Kan Nederland wel duurzaam?

Cartoon: Floris Wiegerinck

Het gebruik van fossiele energie moet minder, dat zal ook de Klimaattop in Kopenhagen vaststellen. Maar is er wel genoeg duurzame energie beschikbaar om onze levensstandaard in stand te houden? De Britse fysicus David JC Mackay deed de berekeningen voor Engeland. Delta rekent voor Nederland met hem mee.

David Mackay, hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Cambridge, heeft met ‘Sustainable Energy – without the hot air’ een praktisch energieboek geschreven. Het viel hem op dat in discussies over duurzame energie mensen niet zelden tot tegengestelde conclusies komen. Hij noemt als voorbeeld het boek ‘Out of Gas’ waarin David Goodstein betoogt dat een naderend olietekort de wereld in een crisis zal storten waarbij vergeleken de kredietcrisis een lachertje is. Daar staat Björn Lomborg tegenover, die toch ook niet achterlijk is. Hij schrijft in ‘The Skeptical Environmentalist’ dat het beter dan ooit gaat met de wereld (dat was in 2001) en dat er van energiecrisis geen sprake is, evenmin als van een klimaatcrisis. Hoe kan het dat verstandige mensen tot tegenovergestelde conclusies komen? Volgens Mackay ligt dat aan een eenzijdig gebruik van getallen. Dat namelijk alleen die cijfers gebruikt worden die het pleidooi ondersteunen.  Mackay bewandelde de omgekeerde weg en sloeg aan het rekenen. De klimaatdiscussies en de economische haalbaarheid schoof hij voor het gemak terzijde. Het resultaat is een uitermate helder en vrolijk boek vol gegevens, tabellen en grafieken over duurzame energie en zonder gebabbel (‘hot air’). Fijn is ook dat hij de volledige inhoud van boek gratis ter beschikking heeft gesteld op zijn website withoutthehotair.com. De Britse overheid heeft de kwaliteit van zijn analyses onderkend, en Mackay aangesteld als adviseur voor het ministerie van energie en klimaatverandering (DECC). Mackay’s boek dient hier als basis om te berekenen of Nederland rond kan komen met duurzame energie.

Reductie
De details van CO2-uitstoot beperking worden momenteel uitgebreid besproken, maar als we met zes tot negen miljard mensen de klimaatverandering tot twee graden temperatuurstijging willen beperken in 2050, betekent dat een maximale uitstoot van één ton CO2 per persoon per jaar. Voor Nederland is dat nu 12,4 ton per persoon per jaar. De uitstoot moet dus met 92 procent gereduceerd worden . Kortom: helemaal geen fossiele brandstof meer in 2050. We moeten de energiehuishouding rond zien te krijgen met meer groene energie. Ofwel: de duurzame energiebronnen en het verbruik moeten met elkaar in balans komen. Omdat we het verbruik van elektriciteit, benzine, warmte en goederen met elkaar willen vergelijken, stappen we over op één gemeenschappelijke eenheid van energie: kilowattuur per dag (kWh/d – het gebruik van een 40 Watt-lampje over 24 uur) en berekenen alles per persoon.

De gemiddelde Nederlander gebruikt 160 kWh, verdeeld over drie ongeveer even grote posten: vervoer (50), warmte en koeling (50) en elektriciteit (60). In 2050 is dat naar verwachting minder. Dat komt voor een groot deel door de elektrificering van de energievoorziening. Een elektrische auto kan dankzij een efficiëntere aandrijving en energieterugwinnende remmen vijf keer zuiniger zijn dan een benzineauto (voor details zie het boek p.128). Vliegverkeer daarentegen kan waarschijnlijk nog tien procent zuiniger, maar niet de helft. Mackay gaat er vanuit dat transport als geheel tegen 2050 de helft zuiniger is: 25 kWh/d.

Ook in warmte is een flinke besparing te realiseren. Natuurlijk allereerst door bestaande woningen en andere gebouwen beter te isoleren en nieuwbouw liefst energieneutraal te maken. De verwarming (en de koeling) kan het beste met warmtepompen gerealiseerd worden. Die leveren namelijk voor 1 kWh aan elektriciteit al gauw 3-4 kWh aan warmte. De verhouding tussen geleverde warmte en verbruikte elektriciteit wordt coefficient of performance of Cop genoemd en die bedraagt voor veel warmtepompen ongeveer 3,5. Een warmtepomp, die werkt als een omgekeerde koelkast in het kozijn, onttrekt warmte aan de omgeving. Dat kan de buitenlucht zijn, maar beter is het om de warmte aan het grondwater te onttrekken. In het simpelste geval loopt er een slang van de warmtepomp naar een paar meter diepte de tuin in en via een paar flinke lussen weer terug. De drassige Nederlandse bodem en het relatief hoge grondwaterpeil zijn daar ideaal voor. In de zomer kan de pomp voor koeling andersom werken en warmt dan het grondwater op. Mackay denkt dat zo de warmtevraag is terug te brengen tot 38 kWh/d.

Elektriciteitsgebruik door apparaten blijft even groot (23 kWh/d) omdat eventuele winsten door efficiëntere toestellen teniet gedaan worden door de groei van het aantal apparaten. Wat wel wegvalt zijn de huidige verliezen in het opwekken van elektriciteit, doordat in ons 2050-scenario elektriciteit alleen nog maar duurzaam wordt opgewekt.
Het totale toekomstige gebruik voor transport, warmte en elektrische gadgets bedraagt dan 25 + 38 + 23 = 86 kWh/d.

Demagogie
Waar halen we dat vandaan? Je hoort vaak dat de energie van zon, wind en water ‘gigantisch’ is, en veel groter dan ons gebruik. Dat is een demagogie waar Mackay niet van houdt: hij wil cijfers. Hoeveel energie is er ongeveer te halen uit een windpark, een getijdencentrale of een veld met zonnepanelen? Een enorm onderzoeksprogramma heeft geleid tot een simpel tabelletje met dichtheden van duurzame energievormen. Daarin staat bijvoorbeeld dat een offshore windpark een energiedichtheid heeft van 3 W/m2. Dus een 100 MW park is ongeveer dertig km2 groot. Even controleren: het park Noordzeewind voor de kust van Egmond heeft een (piek)vermogen van 108 MW en meet 27 km2. Klopt aardig. Bij het berekenen van het Nederlands potentieel aan duurzame bronnen zullen we dit tabelletje veel gebruiken. Wat we verder nog moeten weten is de landoppervlakte per inwoner: 34.000 km2 voor 16,7 miljoen inwoners is 2.035 m2/persoon.

Windenergie: volgens de tabel bedraagt bij een gemiddelde windsnelheid van 6 m/s de energiedichtheid 2 w/m2. Volgens de windkaart van Nederland voldoet ongeveer tweevijfde van Nederland daaraan, vooral Zeeland, Noord-Holland, Friesland en Noord-Groningen. Stel nu dat we twintig procent volzetten met windmolens, dan levert dat per persoon: 2/5 x 20% x 2035 x 2 = 325 Watt.
Over een dag is dat 0,325 x 24 = 8 kWh/d.
Offshorewind: De kuststrook is 450 km lang en 43 km breed (het zogenaamde aangrenzende gebied), dus 19.350 km2, of 1150 m2 per persoon. Laten we een derde van dit gebied volzetten met offshore windparken en de rest vrijlaten voor scheepvaart en visserij. De energiedichtheid op zee is met 3 W/m2 anderhalf keer groter dan op land. De opbrengst per persoon:  1/3 x 1150 x 3 = 1150 Watt, dat wordt 27 kWh/d.

Golfjes
Waterkrachtcentrales zijn fantastische energiebronnen in Zwitserland en Noorwegen. In het vlakke Nederland telt deze vorm helaas niet aan. Evenmin als golfenergie trouwens. Schotland, Ierland en Portugal krijgen grote golven van de oceaan, maar de golfjes die hier op het strand rollen leveren te weinig op. Ook de ‘blue energy’ uit combinatie van zoet en zout water laat ik buiten beschouwing omdat de techniek nog te pril is.

Getijdenenergie kan wel wat opleveren, maar daar zijn grote bassins voor nodig. Eén hebben we er al: de Oosterschelde van 30 bij 6 kilometer: 180 km2 of 10 m2 per persoon met een getijverschil van 3 meter. Dat is goed voor 2 W/m2, dus 20 Watt. Dat schiet niet erg op. Laten we de Waddenzee indammen, hoewel het getij hier minder groot is (2 meter verschil; 1 W/m2). De oppervlakte is 2.400 km2, dus 140 m2/p. Dat levert gemiddeld 140 Watt op. Totaal: 160 Watt uit getijdenenergie, dat is 4 kWh/d.
We zetten zonnepanelen op alle daken die naar het zuiden gericht staan , dat wordt 10 m2 per persoon. Gemiddeld vermogen van de zon in Nederland: 110 W/m2. Het rendement van de zonnecellen stellen we op 15 procent (goedkope doen 10, dure 20). Dat levert op: 110 x 10 x 15% = 165 Watt -> 4 kWh/d.
Laten we, nu we toch bezig zijn, er ook 10 m2 zonnecollectoren bij zetten voor warm water. Rendement vijftig procent. Dat levert 110 x 10 x 50% = 550 W -> 13 kWh/d warmte.

Afdeling brandhout. We sprokkelen hout uit tuinen, parken, bermen, houtwallen en bossen. Laat zeggen dat tien procent van Nederland zich daartoe leent. Helaas is de energiedichtheid met 0,2 W/m2 niet groot. Opbrengst brandhout:
2035 x 10% x 0,2 = 40 Watt -> 1 kWh/d warmte.

Dan zetten we de helft van de landbouwgrond (22 procent van Nederland) vol met energiegewassen. Die hebben met 0,5 W/m2 een iets hogere opbrengst. Dat levert op: 50% x 22% x 2035 x 0,5 = 110 W -> 2,7 kW/d.
Tot slot kunnen we nog extra zonnepanelen in de wei zetten (het gras levert te weinig op). In Duitsland zijn er al ‘solar farms’. Laten we eens vijf procent van het land met zonneweiden volzetten. We gaan uit van goedkope panelen met tien procent rendement: 5% x 2035 x 110 x 10% = 1,1 kW -> 26 kWh/d.
Alles bij elkaar levert dit radicale groen plan 8+27+4+4+13+1+3+26= 86 kWh/d.

Hoera! Dat is precies wat we nodig hadden.
Zeshonderd windparken op zee, negen maal meer windmolens op land dan nu, de helft van de akkers vol olifantengras en de Waddenzee ingedamd. Een waanzinnig plan? Zeker. Maar waar halen we anders de energie vandaan? Kernenergie? Zonneparken in de Sahara? Minder mensen? Of toch onze levensstijl aanpassen? Het is hoog tijd de feiten onder ogen te zien en plannen te maken die aantellen. Mackay heeft voor die discussie een krachtig middel geleverd.

Verantwoording
1 ton pppj – human development report 2007/2008, UNDP
12,4 ton CO2 pppj – www.energy.eu
Nederland 160 kWh/dag – Mackay, p.105
een simpel tabelletje – Mackay, p.112
windkaart van Nederland – uitgave Senternovem
34.000 km2, 16,7 miljoen inwoners – CIA World fact book
energiedichtheid voor getijdenenergie – Mackay, p.82
gemiddelde zonnevermogen – Mackay, p.46
energiedichtheid gewassen – Mackay, p. 43

Tabel energiedichtheid
per oppervlakte eenheid land of water

Wind 2 W/m2
Offshore Wind 3 W/m2
Getijdenbassins 3 W/m2
Getijdenstroming 6
Zonnepanelen 5-20
Planten 0,5
Regenwater (bergen) 0,24
Waterkracht 11
Geothermisch 0,017

Uit David J.C. Mackay, ‘Sustainable Energy – without the hot air’,
UIT Cambridge 2008.

Weblink naar artikel in Delta

Naar site van www.withoutthehotair.com met alles links en het boek gratis online