DE ENERGIE WENDE

Het heelal begon met energie, in sterren door kernfusie getransformeerd in materie. Een proces dat mede voorziet in hoogwaardige energie voor de evolutie daarvan, mede op onze aarde. Een evolutie naar de potenties van de natuurwetten dit heelal gegeven. Een streven naar steeds complexer vormen van zijn, in sterren de productie van de natuurlijke elementen voor leven op planeten. Met kringlopen, sterren die na voltooiing van het fusieproces verstuiven tot sterrenstof voor weer nieuwe. Een proces van ordening naar een steeds hogere ordening, en tevens naar wanorde door het verwaaien van die hoogwaardige energie tot laagwaardige in almaar uitdijend heelal. De wet van de entropie.

Energie stuwt de evolutie op tegen deze neerwaartse stroom van entropie naar wanorde en chaos. Naar almaar hogere vormen van ordening, de natuurlijke elementen, die geordend tot atomen en moleculen, die weer tot leven tot op de mens, en daardoorheen die van het materiële dat we aan ons toevoegen met ons vermogen van ratio en rede, wetenschap en overleg.

Onder die natuurlijke elementen ook water, de vereniging van waterstof met zuurstof, heelalwijd overvloedig aanwezig en door energie vloeibaar gehouden dan een bron voor het ontstaan van leven, voor de daarmee voortzetting van die evolutie. Hitte in planeten als onze aarde die ze onrustig houdt met vulkanen en aardbevingen, met scheiding van land en water en daarmee waterstromen die bergen afslijpen tot sedimenten voor plantaardig leven op energie van de zon, van elektromagnetische straling.

Het natuurkundig verschijnsel dat een wisselend elektrisch veld, bewegende elektronen, gepaard gaat met een wisselend magnetisch veld, en omgekeerd dat bewegend magnetisme elektronen laat bewegen. Het principe van de dynamo die bewegingsenergie, van wind, water, stoom omzet in stroom. Een magnetisch veld dat we kunnen begrijpen zowel als straling met een frequentie als van deeltjes, fotonen, pakketje energie. Een veld dat zich voortplant met de snelheid van het licht, 300 000 km per uur, en door de meeste materie heen, behalve met de frequenties van licht. Wisselstroom van 50 hertz, 50 trillingen per seconde, verwekt een straling met deze frequentie en dus met een golflengte van 300 000 gedeeld door 50 is 6000 km. Velden met een golflengte van 1000 kilometer tot 1 millimeter noemen we naar hun benutting radiogolven. Licht met golflengten van 380 nanometer (violet) tot 780 nanometer (rood) passeert niet alle materie ongehinderd, stelt ons daarmee in staat materie te zien en in de kleur die het niet absorbeert. Radiogolven in magnetron met een golflengte van 12 cm verhitten watermoleculen daar die dezelfde frequentie hebben. Röntgenstraling heeft golflengten tussen de 1 picometer en 10 nanometer, gammastraling nog kortere. Deze energierijke stralingen beschadigen organisch materiaal.

De aarde vangt ongeveer 0,0022% op van deze straling van de zon, vooral als licht. Het overgrote deel heeft bestemming warmtedood. De atmosfeer en het aardmagnetisme beschermen ons tegen de schadelijke stralingen van de zon. Deze ontvangen energie is circa 9000 maal onze totale behoefte. De golflengten van deze straling liggen vrijwel tussen de 300 en 3000 nanometer.

Verbruik van energie door planten.

Zonne-energie verwekt in planten fotosynthese, een proces waarbij water en koolstof uit de lucht worden omgezet in suikers. Daarvoor verbruiken ze circa 1% van de energie die aarde ontvangt. Al het leven op aarde draait op dit proces van energietransformatie in voedingsstoffen. Dat na verbruik wordt opgeslagen, als humus, organisch materiaal voor de groei van planten en als voorraden fossiele brandstoffen.

Productie en verbruik van energie.

Het aanbod en daarmee verbruik van energiedragers in Nederland was in 2016 circa 3100 PJ. Kolen 465 PJ (12%), aardolie 1165 PJ (39%), aardgas 1215 PJ (40%), duurzaam 145 PJ (4,2%), kernenergie 40 PJ (3%), elektra elders 30PJ, overigen 40 PJ.

3100 PJ omgerekend naar vermogen, hoeveelheid energie per seconde, is 100 10⁹ MW.

Verdeeld over de diverse sectoren naar een grafiek van het CBS.

Huishoudens 15%, transport 15%, diversen 20%, energiebedrijven 25%, industrie 35%

De productie van elektriciteit in Nederland bedraagt circa 45 000 MW, voor ruim 90% door fossiele centrales, 4% door kerncentrales en de rest duurzaam, wind, biomassa. Kabels naar Noorwegen en Engeland kunnen respectievelijk 700 MW en 1000 MW leveren.

Huishoudens in Nederland verbruiken gemiddeld rond 0,4 kW aan elektriciteit. Met een aantal van 7 700 000 komt dit uit op 3080 MW. Het effect van windmolens wordt daarom graag gerelateerd aan de behoefte van aantallen huishoudens. Verwarming van woningen, nu vooral met aardgas ligt rond 4,5 maal dit vermogen. Een rijdende auto verbruikt 65 kW. Nederland heeft zo’n 7000 000 auto’s. 1% rijdend vraagt 45 500 MW.

Nederland heeft 5 oude kolencentrales, samen 3800 MW en drie nieuwe, samen 3500 MW. Ze zijn goed voor circa 15% van de CO² uitstoot van Nederland. De moderne centrales hebben een rendement van 45% en een uitstoot van 745 g CO² per kWh. Deze centrales draaien mede op biomassa, in 2014 voor 1,4%. Kolen komen voor over de hele wereld, zijn goedkoop en met voorraden voor honderdduizenden jaren. Op een vrije markt voor energie zijn ze uiterst concurrerend.

Toegepast in moderne centrales belasten ze het milieu alleen met CO² en waterdamp. Schadelijke fijnstof is uit te filteren, de CO² kan worden opgeslagen.

Met de sluiting van de mijnen heeft Nederland zich overgeleverd aan het aardgas uit Groningen en kan dan ook niet zomaar zonder. Gas uit het buitenland verlangt ombouw van daarop functionerende apparaten, omschakeling op elektra eveneens plus een aanzienlijk hogere productie van elektriciteit.

Gascentrales stoten 50% minder CO² uit dan die op kolen. Ze hebben een rendement van 60% en een uitstoot van 300 g CO² per kWh. Een gasturbine laat zich makkelijk aan en uit zetten, bijvoorbeeld voor de opvang van fluctuaties van elektra van windmolens.

Waterkrachtcentrales zijn in de orde van grootte van 5000 MW. Voor Nederland interessant via die kabels naar Noorwegen en Zweden van 700 MW.

Windmolens leveren alleen als het waait, op zee effectief rond de 1 MW, op land beduidend minder, 2016 was een slecht windjaar. Het huidige aantal van 2200 is goed voor circa 10% van de stroomproductie. In het komende decennia te brengen op tenminste 20% . Voor de productie nu in Nederland van 45 000 MW zijn dus circa 45 000 windmolens nodig. Op zee zijn parken met dit vermogen te realiseren.

Per vierkante meter aardoppervlak bedraagt de maximale hoeveelheid energie van de zon circa 1350 watt of joule. Zonnepanelen zetten circa 15% van het zonlicht om in elektra. In 2 tot 3 jaar compenseren ze de CO² voor het maken. De levensduur is circa 25 jaar. Zonnepanelen zijn vooral interessant voor lokaal opwekken van energie, voor de eigen gebruik en daar waar geen ander aanbod is.

Het energieverbruik van Europa, rond 10 ²⁰ joule per jaar, een netto oppervlakte van 300 x 300 km² in de Sahara zou dit kunnen leveren. In principe dus zonne-energie in overvloed.

Staalbereiding is met heel veel kolen. Zweden, een land met waterkrachtcentrales, onderzoekt de mogelijkheid met elektriciteit, een CO² vrije oplossing. Bij de productie van cement, onmisbaar product voor de bouwnijverheid, uit mergel komt veel CO² vrij. Een

De moderne landbouw kan niet zonder kunstmest, met stikstof, kalium en fosfor. De productie daarvan kost veel energie. Overvloedig gebruik leidt tevens tot verontreiniging van het oppervlaktewater.

Voor energieverbruik van verkeer zijn is auto’s en vrachtverkeer dominant, 80%. Railverkeer 0,3%, luchtvaart 1,9%.

Kunststoffen zijn kunstmatig met energie geproduceerd organische materialen, vooral uit aardolie, te verleggen naar landbouwproducten als olifantgras. Behalve met CO² bedreigen ze het milieu ook met plasticsoep in de oceanen. Organisch afbreekbaar plastic is mogelijk maar duurder.

Organisch afval, ons huisvuil, verbranden we vooral. Het fossiele dat we verbruiken draagt zo nogmaals bij aan de vervuiling van de atmosfeer. Crematie in dan ook geen goede optie voor behoud van een goed milieu.

We willen, moeten op weg naar duurzame energie. Het huidige aandeel is circa 4%, met vooral biomassa en wind. Dat van de zon valt daarbij in het niet, 06%. Water doet het iets beter, 3%.

Windmolens.

Zonne-energie resulteert mede in windenergie, te oogsten met windmolens. Het denken van vooral daarmee duurzaam oplossen van het energieprobleem is dominant. Voor winderig Nederland lijkt het enige alternatief voor dat met het fossiele.

Winden waaien niet altijd. Op zee is het rendement van een windturbine rond 35%, op land beduidend minder. Hun vermogens gaan tot 5 MW, effectief dus rond 1 MW.

Ze zijn dus altijd te combineren met fossiele centrales om die 65% te weinig of geen wind op te vangen. De toepassing is dan ook verre van CO² vrij.

De huidige productie van elektriciteit van 45 000 MW door windmolens vraagt dan een aantal in die orde van grootte. Voor alleen de Nederlandse huishoudens zo’n 3000, die elektrisch verwarmen 15 000 windmolens, hun auto’s vooral elektrisch enige tienduizenden.

Deze vorm van energiewinning is duur en daarmee afhankelijk van subsidies.

Kernenergie

Moderne kerncentrales produceren rond 1000 MW per reactor. Met als brandstof uranium en plutonium, door opwekking voor 95% te verbruiken. De CO² uitstoot voor het maken is te vergelijken met die van windmolens, de grondstof uranium is goedkoop en in vele landen te winnen, alsmede in zeewater. Een wezenlijk nadeel is de radioactieve afval, voor circa 100 000 jaar op te slaan. En het bijproduct plutonium dat zich leent voor kernwapens

1 kg uranium²³⁵ levert 23 miljoen kWh. Makkelijk te winnen uranium is voorradig voor honderd jaar. Voor de lastiger te winnen maar wel beter te verwerken brandstof is er genoeg voor 100 000 jaar. In ontwikkeling is de kweekreactor met een hogere opbrengst en geen gevaar meer van meltdown.

Veel wordt verwacht van de gesmolten zoutreactor op thorium. Deze thoriumreactor produceert zelf uranium²³³ uit thorium. De voorraden ervan zijn aanzienlijk, wereldwijd voorhanden, uit zee te winnen. Dit type reactor heeft 1000 maal minder afval dan de huidige, dat tevens minder lang gevaarlijk is, circa 300 jaar radioactief, en produceert nauwelijks plutonium. Toegepast in gesmolten zoutreactoren kan het proces niet op hol slaan.

Niet warmteproducerend afval wordt in beton gegoten, het warmteproducerende voor 96% opgewekt voor hergebruik, het daarna onbruikbare wordt verglaast opgeslagen.

De kerncentrale Borselen levert per jaar 1 m³ te verglazen hoogwaardige afval, 100 000 jaar gevaarlijk en op te bergen in een over die tijd stabiele en niet waterdoorlatende aardlagen. De aarde heeft vele honderden miljoenen jaren stabiele aardlagen, ook in Nederland.

Een kerncentrale levert stroom tegen 0,4 tot 0,6 euro per kWh, de prijs als met aardgas. Windmolens produceren 2 keer zo duur, zonnepanelen 10 keer.

De ontwikkeling naar de oplossing met thorium vraagt nog tientallen jaren. Werd in de VS stopgezet, was niet interessant voor de ontwikkeling van kernwapens.

Kernfusie, het proces op de zon waarbij deuterium en tritium samen smelten tot helium met afgifte van energie. Dat op aarde toepassen, die ontwikkeling vraagt zeker nog een aantal decennia, met een onzekere uitkomst. Brandstof daarvoor is overvloedig beschikbaar, tot aan het einde van de mensheid. Helium is als afval ongevaarlijk. Demontage van een centrale levert materiaal dat tientallen jaren veilig is op te slaan.

Nederland wil naar 20% duurzaam, vooral met windmolens, op zee. Blijft over 80% zonder enige visie, behalve sluiten van de kolencentrales en geen gas meer uit Groningen. Kerncentrales bouwen, geen CO² en smog, willen we (nog) niet. Frankrijk heeft er geen moeite mee, Duitsland wel, gaat door met kolen en bruinkool. China dekt er 3% mee en wil, z’n grote steden stikken in smog, dit percentage aanzienlijk opvoeren.

Vervuiling van de atmosfeer.

Energiewinning uit fossiele brandstoffen gaan gepaard met vervuiling van de atmosfeer. De daarbij vrijkomende CO², een broeikasgas, leidt tot opwarming van de aarde, stijging van het zeewater, klimaatveranderingen met extreem weer, droogte, eilanden onder lopen, nooit meer een Elfstedentocht.

CO² is op zich ongevaarlijk en zelfs essentieel voor de groei van planten en daarmee al het leven op aard. Meer dan daarvoor nodig beïnvloedt het klimaat. In het verleden geregeld en voor de toekomst ook zonder ons te verwachten, het verhaal van de ijstijden, het argument van de betwijfelaars van de CO² problematiek. Aanwezig maar iets waarmee dan zien te leven. Wel versneld aan de orde en gecombineerd met de problematiek van bevolkingsgroei, met roofbouw, ontbossing, woestijnvorming, vluchten naar de welvarende regio’s, politieke instabiliteit. Met daarbij die van de oceanen, zeespiegelstijging die kusten met steden bedreigen, het zo maar stoppen van de Europa warm houdende Golfstroom, veranderingen van zeeleven. Op lange termijn mogelijk ook allemaal te verwachten, maar nu op korte termijn, voor die waarin wij leven en hebben te verantwoorden, wat we onze kinderen doorgeven. Op zich met wat we inmiddels wetenschappelijk en technisch weten en kunnen geen probleem, maar met wat we politiek verantwoorden wel.

Bij het verstoken van het fossiele komen voor mensen gevaarlijke stoffen vrij, zwaveldioxide, fijnstof, ammoniak, stikstofoxides, die leiden tot vooral longproblemen, astma, COPS, longkanker. In Nederland inmiddels bij één miljoen mensen, resulterend in 5000 doden per jaar. China, aanzienlijk vervuilend, schat per megastad dit aantal vroegtijdig stervenden op 1 miljoen per jaar, Parijs op 30 000, Londen op 9000. Het inmiddels vermeende verband tussen dementie en wonen langs een snelweg. Luchtvervuiling is het op drie na grootste risico voor de mens. Volgens de gezondheidzorg van de VN leeft 92% van de wereldbevolking in een ondermaatse atmosfeer. 90% van de dodelijke slachtoffers komen uit de lage- en middeninkomenlanden. In Nederland roken we iedere dag 5 sigaretten mee door vuile lucht.

De energie wende.

Energiewinning is een technisch verhaal, die voor de toekomst dan ook een zaak van innovatie. Die van de fossiele brandstoffen leidde tot de industriële revolutie en daarmee wereldwijd welvaart en welzijn voor velen. Inmiddels problematisch, alleen met innovatief denken op te lossen. Dat afhankelijk is van politiek wel en niet willen weten en denken. De zowel er- als ontkenning van het probleem, het ‘small is beautiful’, van zowel milieubewegingen als financiële elites in exclusief te houden villawijken. Terwijl de wereldbevolking gestaag groeit en zich concentreert in het grootschalige van megasteden.

Innovatie van energiewinning en -gebruik gericht op hogere ordeningen van wat we weten en praktisch weten waar te maken. Een internationaal verhaal, gezien de bevolkingsgroei en welvaartsverschillen met aanzienlijk meer energie dan nu verbruikt, dan ook met optimale benutting van alle bestaande mogelijkheden. Met in de welvarende landen het accent op CO² reductie en in ontwikkelingslanden op vooral meer energie, in de megaconcentraties op veel schonere. Energie is en blijft een voorwaarde voor welvaart en welzijn.

Water was en is voorwaarde voor elke welvaart, maakte landbouw en veeteelt mogelijk en daarmee welvarende steden. Klimaatveranderingen maken water schaarser in regio’s met veel zon en dus zonne-energie. Die weten te oogsten voor bevloeiing en daarmee weer leefbaar maken dergelijke gebieden. Kennis en ervaring met landbouw in kassen met efficiënt bedruppelen, in steden te stapelen, is volop aanwezig. Daarbij gebruik maken van zonne-energie en aardwarmte is aan de orde. In minder ontwikkelde landen een kwestie van ontwikkelingshulp. Naar Mars verhuizen, ga dan oefenen in de Sahara. Dergelijke innovaties voor zowel klein- als grootschalige landbouw, in de verdorrende regio’s en megasteden, leiden tot grote besparing van energie voor de productie van kunstmest, kunnen bestrijdingsmiddelen overbodig maken. Tevens zijn ze essentieel voor het leefbaar houden van de aarde en daarmee voor politieke stabiliteit en veiligheid, het vermijden van volksverhuizingen. Vooral zonne-energie kan bijdragen in wat zich actueel als ons grootste probleem manifesteert, het onleefbaar worden van grote delen van de aarde.

Innovatie gericht op wat planten en dieren kunnen en ons leveren, het proces van fotosynthese en het kweken van eiwitten in fabrieken mogelijk maken. Boter is daarmee eens vervangen door margarine, inmiddels tot smeersels geëvolueerd die je niet mag missen, veel gezonder zijn. Vleesvervangers, de ‘fast food’ industrie heeft ze al, smakelijk, goedkoop, gezond, Vlees eten blijkt uitermate milieubedreigend, willen we nog van kleinschalige, biologische, diervriendelijke veeteelt. Deze ontwikkeling maakt tevens veel landbouwgronden vrij voor natuur met planten en dieren naar eigen aard.

Steden elektrisch bevrijdt ze van kwalijke dampen. Dit betekent ze herstructureren, daarvoor geschikt maken, deels verbouwen. Te combineren met stedenbouwkundige herinrichting, die ze verlost van de stilstaande auto, openbaar vervoer optimaliseert, de natuur de stad in brengt. Ze maken tot een structuur voor alles wat zich daarin wil manifesteren, zowel het kleinschalige als de multinationals, de individuele mens. De ultieme ordening van eens de steppe tot de megastad.

Tevens een steeds duurzamer, bestendiger ordening van deze structuren, en daarmee grote besparingen op energie. Waardoor de daarin verwerkte materialen als cement, staal, koper, steen, hout steeds langer meegaan. Het goed en met design gebouwde, gedetailleerde en geconstrueerde, onroerende is nu al voor eeuwen. Veel steden zien we ze deels al koesteren als erfgoed voor iedereen.

Daarmee ook het herstel van het commune van eens die steppe, van wat ons allen van nature toekomt. Komen uit op een openbare structuren die gezamenlijk gerealiseerd ook gezamenlijk bezit worden. Naar politieke visies en dus voor elke gemeenschap anders en uniek. Nu nog met materiële en geestelijke hekken en muren voor het weren van anderen, monopolies van veel te veel dat dwingt tot huren en kopen met gehuurd geld.

Hogere ordeningen voor ons overleven tot leuk leven en voor iedereen op aarde vragen steeds meer energie. Waarop is te besparen door duurzaamheid, het behouden van energie in bestendigheid van deze ordeningen. De levensduur van veel producten nemen toe. De auto, vroeger na vijf jaar verroest gaat nu vijftig mee en eenmaal elektrisch nog veel langer, het mobieltje als wegwerpartikel willen we niet meer, moet te renoveren zijn, woningen weldoortimmerde zijn voor vele generaties. Het overbodige maar niet te verslijten dat via marktplaats nieuwe gebruikers vindt. De weg naar bestendigheid van al het materiële en daarmee energiebehoud en –besparing, van consumeren naar alles al hebben en dat onderling delen. Het perspectief voor vrije en democratische economieën

Hogere ordeningen naar welvaart, die tevens geboortebeperking stimuleren, zo het gevaar van overschrijding van het mensgrensdraagvermogen van de aarde bezweren, leiden tot de ultieme besparing op energie.

Hogere ordeningen naar processen, een evolutie door ons heen. Autonoom naar wat we willen, naar ons vermogen tot ratio en rede of naar de wetten, de genen van onze soort? Het politieke dilemma van laat de winden waaien zoals ze willen en van wat we samen beslissen, economisch krachten vrij laten hun gang laten gaan of dirigisme door overheden. Internationaal dicteert de vrije markt de economie, maakt voor energiewinning kolen voor vele eeuwen winnaar en windmolens afhankelijk van subsidies. Kolen zou kunnen door de CO² te vangen en op te slaan in lege gasvelden, Groningen weer oppompen, de Sahara weer groen te maken. Deze uitstoot belasten, door nationale overheden, maakt hun natie tevens verliezer, doet dan bijvoorbeeld een staalindustrie de das om, als niet alle landen mee doet, vooral hele grote en economische machtige het laten afweten, Europa door het ieder voor zich en eigen volk eerst.

Toch zien we ratio en rede eveneens winnen. Als basis van wetenschap en techniek onthullen ze het praktisch mogelijke. Dat vrije markten willen tot op het uiterst mogelijke, bedrijven dan dwingen tot kwaliteit, leveren wat de klant wil, het praktisch volmaakte van veel producten en diensten. De vele media, voor zover ze vrij mogen zijn, drukken ons op de feiten, op wat mis gaat en goed voor ons is. Een ontwikkeling onder voorwaarde dat op die vrije markten de klant koning is en blijft en van democratie om vrije economieën handhaaft en monopolisering door dominante machten te regelen. Daarin moeten politieke partijen dan ook het eerlijke verhaal vertellen, bijvoorbeeld dat windmolens het energieprobleem verre van kunnen oplossen, de bijdrage van zonnepanelen beperkt is, kernenergie mede op de agenda zetten, dat we nog heel lang afhankelijk zijn van kolen, dat het milieuprobleem alleen internationaal valt te takkelen.

Willem Semeins 2017