‘Alternatieve energie op grote schaal niet duurzaam’

Share Button

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

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)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

9 reacties

  1. Roeland schreef:

    De oplossing is simpel. Gewoon minder mensen op deze planeet.
    Tot nu toe besteed de mensheid vooral aandacht aan kwantiteit (aantallen) in plaats van kwaliteit.
    Waarom in gewikkelde technische oplossingen bedenken als de oplossing zo simpel en voor de hand liggend is?
    Ik las een voorspelling dat de wereldbevolking in een beperkt aantal jaren zal verdubbelen. Dat is natuurlijk niet de oplossing. 
    Als mensen zelf hun verantwoordelijkheid niet nemen is er nog altijd zoiets als het Chinese 1 kind beleid……..
     

  2. Van Soest schreef:

    De groei van de populatie mensen MOET een keer stoppen, hopelijk door collectief bewustzijn en eventueel regulering en niet door schaarste met natuurlijke selectie tot gevolg.

    Zonnepanelen zorgen per definitie voor minder weerkaatsing en dus opwarming van de aarde, maar wellicht is dat wel nodig!

    Als we massaal van de fossiele brandstoffen afstappen zal per definitie de hoeveelheid CO2 elk jaar minder groot worden, onze planten gebruiken dat voor hun groei en rotting van deze planten maakt dat het weer vrij komt. Echter zal een behoorlijk deel hiervan toch weer via natuurlijke processen “opgeslagen” worden.
    Dus die 3 graden opwarming  waar over gesproken wordt zal waarschijnlijk wel meevallen.

    Neemt niet weg dat we ons sowieso af zouden moeten vragen of nu reeds zwarte oppervlakten zoals (de duizenden vierkante kilometers) wegen niet ingezet zouden kunnen worden voor het genereren van energie?
    En bijvoorbeeld straks als (globale) regel, “elk dak zonder zonnepanelen moet voorzien zijn van weerkaatsende bedekking? 

  3. antares schreef:

    Golfenergie kunnen we tegenwoordig omzetten in elektrisch vermogen. Diezelfde golfenergie is echter mede het resultaat van door de zon afgegeven warmte aan ons klimaat. Er is veel meer wateroppervlak dan we nodig hebben. Ik vraag mij af of het mogelijk is om grote wateroppervlakken (uit het zicht) te gebruiken, om energieslurpende produktiefabrieken in een baan om de aarde te voorzien van de benodigde energie. Als men dat in evenwicht kan brengen met de door ons geproduceerde energieconsumptie op aarde, zijn we er ook.

  4. Messenger schreef:

    Aanstaande donderdag 22 maart bij het CERN:

    http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=177379

    en as. vrijdag 23 maart bij het NETS:

    http://www.lpi.usra.edu/meetings/nets2012/pdf/3051.pdf

  5. dodo schreef:

    wat een onzin artikel.
    ‘Afvalwarmte kan aarde met 3 graden opwarmen’ >> err..  de oceanen hebben een warmtebuffer van 800 jaar.  m.a.w.  het duurt 800 jaar om de oceanen 1 graad te laten stijgen.
    en het voorbeeld van ‘hitte-eiland effect’  is zwaar overtrokken ,  hoeveel procent v d aarde is stedelijk? 0.05% ?
    nu gezellig het volgende sprookje lezen op deze site met soms wel erg suffe artikelen er in.

    • Lennart schreef:

      De atmosfeer heeft een veel kortere tijdschaal en kan dus in veel kortere tijd opwarmen en ons leven sterk beinvloeden.

      Hitte-eiland:
      Je hebt wellicht gelezen dat dit effect genoemd wordt in de context van een hypothetische 500-voudige toename in energie verbruik. Dan is die 0.05% dus niet meer van toepassing.

  6. Douwe schreef:

    Het is overigens niet echt dat we een keuze hebben toch. Fossiele energie is op de lange termijn niet eens mogelijk vanwege de eindigheid ervan. Dus ja dan zul je toch echt naar volhoudbare energiebronnen toemoeten. Het is best interessant die eens in een soort 1000 jarig kader te bekijken maar als we zonnepanelen gaan bouwen volgens het cradle to cradle principe dus dat je ze na 30 jaar gemakkelijk kunt demonteren en alles kunt recyclen dan zijn we al een goede stap in de goede richting. 

    Verder denk ik dat de mens hun invloed ook niet moet overschatten. Dodo lijkt in ieder geval interessante argumentatie te hebben al is de boodschap wellicht niet het meest tactisch geformuleerd. En zelfs al heeft de mens een invloed op het klimaat ja dan is dat ook zo, dan heeft moeder natuur en ook wijzelf ons maar aan te passen. Veranderende omstandigheden zijn de grondslag voor evolutie en voortbestaan. Zo gaat het spel. 

  7. ben db bd schreef:

    citaat Roeland: “De oplossing is simpel. Gewoon minder mensen op deze planeet.”
    Mag ik wat plastisch reageren? U relativeert het wel weer?
    vraag: wat wilt u daar aan doen? zelf van het dak springen of de anderen uitmoorden?
     
    overigens is het net als met economie: als het niet groeit, dan stort het in. Onze ‘seksuele hervorming’ in de jaren ’50 begonnen met de anticonceptiemiddelen, (denk aan de NVSH e.d. en onze ‘baas in eigen buik’ dames) is nu de oorzaak van een scheve vergrijzing, waarvan de (deels zo kwalijke) gevolgen nog maar net begonnen zijn.
    Gelukkig doen de moslims daar nog niet aan mee; waar ons geboortecijfer uitstervenslaag onder de 1,5 ligt, weten de moslims dat nog op 8,1 te houden, teneinde de zaak aanstonds van ons over te kunnen nemen.
    De zich nu openbarende weerslag van één kindje bij de Chinezen zal u ook niet onbekend zijn.
     
    citaat: “Ik las een voorspelling dat de wereldbevolking in een beperkt aantal jaren zal verdubbelen. Dat is natuurlijk niet de oplossing.”
    Ik las een voorzegging (binnen onze wetenschap van een beduidend hogere wetmatigheid dan voorspellingen) dat de wereldbevolking binnen een (waarschijnlijk beperkt) aantal jaren minstens met 1/3 zal afnemen. Het volk dat men doorgaans niet zo mag, zal zelfs binnen een beperkt aantal jaren tot 1/3 worden teruggebracht, zo weet ik.
    (ik wens u veel lieve gezellige kleinkindertjes! onze schoonkleinzoon uiteraard meegerekend, ben ik nu aan de 11)
     
    citaat: “Dus die 3 graden opwarming  waar over gesproken wordt zal waarschijnlijk wel meevallen.”
    Het is hier nu wel een graad of 5 boven ‘normaal’, heerlijk eigenlijk toch?
    Net eens even door de tuin gelopen om de vorstschade van vorige maand op te nemen: die is niet gering hoor.
     
    citaat: “elk dak zonder zonnepanelen moet voorzien zijn van weerkaatsende bedekking.”
    Daar zouden we als het maar een beetje spiegelt, m.i. vreselijk last van krijgen hoor. ik heb eens een spierwit dak van 1 ½ ha. vlak onder de lage aanvliegroute van Zestienhoven (R-dam airport) moeten maken. Dat scheelde binnen wel enkele graden, maar de piloten roemden het echt niet.
    Accumulerende, warmte maar ook vooral vocht!, tuin op het dak is toch 100x keer lekkerder? En als het warm is geeft de vochtverdamping toch ook weer een lekker klimaat? (kostte verdamping niet net zoveel energie als koken?)
     
    Vlakke bitumendaken, ja die worden 70 tot onbegrind wel soms 90 graden en gaan dat ook weer uit staan stralen. Daarom is dakdekker ook zo’n rotvak.
    Een hellend pannendak vind ik nog steeds een keurige constructie hoor. Zelf heb ik m’n zonnecollectoren er tussen gelegd (scheelt in kosten van dakpannen), maar er later op gebeugeld werkt ook uitstekend.
    En een ruimte onder een schuin dak kost per m3 maar 1/3 van een gemiddelde prijs.
    Op noord-zuid gerichte nokken zou m.i. ook de ‘doodstraf’ moeten staan, omdat slechts op het zuiden gerichte dakvlakken economisch zijn voor collectoren.
     
    Asfaltwegen, ja daar is veel warmte van te winnen! En ze leveren een grote bijdrage aan het woestijnklimaat in onze steden. Warmteopslag diep in de grond m.b.v. warmtepompen?? En dan ’s winters weer terugwinnen? Ik ben er te lang en te ver uit geraakt om er iets wijs over te kunnen zeggen.
     
     

  8. Qvic schreef:

    Dit is geen probleem, maar een uitdaging. Want met deze rest warmte en meer koolmonoxide in de lucht kunnen we in de steden makkelijker bomen en (eetbare)planten laten groeien. Dit is dan een win-win situatie, geen probleem dus. En hoe warmer het wordt hoe meer sub tropische planten en bomen we kunnen planten. Dat schilt weer in de transport kosten, die we nu van ver naar hier moeten verschepen.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger