De eilandengroep Tokelau, die bestuurd wordt door Nieuw Zeeland als autonoom landsdeel, is het eerste ‘land’ dat volledig over is geschakeld op zonne-energie. Waarnemers verwachten dat andere landen nu snel zullen volgen, nu de prijzen voor zonnepanelen in hoog tempo blijven dalen.
Tokelau is het eerste land ter wereld dat vaarwel zegt tegen fossiel. Tijd voor een feestje dus.
Tot nu toe was de elektriciteit op Tokelau, een paradijselijke groep van drie atollen in de Stille Zuidzee, afkomstig van dieselgeneratoren. Deze waren lawaaiig, vervuilend en -het ergste voor het straatarme Tokelau- uitermate duur in verbruik. Zo gaf de bevolking van Tokelau, 1500 mensen, per jaar rond de 600.000 euro uit aan brandstof voor de generatoren. Al gauw een fiks deel van het jaarinkomen dus voor de bevolking, die moet rondkomen van rond de duizend euro per hoofd van de bevolking. Nu moet er wel bij vermeld worden dat de bevolking van Tokelau vrijwel geheel zelfvoorzienend is en weinig gebruik maakt van geld. Het project kostte in totaal 7 miljoen Nieuwzeelandse dollar (plm 4,5 miljoen euro per 7 november 2012)
Volgens projectleider Bassett-Smith, van de Nieuw Zeelandse firma PowerSmart Solar, zal de verandering Tokelau in staat stellen geld te besteden aan sociale voorzieningen in plaats van aan brandstof.
De problemen van Tokelau met elektriciteitsopwekking zijn niet uniek. Alle eilandnaties daar kampen met het probleem van dure elektriciteit door de zeer hoge transportkosten – de Stille Zuidzee beslaat bijna de helft van de oppervlakte van de aarde. Om deze reden is voor veel eilandnaties elektriciteit voor de gehele bevolking een vaak onbereikbare, en in ieder geval dure droom. De Nieuw Zeelandse minister van Buitenlandse Zaken, Murray McCully, werkt samen om ook andere eilandnaties zoals Tonga en de Cook Eilanden om duurzame energiebronnen te ontwikkelen. Hij verwacht dat het voorspoedige verloop van het project – binnen de gestelde termijn en binnen het budget – ook andere Pacifische eilandstaten over de streep zal trekken.
De rest van de elektriciteit wordt overigens opgewekt met kokosnootolie. Wel rijden de motorvoertuigen nog op fossiele brandstof.
Het Nederlandse overheidsbeleid op het gebied van zonne-energie laat duidelijk zien, dat met een uitgekiend subsidiebeleid ongewenste ontwikkelingen uitstekend af te remmen zijn. Wat kunnen we leren van de effectieve techniek, waarmee Nederlandse regeringen de opkomst van alternatieve energiebronnen in Nederland hebben gedwarsboomd?
Shell houdt niet van alternatieve energie
We hebben in Nederland een multinational die een warm plekje heeft bij de machthebbers in Nederland. De majesteit is grootaandeelhouder bij Koninklijke Olie, beter bekend als Shell, en politici lopen in en uit bij deze multinational. Getuige de gebeurtenissen in Nigeria, waar volgens documenten op Wikileaks het bedrijf zo’n beetje het land in zijn zak heeft, zit het wel snor met de VOC-mentaliteit bij deze Brits-Nederlandse onderneming. Voor de belastingpenningen en werkgelegenheid aan politici die het bedrijf biedt, krijgt het bedrijf ook heel wat terug. Bekend zijn reeds de lobbypogingen van de Nederlandse regering in Rusland en Iran, waar Shell de nodige oliebelangen heeft. Volgens andere Wikileaks documenten vinden de Amerikaanse diplomaten, vermoedelijk met de nodige jaloezie, de Nederlandse overheid een loopjongen voor Shell. De Amerikanen zelf staan overigens ook bekend om dit soort corporate-friendly buitenlandse politiek. Denk bijvoorbeeld aan de staatsgreep in 1953 tegen de democratisch gekozen premier Mohammed Mossadeq in Iran, omdat hij de oliebronnen nationaliseerde. Hiermee vernietigden de Amerikanen de opkomende democratie in Iran en legden de kiem voor de islamitische revolutie (met daaropvolgende islamisering) in 1979.
Voor Shell en collega-oliereuzen zou een massale overstap naar alternatieve energiebronnen, vooral naar elektrisch rijden, een existentiële ramp betekenen. Alternatieve energiebronnen zijn namelijk wijdverspreid. Dit geldt vooral voor zonne-energie; in minder mate ook voor windenergie en aardwarmte. Alleen al in Nederland gaan er in de energiesector per jaar tientallen miljarden om, waarvan zeker dertien miljard (via gasinkomsten en accijnzen) rechtstreeks de schatkist in vloeien. Geen wonder dat bedrijven als Shell niet erg blij zijn met alternatieve energiebronnen en meer voelen voor technieken als CO2-sequestratie onder de grond. Het is ook geen wonder dat Balkenende hier op inzette.
Remmen met subsidie: fata morgana-subsidies, dooie-mus subsidies en onberekenbare subsidies
Er zijn verschillende methodes waarmee subsidie kan worden gebruikt om een ontwikkeling af te remmen. Het doel van deze subsidies is verwarring te stichten, frustratie te veroorzaken en te vertragen. De krachtigste methode is de zogeheten fata-morgana subsidie. Het recept gaat ongeveer als volgt. Als politicus introduceer je een ruimhartige subsidieregeling. Er is alleen maar één maar. De subsidieregeling gaat pas over twee jaar in. Uiteraard willen investeerders niet een dief van hun eigen portemonnee zijn en stellen hun investeringen uit. Vlak voordat de subsidieregeling dreigt in te gaan voer je ambtelijke bezwaren aan, bijvoorbeeld door Europese regelgeving te citeren. Hoe spijtig het ook is, om aan de wettelijke vereisten te voldoen zal invoering toch echt uitgesteld moeten worden. Tegen die tijd zijn er weer nieuwe verkiezingen.
Een andere uitstekend werkende methode is de zogeheten dooie-mus subsidie. Je stelt een beperkt buget beschikbaar voor een regeling die je met veel bombarie aankondigt. Wie het eerst komt, eerst maalt. Omdat er een lachwekkend klein budget voor is vrijgemaakt, krijgen verreweg de meeste aanvragers nul op het rekest. Frustratie, uitstel en, in veel gevallen, afstel. Mission accomplished.
Ook een effectieve methode is de onberekenbare subsidie. Je goochelt voortdurend met allerlei ingewikkelde subsidievoorstellen, die ook om de haverklap weer ingetrokken worden. Klanten en investeerders haken massaal af. Zelfs een gepromoveerd subsidioloog legt het hoofd amechtig in de schoot.
Zonnesector siddert terecht voor subsidies Al deze drie methodes zijn door de Nederlandse overheid -bedoeld of onbedoeld, dat laat ik in het midden – met succes toegepast. Met als gevolg dat de in Nederland opgewekte hoeveelheid zonne-energie maar klein is, zeker vergeleken met onze oosterbuur Duitsland.
De Nederlandse zonne-energiesector siddert en beeft, nu de Nederlandse overheid weer met subsidieplannen aankomt en smeekt werkelijk hartstochtelijk, om de sector verdere zogenaamd “goedbedoelde” subsidies te besparen. Voor een buitenstaander lijkt dit vreemd. Immers, zijn subsidies niet de sleutel geweest waarmee bijvorbeeld de Duitse zonne-energiesector haar indrukwekkende resultaten heeft bereikt? Het verschil is echter dat de Duitse regering de zonnesector wel een goed hart toedraagt. De reden is dat Duitsland, afgezien van de uiterst vervuilende bruinkool, nauwelijks over inheemse energiebronnen beschikt en de Duitse overheid niet in de zak zit van een internationaal oliebedrijf. De Duitse subsidies zijn voorspelbaar, permanent en langdurig, waardoor investeerders ook de zekerheid hebben dat ze hun geld terugkrijgen. Vandaar dat de Nederlandse zonne-energiesector, door schade en schande wijs geworden, met rust gelaten wil worden. Subsidies zijn nu ook niet meer nodig. Zonnepanelen zijn nu voor consumenten al lonend en dalen nog steeds sterk in prijs. Zelfs met doortrapte subsidiespelletjes is de opmars van zonne-energie niet meer te stoppen. Het Nederlandse bedrijfsleven is groter dan alleen Shell. Wellicht wordt het tijd, ook aan de belangen van de overige Nederlanders te denken.
Op het podium van TED2012 breekt Peter Diamandis een lans voor optimisme – dat we de uitdagingen die ons te wachten staan, zullen aankunnen door uitvindingen en innovatie. “Ik zeg niet dat we geen problemen zullen hebben, dat staat als een paal boven water, maar uiteindelijk zullen we ze de baas worden.” Hij gaat daarbij in op verschillende technologieën als zonne-energie, zoet water productie, toegang tot het internet voor 3 miljard meer mensen aan het einde van dit decennium, etc. Een inspirerend verhaal met Nederlandse ondertitels.
In de ruimte schijnt altijd de zon en is er geen belemmerende atmosfeer. Zonnecentrales in de ruimte zouden de energieproblemen op aarde kunnen oplossen, maar zijn peperduur. Is de SPS-ALPhA van NASA de oplossing?
John Mankins ontwikkelde in opdracht van NASA een nieuw type solar-power satelliet. Volgens Mankins kunnen zijn satellieten overal op aarde waar een tekort is, energie leveren. Mankins leidde ook het eerste NASA-team dat in de jaren negentig de mogelijkheden voor orbitale zonne-energiecentrales onderzocht.
De zogeheten SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array) is volgens Mankins het eerste praktische zonnesatellietconcept, dat een nieuwe biomimetische (door biologische organismen geïnspireerde) benadering hanteert. In de visiei van mankins komen er enorme platforms die elk uit tienduizenden kleinere elementen bestaan. Deze elementen kunnen volgens Mankins draadloos overal ter wereld, of aan ruimtemissies, tientallen tot duizenden megawatts afleveren.
De Solar Power Satellite SPS-Alpha.
SPS-ALPHA gebruikt een groot rooster van individueel bestuurdare dune-film spiegels, die op de gebogen oppervlakte van de satelliet zijn aangebracht. Deze beweegbare spiegels onderscheppen en richten binnenkomend zonlicht richting zonnecellen die aan de achterzijde van de satelliet zijn aangebracht (de binnenkant van de punt van de trechter op de afbeelding).
De satelliet stuurt met behulp van microgolfzenders een coherente, laag-intensieve bundel radiogolven naar ontvangstations op aarde.
Verder maakt het SPS-ALPhA concept een zonnesatelliet mogelijk die in zijn geheel uit individuele systeemelementen bestaat. Samen wegen deze niet meer dan 50 tot 200 kg. Dit betekent dat de satellieten in fabrieken in massaproductie van de lopende band kunnen rollen, wat ze uiteraard veel goedkoper maakt dan bestaande, handgemaakte, satellieten. Ook hier geldt echter dat de lanceerkosten, zowel in geld als in energie uitgedrukt, astronomisch blijven – afhankelijk van het gewicht tussen de 50 000 en 200 000 euro, resp. 2-8 gigajoule (500-2000 kWh, bij een elektromagnetische katapult). Dit – en soortgelijke – ideeën staan of vallen dus met een goedkope methode om vracht te lanceren. Ook ben je er nog niet met de satellieten, er zullen ook de nodige ontvangers op aarde moeten worden gebouwd.
Hernieuwbare energie is overal om ons heen. Zon, wind, water, bodem en de zee: overal kunnen we energie uit opwekken. Een groot nadeel van hernieuwbare energie is echter dat het bijna direct na de opwekking gebruikt moet worden. Dit zorgt ervoor dat we momenteel vooral fossiele energie gebruiken in Nederland omdat dit verbrand kan worden wanneer de vraag er is.
Dit probleem kan echter opgelost worden als je een enorme opslagcapaciteit zou hebben in de vorm van goedkope batterijen. Dan kan namelijk alle energie uit hernieuwbare bronnen altijd opgeslagen worden en kan de energie eruit gehaald worden op de momenten dat we het nodig hebben. Grote goedkope batterijen zijn kortom de missing link in de oplossing van ons huidige energieprobleem. Donald Sadoway van de MIT zegt precies hiervoor een oplossing te hebben gevonden. Hieronder zijn inspirerende verhaal op TED.
Wanneer zouden de containers met vloeibare batterijen in Nederland in het straatbeeld verschijnen in combinatie met lokale zonne-energie en windmolens?
Het potentieel voor zonne-energie zet welke andere inzetbare energiebron dan ook in de schaduw. Vergeleken met de zon, is wind een schaarse hulpbron. De zon is dus de meest voor de hand liggende alternatieve energiebron. Maar hoe zal massaal gebruik van zonne-energie het klimaat beïnvloeden?
Opwarming…
Er kunnen duizenden terawatts zonnestroom worden opgewekt met bestaande technologie. Ter vergelijking: het totale wereldenergieverbruik ligt nu tussen de 16 en 17 terawatt. Dit is meer dan honderd maal zoveel als windenergie oplevert. Echter, ook zonne-energie klan het klimaat veranderen. De reden: zonnepanelen veranderen de reflectiviteit, het albedo, van het oppervlak. De over het algemeen zeer donkere zonnepanelen absorberen veel meer zonlicht dan het heldere woestijnzand of gesteente waar ze op worden geplaatst.
Dit visionaire ontwerp van kunstenaar Ab Verheggen zet mensen aan het denken. Zonnepanelen om de klimaatomslag tegen te gaan? Waarom niet?
Een recente studie modelleerde de effecten van een 1-TW zonnekrachtcentrale in de Mojave woestijn in Californië. De conclusie van de studie: zoveel donkere zonnepanelen over lichtgekleurd zand plaatsen zal de lucht boven het zand met 0,4 graden opwarmen, waardoor temperaturen en luchtstromingen tot 300 km in de omtrek zullen worden beïnvloed. Nu is een terawatt wel heel erg veel: dertig keer het vermogen van alle elektrische centrales in Nederland bij elkaar. De klimatologen hebben dit onderzoek dan ook gedaan om te onderzoeken of de VS 100% met zonne-energie bevoorraad kan worden.
Of afkoeling
Als we in de toekomst veel efficiëntere zonnepanelen ontwikkelen, met een rendement van bijvoorbeeld zestig of zeventig procent, zou een dergelijke zonnecentrale juist de omgeving koelen. De zonnehitte wordt dan omgezet in elektriciteit, die elders (waar de energie wordt gebruikt) weer eindigt als afvalwarmte. Zelfs bestaande zonnepanelen zullen een afkoelend effect hebben als ze op een pikzwart oppervlak worden geplaatst. Immers: rond de twintig procent van alle zonnestraling wordt omgezet in elektriciteit. Als een oppervlak meer dan negentig procent absorbeert, scheelt dat behoorlijk.
Onbedoelde geo-engineering
Ook is zonne-energie bepaald niet de enige activiteit die het klimaat beïnvloedt. De aanplant van gewassen of bebouwing heeft vaak een veel grotere invloed. Zo zijn de luchttemperaturen in het zeer droge Zuid-Oost Spanje sinds 1983 met meer dan 0,6 graden gedaald omdat er zoveel lichtweerkaatsende kassen zijn geplaatst in het gebied. De gevolgen zullen echter beperkt blijven, zolang we maar niet honderden terawatts gaan onderscheppen die anders teruggekaatst zouden worden in het heelal. Een kwestie van verstandig ontwerpen en plaatsen van zonnepanelen.
Pompen van zonnewarmte naar gematigde streken
Als er werkelijk enorrme hoeveelheden zonnewarmte worden afgetapt in de woestijnen en in de vorm van elektriciteit naar koudere streken wordt gestuurd, betekent dit in feite netto een enorm transport van zonnewarmte naar de gematigde klimaatgordel. Mogelijk kan de vrijkomende afvalwarmte in de zomer in grote ondergrondse hittereservoirs worden opgeslagen, die we in de winter als verwarming kunnen gebruiken.
Er is heel wat lef voor nodig om in de overvoerde markt voor zonnepanelen met een nieuw product te komen. Semprius, een start-up in samenwerking met de Duitse elektronicareus Siemens, durft het toch aan. Met reden. Hun zonnepaneel breekt alle efficiëntierecords voor ‘normale’ zonnepanelen met stukken.
Het Semprius zonnepaneel bestaat uit duizenden minizonnecellen met bijbehorende lenzen.
Minilensjes met drie dunne laagjes
Semprius ontwikkelde een zonnepaneel dat gebruik maakt van kleine concentratorlenzen. Deze werken in combinatie met drie lagen galliumarsenide boven elkaar die elk gevoelig zijn voor een andere golflengte van het licht. Het gevolg is dat een veel grotere fractie van het licht in elektriciteit om wordt gezet dan in een “gewoon” zonnepaneel.
Een tweede voordeel is dat het gebruikte galliumarsenide veel meer zonlicht absorbeert dan silicium, het materiaal in de meeste zonnecellen.
Galliumarsenide: schaars en duur
Gallium is een schaars en dus duur metaal, dat een zo laag smeltpunt heeft dat het smelt in je hand. Het dodelijk giftige arsenicum komt veel meer voor, getuige, bijvoorbeeld, de vele slachtoffers van arsenicumvergiftiging door grondwater in onder meer Bangladesh. Deze zonnecel maakt zeer efficiënt gebruik van kleine hoeveelheden galliumarsenide door de concentratorlenzen die het zonlicht op een plekje, zo groot als een punt gezet met een balpen concentreren. Hierdoor is er per vierkante meter zonnepaneel toch maar enkele grammen gallium nodig.
Zuinige productietechniek
Dit krijgt Semprius voor elkaar door de zonnecellen te etsen op een drager van galliumarsenide. met behulp van een robot worden de zonnecellen overgebracht naar een goedkoop substraat. Zo kan met een kleine hoeveelheid galliumarsenide een enorme hoeveelheid zonnecellen goedkoop worden gefabriceerd.
Recordefficiëntie
Een derde partij heeft de zonnepanelen van Semprius doorgemeten en vastgesteld dat deze een recordhoge efficiëntie bereikt: 33,9%, twee procent beter dan de efficiëntie van het beste huidige verkrijgbare commerciële zonnepaneel. Er bestaan al zonnepanelen met een efficiëntie van veertig procent, maar deze zijn zo duur dat ze alleen in zonneconcentrators en op satellieten interessant zijn. De hoogste efficiëntie ooit in een laboratoriumcel bereikt is 48%.
Minder dan tien dollarcent per kilowattuur
De fabriek van Semprius staat in de VS, maar kan toch met China concurreren door de extreem hoge efficiëntie van de cel. Daardoor kan een kleinere oppervlakte cellen dezelfde energie leveren als een groot goedkoop zonnepaneel. Op dit moment zitten de meeste kosten niet meer in de zonnepanelen zelf, maar in de installatiekosten, bevestiging en de begeleidende elektronica die de zonnestroom omvormt tot netstroom, waardoor deze cellen toch zeer interessant worden. Bij massaproductie verwacht Semprius dat de prijs per kilowattuur daalt tot onder de tien dollarcent (rond de zeven tot acht eurocent). Dit is een derde van de consumentenprijs in Nederland en is ongeveer gelijk aan de kosten van opwekking uit fossiele brandstoffen als gas.
Hier in Nederland is het nu voor particulieren al voordeliger om op zonne-energie over te stappen dan om dat niet te doen, dit dankzij de hoge energieheffing. In ontwikkelingslanden is het voor de allerarmsten zelfs zonder heffing al goedkoper. Olie is op zijn retour.
Als je moet kiezen tussen betrouwbare zonne-energie en een onbetrouwbaar elektriciteitsnet, is de keus voor veel sloppenwijkbewoners snel gemaakt.
Leven zonder elektriciteit
1,3 miljard mensen zijn niet op het elektriciteitsnet aangesloten. Wat dat betekent zie je bijvoorbeeld in plattelandsdorpen in zeer arme landen. Verlichting werkt door middel van dure, gevaarlijke kerosine – een veel voorkomende oorzaak van branden. Het opladen van mobiele telefoons is al helemaal een probleem. De allerarmsten zijn een belangrijk deel van hun inkomen kwijt aan het kopen van brandstof. Nu deze brandstof door peak oil steeds duurder wordt, blijft er steeds minder over voor voeding en kleding. In veel andere landen werkt het elektriciteitsnet maar een paar uur per dag. Geen wonder dat steeds meer mensen in ontwikkelingslanden, net als hier, besluiten geheel off-grid te gaan en met behulp van hun eigen mini-elektriciteitscentrale in hun stroom te voorzien. In het verleden werd je geteisterd door lawaaiige, stinkende dieselgeneratoren, maar in warme, zonnige landen is zonne-energie steeds meer de meest voor de hand liggende keus.
Zon kost helft van kerosine
Met energiezuinige elektronica als leds en betaalbare accu’s wordt zonne-energie steeds aantrekkelijker. Zonnepanelen zijn nog nooit zo goedkoop geweest – toepassen van zonne-energie kost nu nog maar de helft van kerosine. Innovatieve bedrijven bieden nu speciale producten en diensten die voor de zeer armen toch nog betaalbaar zijn. Vijftig dollar, de kosten voor een complete verlichtingsset, is voor deze mensen een maandsalaris en meer dan ze aan contanten bezitten. Om die reden bieden bedrijven als Eight18 in Kenia huurapparatuur aan.
Mensen kunnen via een kraskaart energietegoed kopen in lokale winkeltjes. Als ze de code van de kraskaart per SMS naar Eight18 sturen en de bevestigingscode intoetsen, hebben ze weer voor een week elektriciteit. Andere bedrijven verkopen complete sets, bestaande uit een vier watt zonnepaneel, enkele ledjes en een oplaadbare batterij. Een zeer rendabele investering: in ongeveer twee jaar heeft een gebruiker de kosten er uit. Geen wonder dat de zonne-energiemarkt voor de allerarmsten explodeert. De zon is definitief geen luxe-speeltje meer voor sociaal bewogen rijke westerlingen, maar voor steeds meer mensen domweg bittere noodzaak.
Blijkbaar hebben de presidenten van de VS nooit het bekende werk van Sun Tzu gelezen met de titel: The Art of War. Sun Tzu legt op de derde pagina van zijn werk al uit: “There is no instance of a country having benefited from prolonged warfare.” En hoewel hij het voorrekent aan de hand van ezelkarren, benodigde hoeveelheden voedsel voor soldaten en zilveren munten, laat hij duidelijk zien dat een langdurige buitenlandse oorlog funest is voor een land. Simpelweg omdat het een ontzettende inspanning vraagt en er op de lange termijn zelden iets constructiefs voor terugkomt.
De strijd die Amerika sinds 2001 voert in Afghanistan, Pakistan en Irak kost de VS minstens 3700 miljard dollar(sic). Als we dit delen door het aantal inwoners van 312,837,000 dan wordt duidelijk dat elke burger in de VS van jong tot oud ongevraagd iets minder dan 12 duizend dollar heeft meebetaald aan dit kostbare avontuur. Dit bedrag had de overheid overigens niet, dus het volk mag hier de komende jaren buiten het af te betalen er ook nog eens een flinke rente over betalen aan internationale bankiers die de overheid het geld geleend hebben.
Waar het excuus van terrorisme en massavernietigingswapens in het begin werd gebruikt, heeft de VS later ook toegegeven dat de reden voor de oorlog voornamelijk over olie ging. Daarbij zijn er veel mensen die geloven dat het feit dat Irak afstapte van de dollar en overging naar de Euro om olie af te rekenen ook een grote rol speelde.
Overzicht van militaire basissen van de VS in het Midden Oosten. Zo controleert de VS grotendeels de enorme fossiele energievoorraden in deze regio.
Maar stel nu dat Amerika in plaats van zich zo te focussen op het veilig stellen van fossiele brandstoffen zich had gericht op het investeren in hernieuwbare decentrale energie, hadden ze dan uiteindelijk niet veel meer bereikt? Als we naar de prijzen van bijvoorbeeld zonnepanelen kijken en uitgaan van de huidige prijzen van $2,42 per WP dan had Amerika inplaats van oorlog te voeren voor dit bedrag elke inwoner van het land 4887 WP aan zonnepanelen kunnen geven. Als we hierbij conservatief rekenen met Nederlandse opbrengstrendementen dan levert een systeem van deze omvang jaarlijks 3909 kWh aan elektriciteit op. Een gemiddeld gezin in Nederland gebruikt jaarlijks rond de 3500 kWh. Kortom, als de VS inplaats van in oorlog, in hernieuwbare energie had geïnvesteerd dan had heel Amerika op het gebied van stroom nu meer dan volledig zelfvoorzienend kunnen zijn… Daarbij had het ook een anderhalf miljoen levens gescheeld die nu in de strijd zijn omgekomen.
Kortom oorlog voeren is dom en duur en op de lange termijn levert het nooit een waardevolle bijdrage aan het voortbestaan van het land. Zwitserland lijkt dit geheim al enkele eeuwen te kennen en waar Nederland vroeger ook graag neutraal was, doet Nederland nu helaas maar al te vaak mee aan de domme avonturen van de VS en de NAVO. Zowel in het Midden-Oosten als in Noord-Afrika levert ons land bijdragen aan oorlogen. En hoewel onze Royal Dutch Shell hier over het algemeen wel bij vaart -zo heeft Shell inmiddels mooie contracten binnen in Irak en overweegt het inmiddels ook terug te keren naar Libië– lijkt het de gewone Nederlander vooral een heleboel geld te kosten en daarbij zo nu en dan ook een familielid.
Van de andere kant heeft het politici als Wouter Bos, Frits Bolkenstein en Wim Kok wel mooie baantjes bij de Shell opgeleverd en dat is natuurlijk ook wat waard.
Investeren in decentrale hernieuwbare energiebronnen lijkt aanzienlijk nuttiger te zijn op de lange termijn dan te investeren in oorlogen om fossiele energiebelangen veilig te stellen.
Wellicht is het tijd om onze huidige volksvertegenwoordigers te adviseren The Art of War eens grondig door te lezen. Dan kunnen we daarna weer een neutraal land worden en kan het geld wat nu in oorlogen wordt gestoken om de zakelijke belangen van Shell te dienen worden geïnvesteerd in decentrale hernieuwbare energie in het eigen land. Dit maakt ons onafhankelijker van fossiele brandstoffen en daar hebben de gewone burgers van Nederland op de lange termijn echt wat aan!
Zonnepanelen worden mogelijk overbodig. Tot voor kort was het rendement van thermo-elektrische verf en andere materialen afgrijselijk laag en de kosten enorm. Daar komt nu verandering in. Dit revolutionaire materiaal, dat je met een verfkwast kan aanbrengen, zou de energiemarkt wel eens helemaal op zijn kop kunnen zetten. En er zijn meer werkende thermo-elektrische concepten.
Zonnepanelen zijn duur en alleen door een dure vakman te installeren. Hoewel de zon voor particulieren al goedkoper is dan stroom van de elektriciteitsmaatschappij en zonnepanelen snel in prijs dalen. Het zou een uitkomst zijn als zonnepanelen net zo makkelijk aan te brengen zouden zijn als verf. Het goede nieuws: daar is nu zicht op. Nieuw onderzoek bestudeert het gebruiken van thermo-elektrische materialen om zonlicht om te zetten in energie.
Zonneverf uit een blik in plaats van een zonnepaneel. De toekomst?
Wat is thermo-elektriciteit?
Wellicht ken je koelelementjes op elektriciteit, zoals die in bierkoelers, waarmee diverse fabrikanten elkaar op leven en dood beconcurrreren, worden gebruikt. Die berusten op het Peltier-effect: de elektronen in de elektrische stroom ‘voeren’ de warmte, in feite trillingen van elektronen, als het ware met zich mee. Het omgekeerde kan ook. ‘Hete’ elektronen bewegen sneller dan ‘koude’, waardoor de elektronen zich ophopen aan de koude kant en zo een spanningsverschil veroorzaken dat je kan benutten. Eklektriciteit uit warmte dus, al is de efficiëntie laag, tot voor kort rond een procent. Een schijntje vergeleken met de twintig procent die een goed zonnepaneel haalt. Geen wonder dat dit principe tot voor kort vrijwel alleen voor koeling, of omgekeerd, in satellieten met een radioactieve bron, werd gebruikt.
Thermo-elektriciteit: de assepoester van de zonne-energie
In een traditionele zonnecel mept een lichtdeeltje, een foton, een elektron uit zijn energieniveau en laat deze naar een ander materiaal springen. Dit wekt spanning op die wordt afgetapt. Traditionele zonnepanelen lopen tegen een (voor dit type systeem) fundamentele beperking aan. 37,7% omzetting van zonlicht in elektriciteit, de Shockley-Quissler limiet, is het theoretische maximum dat een traditionele zonnecel kan halen. De reden: fotonen met te weinig energie kunnen elektronen niet over de energiekloof laten springen, fotonen met te veel energie kunnen maar gedeeltelijk benut worden, dus wordt meer dan de helft van alle energie weggegooid. Zonde natuurlijk. Sterker nog: deze energie komt vrij als warmte, oververhit het zonnepaneel en werkt zo zelfs tegen.Vandaar trouwens dat de zuidpool (in de zomer) en het hooggebergte zo interessant zijn voor klassieke zonnepanelen.
Thermodynamisch gezien is in theorie veel meer rendement te halen. De zon heeft een oppervlaktetemperatuur van rond de zesduizend graden (Celsius of Kelvin, die 273,15 graden verschil maakt bij zeer hoge temperaturen nauwelijks meer uit). De oppervlakte van de aarde een temperatuur van, zeg, rond de driehonderd kelvin (27 graden Celsius; in werkelijkheid gemiddeld veertien graden, maar 27 C rekent lekker makkelijk en komt redelijk overeen met de temperatuur in zonnige gebieden). Thermodynamisch gezien kan een zonnepaneel dus in theorie een efficiëntie halen van 1-(300 K/6000 K) is rond de 95% hebben, als er een warmtepomp tussen de zon en de aarde zou bestaan. In feite meer: zelfs vrijwel honderd procent, omdat een zwarte straler van 300 K per vierkante meter slechts 1/16 000 van het zonneoppervlak uitstraalt. ([latex]j^{\star} = \sigma T^4[/latex]). Wat dat betreft presteren zonnepanelen dus akelig slecht.
Maria Telkes was een pionier op het gebied van zonne-energie.
Dat moet slimmer kunnen, dacht in 1954 al onderzoekster Maria Telkes. Ze experimenteerde met een plaat thermoelektrisch materiaal, die zonnewarmte omzette in elektriciteit. Het rendement was laag: onder een procent[1]. Zonnepanelen deden het toen niet veel beter, maar al kort daarna schoot het rendement van zonnepanelen omhoog tot tien procent. Telkes’ ontdekking werd niet meer overtroffen en raakte in de vergetelheid. Ook al omdat materialen als bismuthtelluride uit zeer zeldzame en dus erg dure chemische elementen bestaan. Dit veroordeelde de techniek tot een kwijnend bestaan (de ruimtesonde Voyager wordt er bijvoorbeeld mee op gang gehouden. Het warmteverschil tussen een klont radioactief plutonium en het extreem koude heelal levert thermo-elektriciteit).
Thermo-elektriciteit kent geen limiet
Onderzoekers benaderen nu al met een enkelvoudige zonnecel de SQ limiet. De beste zonnepanelen op de markt zitten al jarenlang tegen de vijftien tot twintig procent. Stapelen van zonnecellen kan, maar maakt ze veel duurder. De doorbraken komen vooral neer op stapelen of op goedkopere fabricagetechnieken. Gefrustreerde onderzoekers zijn ten einde raad. Eer komt daarom steeds meer belangstelling voor de lang verwaarloosde thermoelektrische materialen. Immers: deze kennen een dergelijke limiet niet en zijn bovendien veel simpeler in structuur. Of elektronen nou veel of weinig energie hebben maakt niet zoveel uit: ze botsen met elkaar en de energie middelt uit tot een mooie stabiele stroom.
Nanotechnologie verbetert thermo-elektriciteit
Helaas is er nog steeds het zeer lage rendement, die te maken heeft met het snel verdwijnende warmteverschil. Elektrische geleiders geleiden meestal ook goed warmte-quasideeltjes (fononen), waardoor het warmteverschil snel weglekt. Terwijl de elektronen stromen, stromen de fononen van warm naar koud, zonder elektronen in beweging te zetten en zo energie op te leveren.
De onderzoekers Huiming Yin and Dajiang Yang[4] slaagden er in een nanomateriaal te ontwikkelen dat wel elektronen doorlaat, maar de warmtetrillingen blokkeert. Eerder waren er niet dergelijke materialen. Door uitgekiende foutjes in het materiaal worden de fononen weerkaatst, terwijl de elektronen ongestoord kunnen stromen. Dit verdubbelt de efficiëntie van een thermo-elektrisch materiaal. In een watergekoeld zonnepaneel, waarin ook het warme water wordt benut, levert dit meer dan vijftig procent rendement op.
Chen en zijn student tonen de concentrator. Bron: MIT Technology Review
Verf even effectief als zonnepaneel
Charles Stafford van de universiteit van Arizona in Tucson besloot het pas echt radicaal aan te pakken.[2] Waarom niet in één klap afrekenen met zonnepanelen en die vervangen door één laag fononen blokkerende verf? Dit is spotgoedkoop om aan te brengen en die verf kan werkelijk met hectoliters tegelijk kunnen worden geproduceerd, in plaats van moeizaam gepriegel in stofvrije ruimtes. Hij koos een volkomen nieuwe klasse materiaal: polyfenol ether. Dit bulkmateriaal is erg goedkoop. Stafford wil de polyfenol ethermoleculen van zorgvuldig uitgekiende zijgroepen voorzien, die fononen blokkeren terwijl ze elektronen doorlaten. Volgens Stafford’s berekeningen kan zijn materiaal in theorie 20 tot 25% van alle zonlicht in elektriciteit omzetten: zes maal zo hoog als het best bekende thermoelektrische materiaal. Maakt hij deze boude bewering waar, dan worden zonnepanelen een relikwie van het verleden.
Goedkope hitteconcentrator
Een andere onderzoeker, Gang Chen van het MIT, bedacht een zeer simpele maar uiterst effectieve methode om zonnewarmte te concentreren. Licht concentreren is lastig. Daar heb je een duur volgsysteem met lenzen of spiegels voor nodig. Met zonnewarmte is dat anders. Zijn recept: stukjes koper in vacuüm. Het koper wordt in het zonlicht extreem heet. De hitte in het koper, dat honderden graden heet wordt, kan alleen weg via kleine hittebruggetjes die uit thermo-elektrisch materiaal bestaan. Zo kan je de opgevangen hitte concentreren. Chen haalde met zijn opstelling door het extreme temperatuurverschil een rendement van 4,6 procent. Let wel, met een standaard thermo-elektrisch materiaal. Met een nano-engineered materiaal zou het rendement wel eens kunnen verveelvoudigen. Als je dit combineert met een zonnecollector voor warm water haal je hiermee twee keer profijt van een enkele installatie[3]. Kortom: zeer hoopgevende ontwikkelingen. Vooral het briljant simpele idee van Chen, dat uit te voeren is met simpele, alledaagse materialen, laat zien dat peak fantasy een veel groter probleem is dan zogenaamd uitgeput rakende energie- en andere hulpbronnen.
