroristen doen in ieder geval al hun best de gasleiding te saboteren.

Dat is nog niet alles. Zo bevat het Leviathan aardgasveld rond de 4,3 miljard vaten olie, voldoende voor veertig dagen wereldolieverbruik. Dit is vijftien keer zoveel als er in Nederland in de grond zat. Anders gezegd: het is voldoende om Israël een halve eeuw qua aardolie zelfvoorzienend te maken. Overigens is Israël nu al bezig met een grootschalig programma om het land over te laten schakelen op elektrische auto’s.

Zeegrensconflict
Buurland Libanon is het niet eens met de manier waarop de zeegrens getrokken is. Volgens Libanon moet de grens oost-west lopen, waardoor ook Libanon een deel van de rijke olie- en gasvelden in bezit krijgt. Omdat de gewelddadige militie Hezbollah al met aanslagen op Israëlische installaties heeft gedreigd, patrouilleert Israël nu met onbemande drones in het gebied.

Geopolitieke consequenties
Als grootschalige gasexport van Israël naar Europa plaatsvindt, wordt de wurggreep van Rusland en de Noord-Afrikaanse landen op de Europese gasvoorziening zwakker. Dit zal Israël ook extra invloed geven op het buitenlandse beleid van de Europese landen ten koste van de invloed van de islamitische wereld en Rusland. Voor Europa is het daarom erg verstandig, gasleveringscontracten met Israël af te sluiten. Hierdoor wordt de enorme afhankelijkheid van Russisch en Noord-Afrikaans gas verminderd.

Bronnen
1. Israel presses for oil from shale – Business Week (2006)
2. Foreign Policy Specialist David Wurmser: New Gas Fields Could Make Israel Big Player (2011)
3. Lebanon’s Hezbollah Leader Threatens Israel Over Maritime Oil, Turkish Weekly (2011)

Dutch