Eerste hulp bij toekomstscenario’s

Nu eens lijkt de energietransitie (de overgang van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen) een peulenschil, dan weer een onmogelijke opgave. De ene expert voorziet technische doorbraken in de nabije komst, de ander meldt droogjes dat die al tientallen jaren vruchteloos worden voorzien. Als er vandaag in de krant staat uitgelegd waarom het heel goed mogelijk is om zonder gas onze woningen te verwarmen, staat er morgen wel een ingezonden brief van een betweter die meldt dat deze expert een belemmering over het hoofd heeft gezien en dat het helemaal níét mogelijk is. Wie moeten we nu geloven?

Dit artikel besteedt aandacht aan de manieren waarop we energie uit zon en wind tijdelijk kunnen opslaan, zodat we die bij ongunstige weersomstandigheden kunnen aanwenden. Of moeten we vraag en aanbod gewoon slimmer op elkaar afstemmen? Zullen we bij het uitblijven van grootschalige opslag en slimme sturing moeten terugvallen op fossiele brandstoffen? Hoeveel ruimte gaan al die windparken en zonneweiden eigenlijk innemen? Hoeveel grondstoffen vereisen ze, en liggen al die windmolens en zonnepanelen aan het einde van hun leven niet op een enorme afvalberg? Verder staan we stil bij de vraag hoe we al die toekomstscenario’s voor de haalbaarheid van een fossielvrije toekomst moeten lezen. Welke aannames liggen aan die scenario’s ten grondslag en hoe komen ze tot stand? We zullen enkele spraakmakende rapporten nader bekijken.

Superbatterijen

Wanneer het aandeel van zon en wind in de opwekking van elektriciteit groter wordt, is het essentieel dat die stroom tijdelijk wordt opgeslagen. Op die manier kunnen we het overschot aanwenden wanneer er meer vraag dan aanbod is. Een batterij is daarvoor een gangbare toepassing. Voor de opslag van thuis opgewekte groene stroom zijn er ‘thuisbatterijen’, onder meer vervaardigd door Tesla en ikea. Hierin slaan we de stroom van zonnepanelen op. Ze zijn niet bedoeld om er de winter mee door te komen, maar om het verschil in stroomopbrengst tussen dag en nacht op te vangen.

Europa’s grootste batterij voor de opslag van groene stroom bevindt zich in Jardelund, in het noorden van Duitsland, vlak bij de grens met Denemarken. Volgens een reportage in de Nederlandse krant Trouw staat het hier ‘bomvol met windmolens, tussen de glooiende akkers en koolzaadvelden’. In een witte loods – 12 meter breed, 70 meter diep – staan wel 10.000 batterijen opgestapeld, elk 50 kilo. Het zijn de beste, meest compacte lithium-ion-batterijen, die bijvoorbeeld ook door Tesla worden gebruikt. Deze door Eneco en Mitshubishi ontwikkelde megabatterij kan voldoende stroom opslaan voor een dorp van zo’n 5000 huishoudens. Maar dat is alleen genoeg voor één dag. Zou je de weekbehoefte aan elektriciteit voor datzelfde dorp, of voor een heel land in batterijen willen opslaan, dan zou je dus vele malen grotere exemplaren nodig hebben, tegen enorme kosten.

Hoeveel groter en voor hoeveel geld? Een fictief rekenvoorbeeld op een bierkaartje. De Tesla Powerwall geldt als ‘compact’ en met 6500 euro als ‘betaalbaar’. Hiermee kun je 14 kWh opslaan, ongeveer genoeg voor een dag stroomverbruik van een gemiddeld gezin in Nederland met drie kinderen. Het verbruik van elektriciteit in Nederland is de laatste jaren vrij stabiel, rond 120 miljard kWh. Een maand zonder enige opwekking van duurzame energie is onrealistisch, maar laten we ervan uitgaan dat je in de winter een maand stroomopslag nodig hebt, omdat álle stroom van zon en wind moet komen. Met wat opslag- en omzettingsverliezen kom je dan in het gunstige geval op ongeveer een miljard Tesla Powerwalls. De kosten voor een maand stroomopslag zijn dan 6500 miljard euro, exclusief btw. Zet al die batterijen voor Nederland achter elkaar en je hebt een rij van 1 miljoen kilometer: van de aarde tot aan de maan en weer terug. Technologische innovatie kan daarin wellicht verandering brengen. De eerste computers waren immers ook enorme wandkasten? Maar zo snel gaat dat niet. Generaties natuurkundigen weten dat het niet zo gemakkelijk is om een accu te maken die compact, licht, veilig, efficiënt, stabiel en goedkoop is, zonder giftig of brandbaar te zijn, en gemaakt van materialen die ruim voorhanden zijn. Al sinds de jaren negentig werken de beste batterijen op basis van lithium. Lithium wordt gewonnen in zoutmeren, zoals in Argentinië, Bolivia en Chili. Een probleem bij de winning van lithium is de uitputting van de bodem. Ook zijn er zorgen over de arbeidsomstandigheden, zoals die er ook zijn bij winning van andere metalen. Milieuorganisaties en experts, onder wie die van de Wereldbank, hebben al gewaarschuwd voor de gevolgen als er door de energietransitie steeds meer batterijen nodig zijn.

Een goed alternatief voor lithium is er helaas nog niet. Na de commercialisering van de lithium-ion-accu in de vroege jaren negentig zijn er geen noemenswaardige doorbraken geweest. De internationale branche voor energieopslag organiseert een jaarlijkse conferentie, waar ‘toonaangevende onderzoekers en fabrikanten’ alternatieven bespreken. De conferentie heet dan ook: Beyond Lithium Ion. In de zomer van 2018 werd alweer de elfde editie georganiseerd, na al die jaren onder dezelfde naam. De zoektocht naar betere batterijen is nog steeds hard nodig en wordt zelfs urgenter. Om die reden is het nuttig om (nog) meer te investeren in onderzoek en ontwikkeling van batterijen met prestaties van een radicaal hoger niveau.

Innovaties komen af en toe even in het nieuws. Tijdens het schrijven van dit artikel verschenen her en der artikelen over een nieuwe batterij op basis van silicium, die tien keer meer opslagcapaciteit zou hebben en bovendien veel sneller kan worden opgeladen. Aan de universiteit van Kiel – toevallig vlak bij Jardelund – lieten de onderzoekers in het persbericht opnemen dat silicium het ‘op een na meest voorkomende element op aarde’ is. (Zuurstof is nummer 1.) Dat klinkt veelbelovend. Maar zoals we ook geduldig moeten zijn als we in de krant lezen over een nieuw medicijn voor kanker of alzheimer dat zich nog in een vroege onderzoeksfase bevindt, zullen we ook met een batterij op silicium geduldig moeten zijn voordat zo’n vondst zich vertaalt naar een succesvolle lancering op de markt. Overigens: Eneco en Mitsubishi bouwden de ‘gigabatterij’ in Jardelund niet zozeer om groene stroom grootschalig op te slaan, maar vooral om een ander probleem op te lossen. De zon en de wind gedragen zich tamelijk onvoorspelbaar, terwijl de netbeheerder behoefte heeft aan voorspelbaarheid. Al die onverwachte schommelingen in de productie veroorzaken een verandering in de netfrequentie van 50 hertz, de wisselspanning die op de stopcontacten in Europa staat. De batterij in Jardelund biedt boven alles een geweldige uitkomst om de frequentie van het Europese elektriciteitsnet netjes op 50 hertz te houden.

Andere opslag-oplossingen

Terwijl overal hard gewerkt wordt aan het verbeteren van batterijen en accu’s, vindt voorlopig de meeste opslag van stroom bij waterkrachtcentrales plaats. Helaas hebben we in Nederland bergen noch stuwmeren. Wel zijn er wellicht ondergronds mogelijkheden; de verlaten mijnschachten in Limburg zouden volgens onderzoekers geschikt kunnen zijn om water omhoog te pompen en daarna te laten vallen langs een turbine om stroom op te wekken. Ook wordt er al decennia gerekend aan plannen voor een valmeer van 40 meter diep voor de kust van Zeeland, bij de Brouwersdam. Dat alles is nog toekomstmuziek. Een andere, veelbesproken opslagmethode is om met een overschot aan elektriciteit watermoleculen te splitsen in waterstof en zuurstof. Het proces waarbij waterstofatomen uit water worden gewonnen heet elektrolyse. De geproduceerde waterstof kan bijvoorbeeld worden toegevoegd aan aardgas, waardoor het mengsel minder CO2 uitstoot dan pure aardgas. Dit is wat Gasunie en Greenpeace Energy gaan doen. De duurzaam geproduceerde waterstof zal worden geïnjecteerd in de gasinfrastructuur van Gasunie in Noord-Duitsland.

 Het nadeel is dat deze vorm van energieopwekking tot een groot verlies van rendement leidt als je er weer stroom van maakt: het kost relatief veel energie om waterstof te produceren. Daarna moet je het weer gaan verbranden om er elektriciteit van te maken, wat ook weer leidt tot een verlies van energetische waarde met ongeveer de helft. Dat betekent dat we dus al twee derde tot driekwart van onze opgewekte duurzame stroom kwijt zijn bij het gebruik van waterstofgebonden opslag. Die verliezen zouden we wellicht voor lief nemen als de benodigde elektriciteit om waterstof te maken goedkoop en schoon is. Al jaren wordt er hard gewerkt aan een zogeheten ‘waterstofeconomie’, waarin waterstof de centrale energiedrager is. Waterstof dient in die visie ook als vervanger van fossiele bronnen in bijvoorbeeld de chemie, landbouw en staalproductie. Dat zou een geweldige vooruitgang zijn. Om daar te komen, moeten nog veel technische en economische obstakels worden overwonnen. Zo zal nieuwe technologie de efficiëntie van elektrolyse ongetwijfeld verbeteren, maar op dit moment zijn de kosten nog extreem hoog, zeker wanneer waterstof moet worden gemaakt met groene stroom. Daarom is er voorlopig geen sprake van dat waterstof als opslag voor de productie van netstroom op grote schaal wordt toegepast.

Een andere oplossing voor de grilligheid van het weer is het smart grid. In zo’n slim elektriciteitsnetwerk worden vraag en aanbod nauw op elkaar afgestemd, zodat de gebrekkige mogelijkheden voor opslag niet zo’n probleem vormen. In een slim netwerk wordt stroom efficiënter verdeeld en wel zodanig dat het risico op een lokaal tekort sterk wordt verminderd of zelfs wordt uitgesloten. In de praktijk gaat dat zo: u zet de wasmachine aan, maar het apparaat gaat pas echt uw was draaien wanneer er voldoende en liefst goedkope groene stroom beschikbaar is. Zulke slimme, flexibele sturing van de vraag is een prima oplossing voor huishoudens om de Dunkelflaute te omzeilen. Dunkelfaute is de weersituatie die de groene stroomproductie stillegt omdat het duister is en tegelijk de wind niet waait. Dunkelflaute is een samentrekking van Dunkelheit (duisternis) en Windflaute (windstilte), een donkere luwte dus. Huishoudens verbruiken echter slechts zo’n 20 procent van alle stroom in Nederland. De industrie, goed voor een veel groter aandeel in de elektriciteitsconsumptie, functioneert in de meeste gevallen alleen bij een betrouwbare, constante levering van stroom. Daarvoor lijkt zulke vergaande gestuurde rantsoenering vooralsnog geen wenselijke oplossing.

Een andere opslagmethode zit in de accu’s van elektrische auto’s. Wanneer die auto’s stilstaan, kunnen ze de elektriciteit uit de accu’s teruggeven aan het stroomnetwerk. Dat zorgt echter wel voor slijtage van de accu’s, want die kennen een beperkt aantal laadcycli. Automobilisten zouden wel eens behoorlijk huiverig kunnen zijn als hun auto wordt aangesloten op de smart grid. Technisch kan het, maar misschien willen ze daarvoor dan wel een vergoeding terugzien. Bovendien gaat het hier opnieuw om een beperkte opslag, lang niet genoeg voor de stroombehoefte van meer dan een paar dagen.

China heeft een ander, ambitieus plan om de duurzaam opgewekte stroom volop te gebruiken. In 2016 ontvouwde het land zijn plannen voor een gigantisch wereldomspannend elektriciteitsnet, waarop alle bestaande en toekomstige centrales in Europa, Azië, Afrika en Noord- en Zuid-Amerika zouden zijn aangesloten. Kosten: 50.000 miljard dollar, oftewel het jaarlijkse bruto nationaal product van de Verenigde Staten, de Europese Unie en China bij elkaar. Nu is het de vraag of dat wereldnet er gaat komen, maar dat dit initiatief serieuze aandacht krijgt, lijkt te onderstrepen dat ze in China niet geloven in een doorbraak op het gebied van opslag van duurzame energie.

Toch weer fossiel

Bovenstaande oplossingen zijn echter nog lang niet ver genoeg ontwikkeld om de grilligheid van zon en wind op te vangen. Daarom lijkt het erop dat we toch ook nog even verder moeten met fossiele brandstoffen. Immers, zolang we alleen nog maar kunnen dromen van volop beschikbare opslagmethodes, grootschalige batterijen of voldoende betaalbare waterstof, blijven we voor een groot deel van de tijd afhankelijk van centrales op aardgas of steenkool. Die conventionele centrales kunnen namelijk wél tot op zekere hoogte worden bijgestuurd. Voor aardgas zijn er grofweg twee soorten centrales: de ene werkt in combinatie met stoom en de andere werkt met een gasmotor. Het eerste type is wel energie-efficiënt maar kostbaar om te bouwen en niet bijzonder geschikt om snel meer of minder te laten produceren. Het tweede type is veel minder energieefficiënt, maar goedkoop om te bouwen en juist ideaal om snel op te starten en af te schakelen. Dat leidt tot de ongelukkige situatie dat juist om zo goed mogelijk in te kunnen spelen op de grilligheid van duurzame energie, er moet worden gestookt in gascentrales, die tot zo’n 30 procent meer CO2 -uitstoot geven dan de zuinige centrales, die zich minder makkelijk laten bijstellen. Kolencentrales zijn er in allerlei kwaliteitsklassen, maar de nieuwste en modernste centrales combineren flexibiliteit met een hogere energie-efficiëntie. Ze zorgen niet voor substantieel meer luchtvervuiling dan de moderne aardgascentrales, maar stoten wel twee keer zoveel CO2 uit. Dan is een aardgascentrale dus beter dan een kolencentrale, ook al omdat het open afschakelen van de eerste sneller en goedkoper is. Daarom zeggen internationale energie-experts al jaren dat aardgas een acceptabele tussenoplossing is, op weg naar een volledig duurzame energievoorziening. Met de beslissing de eigen gasproductie stop te zetten, lijkt Nederland mondiaal een opmerkelijke keuze te maken. Vermoedelijk zal Nederland buitenlands aardgas moeten importeren. Dat is de prijs die we moeten betalen om de aardbevingen in Groningen te stoppen. Centrales op biomassa zouden overigens ook onafgebroken kunnen produceren, weer of geen weer. Maar de volumes duurzaam geproduceerde biomassa die nodig zijn om deze bron serieus te nemen als back-up voor wind en zon zouden gigantisch zijn. Bovendien is de uitstoot van CO2 per geleverde hoeveelheid energie hoger dan bij steenkool, zodat het klimaat er helemaal niets mee zou opschieten. En dan zijn er nog de kerncentrales. Die zijn duur om te bouwen, maar ze stoten geen CO2 uit of andere luchtverontreinigende stoffen. Wel is er de productie van radioactief afval, die veilig moet worden opgeborgen. Ook zijn kerncentrales flexibel genoeg om de stroomvraag te kunnen volgen.

Als kernenergie niet opnieuw op de agenda komt, zullen we fossiele centrales dus nog altijd nodig hebben wanneer de zon achter de wolken verdwijnt of als de wind stil komt te liggen. Sterker, we hebben ze óók nodig als de zon schijnt en als de wind waait. Hun functie is dan om bedrijfsklaar te staan, op een laag pitje, gereed om nog even extra, ahum, gas te geven als het moet.

Aardgas: dat is dus paradoxaal genoeg wat we in Nederland zullen moeten gebruiken, terwijl wij de eigen gaskraan dichtdraaien. Dat stelt bijvoorbeeld ook Machiel Mulder, hoogleraar regulering van energiemarkten aan de Rijksuniversiteit Groningen. Voor zijn modelstudie naar de elektrificatie van woningen en vervoer schetste hij drie toekomstscenario’s, waarvoor hij zich onder meer baseerde op beleidsplannen, op consumptie en opwekking van energie, en op de toename van woningen en voertuigen. In alle gevallen zal er aanmerkelijk meer elektriciteit worden verbruikt. Zonnepanelen en windmolens zullen niet in die vraag kunnen voorzien, stelt Mulder. Omdat kolencentrales bij wet zullen worden gesloten en omdat het kabinet kernenergie afzweert, ligt het voor de hand dat gascentrales worden gebruikt om tekorten aan groene stroom aan te vullen (net zoals men dat in België van plan is, nvdr). Dat zal vooral geïmporteerd gas zijn, zodra het Groningse gasveld met rust wordt gelaten. In 2050 zal dan ‘bij volledige elektrificatie’ ongeveer de helft minder CO2 worden uitgestoten dan in 1990. Dat is niet niets, maar is nog ver verwijderd van het beleidsstreven van 95 procent. Het is een voorzichtige inschatting, benadrukt Mulder in een interview met de Volkskrant. Zijn studie gaat namelijk alleen over huishoudens (dus niet over industrie, kantoren en ziekenhuizen) en transport op de weg (dus niet over scheepvaart of vliegverkeer). ‘Voor ik aan deze studie begon,’ zei Mulder, ‘had ik niet verwacht dat we nog zo lang zo veel gas nodig zouden hebben. De huidige beleidsambities op het gebied van duurzaamheid zijn onvoldoende om ervan af te stappen.’ Studies van onder meer het Planbureau voor de Leefomgeving (pbl) en ecn geven aan dat het aandeel van gas beperkter kan zijn dan Mulder berekende. In deze studies wordt uitgegaan van nog meer windmolens en zonnepanelen, plus het aangepaste, flexibele energiesysteem van een smart grid. Maar zover zijn we nog lang niet.

Beslag op ruimte

De toenemende vraag naar windmolens en zonnepanelen roept ook vragen op over de ruimte die ze innemen. Alle energiesystemen nemen ruimte in, met soms een impact die niet direct voor de hand ligt. Al wordt er in Nederland geen steenkool gewonnen, toch neemt steenkool plaats in, voor de opslag en overslag in onze havens. Aardgas wordt (voorlopig) wel hier gewonnen en vrijwel alle woningen en bedrijven zijn op het gasnet aangesloten, maar het gassysteem neemt weinig zichtbare ruimte in. Aardolie kent juist weer een ruimtebeslag, met raffinaderijen, op- en overslag en grote veiligheidszones rondom benzinestations en transportroutes, waar ze soms zelfs stedelijke ontwikkeling blokkeren. Zonnepanelen hoeven niet veel oppervlakte te vergen. Er zijn nog veel daken beschikbaar. Niet ieder dak is optimaal geschikt vanwege de ligging, zoals ik merkte bij mijn eigen woning, maar grofweg de helft van de huizen heeft een dak op het zuiden. De platte daken van flatgebouwen en fabrieken lenen zich er ook uitstekend voor. Voor de schuine daken zijn er ook al dakpannen met pvcellen, en er is veelbelovend ‘zonnefolie’ in de maak, dat op ramen kan worden geplakt. Je merkt er weinig tot niets van als je naar buiten kijkt. Er zijn ook plannen om het aantal zonneweides uit te breiden. Jaren geleden zagen we nog enorme terreinen voor ons in de Sahara of in het zuiden van de Verenigde Staten, maar in de ambitieuze plannen van het Nederlandse kabinet worden ze ook voorzien op onze velden en akkers. Dat kan voor matig renderende boerenbedrijven een uitkomst bieden, maar zulke plannen stuiten doorgaans lokaal op verzet. Zonneweides gaan dan wel ten koste van natuur en landschap, ze hebben als voordeel dat ze zonne-energie kunnen opschalen en goedkoper zullen maken. Bij windmolens speelt het probleem van ruimtebeslag wel degelijk. Het liefst zet je er een aantal bij elkaar, maar ook weer niet te dicht bij elkaar, want dan vangen ze elkaars wind af. Ons land mag dan klein en dichtbevolkt zijn, gelukkig beschikken we over een aanzienlijk deel van de Noordzee: een luxe die niet alle landen hebben.

Het is mogelijk om voor elke energiebron de vermogensdichtheid te berekenen, uitgedrukt in watt per vierkante meter. Energie-expert Vaclav Smil kwam op basis van eigen berekeningen met een lijstje, waarbij biomassa onderaan bungelde met ongeveer 0,5 watt per vierkante meter (W/m2 ). Voor windenergie zou dat de ondergrens zijn, met 1,5 W/ m2 als maximum. Zonnepanelen komen ergens uit tussen de 4 en 9 W/m2 . Critici vinden die cijfers te conservatief. Zij voeren aan dat de vermogensdichtheid bij een aantal windparken op zee al wel 3 W/ m2 is en dat je bij een zonneweide in de woestijn misschien wel op 20 W/m2 kunt uitkomen. Hoe het ook zij, de schattingen van Smil voor de vermogensdichtheid van fossiele brandstoffen blijven onbetwist: voor steenkool tussen de 100 en 1000 W/m2 en voor aardgas tussen de 200 en 2000 W/m2 . (De enorme bandbreedte onderstreept het belang van een efficiënte centrale die volop kan draaien.) Dus ook al valt er best te discussiëren over verbeteringen in de vermogensdichtheid van duurzame bronnen, aan die van fossiele brandstoffen kunnen ze niet tippen. Het zal hoe dan ook het nodige land- en zeeoppervlak vergen om tegemoet te komen aan de wens om in 2030 ongeveer de helft van de huidige stroomvraag van Nederland via wind en zon op te wekken: een stroomvraag die zal groeien vanwege de elektrificatie. Op wereldschaal hebben we het in de komende decennia misschien wel over een flinke aanslag op de natuur.

Grondstoffen, materialen en afval

Windmolens en zonnepanelen groeien niet aan de boom. Ze moeten worden gemaakt, net als olieboorplatforms, kolentreinen en kerncentrales. Als we ze volop gaan inzetten, levert dat een nieuwe vraag op: zijn er wel genoeg grondstoffen en materialen om ze te bouwen? Wat vergt het om al die grondstoffen op een verantwoorde manier te delven en verwerken? Op de lijst met grondstoffen en materialen voor zonnepanelen en windmolens staan uiteraard beton en staal, maar ook fosfor, borium, gallium, neodymium, germanium, indium, tellurium en titaandioxide. Sommige van deze grondstoffen zijn vrij zeldzaam. Bij een explosieve toename in de productie van zonnepanelen en windmolens zouden daarvoor alternatieven gevonden moeten worden. Met het delven van die grondstoffen vervuil je bodem, water en lucht. De eerste roep om ‘fairtrade duurzame energie’ is inmiddels al gehoord. Bovendien is er flink wat energie nodig om al die materialen te winnen, vervoeren en fabriceren. Die energie komt vooralsnog grotendeels van fossiele brandstoffen. Zware, olieslurpende machines prepareren de mijnbouwgronden, met aardgas gestookte ovens bakken het cement, en het staal voor de torens komt van hoogovens gestookt op steenkool. Alle energie die nodig is om ze te bouwen, wordt met de windmolens snel terugverdiend, maar vooralsnog zijn ze niet bepaald het toonbeeld van een CO2 -vrije toekomst. Niets heeft het eeuwige leven, ook windmolens en zonnepanelen niet. Het International Renewable Energy Agency (irena, internationaal agentschap voor hernieuwbare energie) gaat bij windmolens en zonnepanelen uit van een levensduur van dertig jaar. Aan het einde van de levensduur moeten de windmolens en zonnepanelen worden ontmanteld. Hoe gaan we eigenlijk om met het afval van zonnepanelen en windmolens? In Europa bestaan daarvoor goed functionerende inzamelingsprogramma’s, onder verantwoordelijkheid van de producenten. Soms worden de afgedankte windmolens en zonnepanelen verscheept naar ontwikkelingslanden, waar ze nog jaren functioneren. Maar recycleprogramma’s bestaan daar (nog) niet. De noodzaak van een goede afvalinzameling is helder. Het Japanse ministerie van Milieu gaf in 2016 een waarschuwing af. De hoeveelheid afval van zonnepanelen die het land jaarlijks produceert zou stijgen van 10.000 naar 800.000 ton in 2040. Het werd, meldde het ministerie, hoog tijd voor een plan om dat afval te recyclen of netjes te verwerken. In Duitsland en Denemarken lopen de oude windmolens en zonnepanelen op hun einde. Vervanging zou sowieso verstandig zijn, omdat nieuwe modellen veel efficiënter zijn. Wat gebeurt er als die materialen worden gedumpt in arme landen? Het is bekend dat in India, China en door heel Afrika complete gemeenschappen naast vuilstortplaatsen leven. Elektronica wordt daar verbrand om er de waardevolle koperdraden uit te halen die kunnen worden verkocht. Tijdens de verbranding van zonnepanelen smelt al het plastic en komen zware metalen als lood, chroom en cadmium vrij, waardoor drinkwater wordt vervuild. Ook komen er giftige dampen vrij die bij inademen de kans vergroten op problemen aan de luchtwegen, op vormen van kanker en op geboorteafwijkingen. Eén studie naar het afval van afgedankte zonnepanelen werd uitgevoerd door Environmental Progress, een Amerikaanse milieuactiegroep die pleit voor kernenergie als hét antwoord op de klimaatverandering. Het rapport van Environmental Progress presenteerde een tabel van de hoeveelheid afval van zonnepanelen ten opzichte van het kernafval, per opgebrachte eenheid energie. Wat blijkt? Zonne-energie zorgt per opgewekte kilowattuur voor 300 keer meer toxisch afval dan kernenergie. Terwijl kernafval onder permanent toezicht en controle staat en volgens gerenommeerde studies nooit een dodelijk slachtoffer heeft gemaakt, komt het afval van zonnepanelen terecht tussen al het andere elektronisch afval, waarover buiten Europa geen enkele regulering is. Maar je kunt het afvalprobleem van zonnepanelen ook anders bekijken. irena ziet vooral mogelijkheden voor hergebruik. In een rapport over zonnepanelen die het einde van hun levenscyclus hebben bereikt, voorziet de organisatie tegen 2050 wereldwijd een geschatte hoeveelheid van ‘78 miljoen ton grondstoffen en andere waardevolle componenten’, die bij hergebruik een ‘waarde van meer dan 15 miljard dollar’ vertegenwoordigt. Zo klinkt het opeens heel anders.

Kijken in de toekomst

De toekomst laat zich moeilijk voorspellen, zeker op een omvangrijk en complex terrein als de energievoorziening, die bovendien voortdurend in beweging is en steeds meer onderhevig is aan politieke besluiten. Voor een inschatting van hoe de energieproductie over vijf, vijfentwintig of vijftig jaar zal zijn georganiseerd zul je je moeten baseren op een flink aantal ontwikkelingen die niet goed te overzien zijn. Daarom moeten we op onze hoede zijn als we lezen over het te verwachten verloop van de energietransitie. Een voorbeeld. Er is een befaamde studie van Mark Jacobsen, hoogleraar milieutechniek aan Stanford University. Hij toont aan dat alle energie in de Verenigde Staten binnen veertig jaar van duurzame bronnen afkomstig kan zijn. Diverse politici en klimaatactivisten, zoals Al Gore en Leonardo DiCaprio, haalden in de afgelopen jaren zijn onderzoek aan. Op basis van het werk van Jacobsen beweerden zij dat de energietransitie naar 100 procent duurzaam, snel en goedkoop kan. Later wees een studie op een onvolkomenheid in de studie van Jacobsen. Die studie werd gepubliceerd in pnas, het officiële orgaan van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten, en was geschreven door meer dan twintig specialisten op het gebied van energie en klimaat. Jacobsen was er, zo bleek, in zijn studie van uitgegaan dat de productie van Amerikaanse waterkrachtcentrales zou vertienvoudigen. Die vertienvoudiging staat echter in schril contrast met de verwachtingen van het Amerikaanse ministerie van Energie en toonaangevende instellingen, die de verwachte toename uit waterkracht houden op maar 10 procent, oftewel maar 1 procent van Jacobsens vertienvoudiging. Dat is geen gering verschil. Zonder al die extra waterkracht valt het hele scenario van Jacobsen aan diggelen. Immers, buiten waterkrachtcentrales om is er momenteel geen andere manier om op die schaal overtollige stroom uit wind en zon op te slaan. De auteurs van het artikel in pnas noemden het een ‘vergissing’, anderen spraken van een ‘leugen’. In een reactie noemde Jacobsen, die aanvankelijk een rechtszaak aanspande tegen zijn critici en 10 miljoen dollar eiste, het zelf geen ‘modelleerfout’, maar een ‘aanname’. Wat is een aanname? Het is een veronderstelling, meldt Van Dale. En wat is een veronderstelling? ‘Hetgeen je als waar aanneemt.’ Een aanname is dus iets wat je denkt of vindt, zonder het zeker te weten. Dat kan natuurlijk ook niet anders. Voor een inschatting van toekomstige ontwikkelingen móéten we ons baseren op aannames. Als we een huis kopen, doen we dat ook op basis van aannames. Aannames over ons toekomstige inkomen zijn bepalend voor de prijsklasse waarin we zoeken; aannames over de gezinssamenstelling zijn bepalend voor het aantal kamers. Zonder aannames kunnen we de toekomst niet lezen. Al die toekomstscenario’s over de energievoorziening zijn gebaseerd op aannames. Op hoeveel efficiëntiewinst kunnen we jaarlijks rekenen? Blijven kerncentrales wel of niet open? Hoeveel energie zal worden verbruikt? Dergelijke vragen moet een onderzoeker of opdrachtgever beantwoorden op basis van veronderstellingen voordat conclusies kunnen worden getrokken. Maar aannames komen niet uit de lucht vallen. Het maakt nogal uit welke aannames je maakt. Zo is het ook een keuze om de toename van energieproductie door waterkrachtcentrales te baseren op bestaande schattingen van gerenommeerde bronnen, of om die te baseren op… tja, op wat eigenlijk? Mijn interpretatie van de studie van Jacobsen is dat een gedreven onderzoeker soms de verleiding niet kan weerstaan om een onrealistische aanname te doen, die het resultaat gunstig kleurt. Maar het zegt me ook iets anders: een studie die een ideologie ondersteunt, kan met klakkeloze instemming worden aangehaald en fungeren als bewijs. Zo baseren steeds meer mensen zich op steeds meer mensen die zich baseren op een studie die is gebaseerd op een verkeerde aanname. Daarmee wordt die conclusie zelf een aanname. En hoe populairder de conclusie, des te sterker de aanname wordt. Een mythe houdt zich zo zelf in stand.

Eerste hulp bij toekomstscenario’s

Een bekend scenario waaruit blijkt dat een duurzame energievoorziening in de nabije toekomst voor Nederland haalbaar is, komt van actiegroep Urgenda. In het rapport Nederland 100% duurzame energie in 2030 schetsen de auteurs de mogelijkheden voor een snelle transitie. Een belangrijke aanname in dit rapport betreft de afname van het energiegebruik. Urgenda gaat ervan uit dat het energiegebruik in Nederland zal dalen met 48 procent. Hoe waarschijnlijk is die aanname? In de Nationale Energieverkenning van 2017, uitgevoerd in opdracht van enkele ministeries, is er sprake van een lichte afname. Ten opzichte van 2015 zou het ‘bij voorgenomen beleid’ in 2030 gaan om een verwachte daling van 8 procent. Daarmee is Urgenda’s scenario niet ineens volstrekt nutteloos geworden. Het is soms nodig om door te rekenen waartoe uiterst ambitieuze plannen zouden kunnen leiden. Maar met een dergelijke aanname van een gehalveerd energiegebruik lijkt dat plan heel wat makkelijker haalbaar dan het in werkelijkheid zal zijn. De aanname over een laag energiegebruik blijkt een cruciaal element in meer scenario’s waarin de omslag naar duurzame energie snel haalbaar is. De Verenigde Naties hebben voor hun programma voor ‘universele toegang tot energie in 2030’ bepaald dat het in ontwikkelingslanden genoeg is om een ventilator, twee gloeilampen en een radio van stroom te voorzien, voor vijf uur per dag. Dat lijkt mij niet alleen een grove miskenning van de energiebehoeften, maar ook een ernstige onderschatting van de toename van het energiegebruik in landen waar volgens alle experts zowel de bevolking als de economie zal groeien. Zullen de honderden miljoenen mensen in arme landen in 2030 echt geen wasmachine, computer en koelkast hebben? In diverse scenario’s die de bp Energy Outlook 2018 schetst, is er niet één waarin het mondiale energiegebruik vermindert. In het ‘overgangsscenario’ tot 2040 zou de omvang van de wereldeconomie meer dan verdubbelen, vooral dankzij toegenomen welvaart in de opkomende landen. Het energiegebruik zou toenemen met ongeveer een derde. Dat zou overigens een ‘significant tragere groeisnelheid’ zijn dan in de afgelopen 25 jaar. Bij een studie naar zeventien scenario’s voor een duurzame energievoorziening bleek dat alle scenario’s voorzien in ‘historisch ongekende verbeteringen’ in de opbrengst van zon en wind. De auteurs, die hun studie publiceerden in wires Climate Change, een van de meest gerenommeerde vakbladen in de atmosferische wetenschap, constateerden dat de scenarioschrijvers stelselmatig overmatig optimistisch zijn over het tempo waarin deze energiebronnen kunnen worden geïmplementeerd, de opbrengst die ze leveren en de kosten die ermee zijn gemoeid. Verder gaan sommige toekomstscenario’s uit van technische oplossingen die nu nog niet bestaan of nog niet commercieel beschikbaar zijn. Zo rekenen ze bijvoorbeeld op een doorbraak in de opslag van groene stroom die nog niet is gerealiseerd. Wanneer je in een scenario aanneemt dat het probleem van de opslag is opgelost, komt een duurzame energievoorziening uiteraard dichterbij. Overigens heeft het eerdergenoemde rapport van Urgenda dat bewust niet gedaan. De auteurs melden expliciet dat het model werkt met ‘bestaande technologieën’ en dat innovaties die nog niet ‘rijp’ zijn niet zijn meegenomen in het scenario. Dat lijkt me een correcte benadering. Een andere keer gaan scenario’s wel uit van de huidige stand van de technologie, maar niet van de praktische of financiële haalbaarheid. Voor de opslag van stroom uit zon en wind zijn momenteel gigantische batterijen beschikbaar, maar die zijn onbetaalbaar. Niemand gaat er werkelijk van uit dat deze batterijen zullen worden geproduceerd en gebruikt, zeker niet voor opslag die de dagcyclus ruim overstijgt. Ook door de kosten buiten beschouwing te laten, kan een duurzame energievoorziening ineens nabij lijken, maar erg realistisch is het niet. Onderzoek bij het lezen van scenario’s voor ons energielandschap daarom altijd wat de aannames waren, specifiek die over het energieverbruik en de stand van de technologie. Doorgaans zijn die aannames in het rapport terug te vinden. Het is ook raadzaam om te kijken wie de opdrachtgever of uitvoerder van het scenario is. Zoals ze bij wc-eend wc-eend adviseren, kunnen de vn of een klimaatactiegroep als Urgenda of Environmental Progress, of een olieconcern als bp de aannames en uitkomsten zodanig sturen dat die de eigen doelstellingen ondersteunen. Daar lijkt ook sprake van in het onderzoek van Environmental Progress naar het afval van zonnepanelen dat eerder in dit artikel werd aangehaald. Voor het wetenschapstijdschrift Eos toonde redacteur Dieter De Cleene aan dat het onjuist is om te suggereren dat een zonnepaneel een vat vol elektronisch afval is en dat een ‘afvalcrisis’ aanstaande is. Ja, er zitten schadelijke stoffen in, maar slechts een klein beetje. Voor zeker 90 procent gaat het om onschuldige materialen als glas, aluminium en kunststof, die deels goed te recycleren zijn. Bovendien is het aannemelijk dat er ook buiten Europa bij een toenemende afvalstroom een vraag naar recycling komt, inclusief betere regelgeving voor de inzameling van deze materialen. De vergelijking tussen de hoeveelheid toxisch afval van zonnepanelen en kerncentrales is bijvoorbeeld curieus, meldde De Cleene. Volume zegt immers niets over de mate van toxiciteit, die echter relevant is om de risico’s voor mens en milieu in te schatten. In het geval van zonnepanelen en kerncentrales gaat het om andere soorten toxiciteit. Zoals een Vlaamse expert in de circulaire economie het zegt in Eos: 

‘Ik zou liever een kubieke meter zonnepanelen in mijn tuin stockeren dan eenzelfde volume kernafval.’

Ten slotte

Lange tijd dacht ik dat de omslag naar duurzame energie best mogelijk was, zolang we maar genoeg zonnepanelen en windmolens zouden neerzetten. Dat ligt toch wat gecompliceerder. Er moet een oplossing komen voor het simpele gegeven dat ze slechts onder bepaalde weersomstandigheden stroom produceren. Opslag in waterstof is veelbelovend, evenals goed ‘energiemanagement’, waarin vraag en aanbod slim op elkaar worden afgestemd. Dit lijken kansrijke oplossingen om het probleem van de grilligheid te omzeilen. Maar zolang deze technieken nog slechts op de tekentafel bestaan, hebben we, gezien de politieke weerstand tegen kernenergie, vooral fossiele centrales nodig. Om de negatieve bijdrage aan klimaatverandering en luchtvervuiling dan nog enigszins te beperken, kunnen die beter draaien op aardgas dan op steenkool. Ook had ik me niet eerder gerealiseerd dat zonnepanelen en windmolens veel ruimte innemen. Er bestaat zoiets als ‘energiedichtheid’ en die ligt bij zon en wind algauw een factor 100 lager dan bij de fossiele brandstoffen. Als we op wereldschaal substantieel meer stroom uit zon en wind willen opwekken, dan zullen we daar flink wat ruimte voor moeten maken. Dat vind ik problematisch. Het lijkt me beter in de menselijke behoeften te voorzien op een klein oppervlak, zodat er plaats overblijft voor natuur en een rijke biodiversiteit. Nu kan ik niet anders concluderen dan dat mijn aanvankelijke optimisme over windmolens en zonnepanelen naïef is geweest. Ik vrees dat dit naïeve optimisme ook zit in veel van de scenario’s voor een groene energievoorziening. De rooskleurige uitkomst blijkt dan vaak gebaseerd op onrealistische aannames, bijvoorbeeld over een spectaculaire afname van energieverbruik of een miraculeuze oplossing voor de opslag van groene stroom.

Uit: De energietransitie. Naar een fossielvrije toekomst, maar hoe?

Uitgeverij Nieuw Amsterdam, 2018
144 p
ISBN 9789046824733