Overzicht eerdere
afleveringen
ENERGIE
POLITIEK
ENERGIEVERBRUIK
ALTERNATIEVEN
JAPAN
CONFERENTIE
NEDERLAND EN EU
BROEIKASEFFECT
KERNENERGIE
WINDENERGIE
BESPARING
BESPARINGSTIPS
SUBSIDIES
APPARATEN
VERDERE INFORMATIE
LINKS
GRAFIEKEN
 |
Alternatieven
Rob van den Berg
Zonder dat we ons daar misschien bewust van
zijn, is alles wat we op aarde doen te danken aan de zon. Eigenlijk zijn
we al duizenden jaren bezig deze te verstoken. Want niet alleen de
elektrische energie die in zonnecellen wordt opgewekt of de warmte uit
een zonnecollector vinden hun oorsprong in die gloeiendhete gasbol boven
ons hoofd.
Ook fossiele brandstoffen als olie en kolen, de witte steenkool van de
waterkrachtcentrale en de wind die steeds geavanceerdere windmolens laat
draaien, danken hun bestaan aan de zon. De aarde zelf mag dan nog wat
uranium leveren voor kerncentrales en in zijn binnenste wat warmte
opwekken, terwijl ook de maan zijn best doet via de getijden, maar hun
aandeel is te verwaarlozen. Een overzicht van alternatieve
technologieën, die - ook al weer meestal dankzij de zon -
belangrijke bijdragen aan de energievoorziening kunnen leveren,
binnenkort of in de verre toekomst:
Kernfusie
Dit is het proces waaraan de zon zelf haar energie ontleent en
is daarom niet voor niets de heilige graal op het gebied van
alternatieve energieën. Bij enorme temperaturen en dichtheden
smelten lichte atoomkernen van waterstof samen tot zwaardere
heliumkernen. Einstein leert dat hierbij energie vrijkomt, net zoals bij
splitsing van zware uraniumkernen. De potentiële brandstofvoorraden
zijn praktisch oneindig: een liter water bevat aan fusiebrandstof
evenveel energie als 300 liter benzine. Al sinds de jaren dertig is
kernfusie daarom dé energiebron van de toekomst, maar nog altijd
bestaat er geen werkende fusiereactor. De positief geladen atoomkernen
stoten elkaar namelijk af en moeten daarom heel sterk worden verhit
én heel dicht op elkaar worden gedrukt. Al heel lang wordt
geprobeerd dat te bereiken door ze op te sluiten met behulp van sterke
magnetische velden. Onlangs werd op dat gebied weer een succesje
geboekt, toen in de Engelse JET-reactor gedurende een halve seconde tien
megawatt aan vermogen werd geproduceerd. Het nieuwste project op dit
gebied is een de laatste tijd nogal omstreden, tien miljard dollar
kostende reactor, ITER genaamd. Er bestaan grote twijfels of deze in de
geplande vorm kán werken. Het staat dus nog helemaal niet vast of
er ooit met de bouw zal worden begonnen. In Californië doen ze het
daarom liever met behulp van de krachtigste laser ter wereld. Door een
minuscuul bolletje met daarin een waterstofmengsel hiermee van alle
kanten op precies hetzelfde moment te beschieten, zou dit zo snel tot
temperaturen van ongeveer één miljoen graden worden verhit
dat er een implosie ontstaat. Wanneer ook nog eens via een slimme truc
röntgenstralen worden gegenereerd, zou het wel eens tot kernfusie
kunnen komen. Dat zou moeten gebeuren binnen de muren van de National
Ignition Facility, een laboratorium waaraan in Californië al
wél drie jaar wordt gebouwd. Wellicht biedt dit de beste
mogelijkheden zo omstreeks het midden van de volgende eeuw de eerste
centrales op te leveren.
Brandstofcellen
Bij de verbranding van fossiele brandstoffen is nog veel
te winnen. Hoewel de warmte die vrijkomt bij verbranding bijvoorbeeld in
een kolencentrale steeds efficiënter wordt benut, kan het ook
anders. In een brandstofcel wordt een brandbare stof - alcohol, aardgas,
waterstof - namelijk dírect omgezet in elektriciteit, zonder dat
daarvoor verbranding nodig is en dus ook praktisch zonder dat er
allerlei schadelijke bijproducten ontstaan. En dat met een
efficiëntie van soms wel tachtig procent. Het heeft plaats aan het
oppervlak van elektroden, waartussen een geleidend medium, een
elektrolyt, is geplaatst. Aan de ene kant staat de brandstof elektronen
af, die zich via een draadje naar de andere elektrode verplaatsen, waar
ze worden opgenomen door zuurstof. De kring wordt gesloten doordat de
ontstane positief en negatief geladen atomen in de elektrolyt samen
water- of koolzuurgas vormen. De eerste elektrische auto's met een
brandstofcel zijn onlangs op de markt verschenen, en hoewel ze op dit
moment nog duurder zijn dan een gewone verbrandingsmotor, zijn de
brandstofkosten per kilometer veel lager.
Fotovoltaïsche cellen
Zonnecellen, die zonnewarmte kunnen omzetten
in elektrische energie, waren tot voor kort uitsluitend gebaseerd op
silicium. Door in lage concentraties hierin andere elementen op te
nemen, ontstaan een elektronarm en een elektronrijk gebied. Wanneer daar
licht op valt, worden de elektronen vrijgemaakt, waardoor er een
stroompje gaat lopen. Hoewel dit met een redelijk hoge efficiëntie
gebeurt - tot soms wel dertig procent - zijn zonnecellen nog altijd
relatief duur. Het kristallijne silicium moet bijvoorbeeld heel zuiver
zijn. Een simpele vorm van kostenbesparing is de zonnestralen over een
groot gebied met behulp van lenzen te concentreren op het oppervlak van
een fotocel. Ook wordt tegenwoordig het veel goedkopere amorf silicium
verwerkt, dat in een heel dunne laag op een flexibele drager kan worden
aangebracht en zo het licht veel efficiënter absorbeert. Bij
AKZO-Nobel is daarvoor een uniek productieproces ontwikkeld, dat
zonnecellen met een tien keer lagere kostprijs moet gaan opleveren. Een
ander veelbelovend alternatief is de organische zonnecel, een uitvinding
van de Zwitserse hoogleraar Michael Grätzel. Hierin is een
lichtgevoelige stof aangebracht op een dunne laag pigmentbolletjes, een
soort witte verf. Deze nemen de elektronen op die door het licht worden
vrijgemaakt. Omdat de bolletjes samen een enorm oppervlak hebben, is het
proces relatief efficiënt. Weliswaar laat de stabiliteit van deze
zonnecellen vooral in sterk zonlicht nog wat te wensen over, maar wegens
de extreem lage kosten zijn ze toch het meestbelovend.
Energie uit de oceaan
De oceanen, die het aardoppervlak voor meer dan
tweederde bedekken, vormen enorme energiereservoirs. Een van de manieren
om deze energie te winnen is de Thermische Energie Conversie (TEC).
Hierbij wordt gebruik gemaakt van het temperatuurverschil tussen het
oppervlaktewater en het water op zo'n duizend meter diepte. Het warme
water wordt gebruikt om stoom te maken of om een andere vloeistof aan de
kook te brengen, zodat een turbine kan worden aangedreven. Met behulp
van koud bodemwater wordt de damp weer tot vloeistof gecondenseerd,
waarna de cyclus opnieuw kan beginnen. Ook de golven vormen een
potentiële energiebron. Er zijn inmiddels al talloze manieren
ontwikkeld om de op en neer gaande beweging van golven in een drijvend
object om te zetten in elektriciteit. Bij andere methoden wordt dankbaar
gebruikgemaakt van drukverschillen ónder het wateroppervlak.
Slechts een heel klein deel van deze instrumenten is echter in de
praktijk getest. Net als van de TEC-turbines zijn de kosten van de
benodigde installaties bovendien nog veel te hoog om op korte termijn al
een uitkomst te kunnen bieden.
Getijdenenergie
Al in 1135 werd in Engeland de getijdenwerking gebruikt
om molens aan te drijven. Deze vorm van energieopwekking lijkt op die
van de meer standaard hydro-elektrische omzetting met behulp van een
stuwdam. In dit geval is het zaak bijvoorbeeld een baai waar een
behoorlijk verschil bestaat tussen eb en vloed, af te sluiten met een
dam. Zodra er voldoende hoogteverschil is opgebouwd worden de sluizen
geopend, waarna het stromende water via turbines elektriciteit kan
opwekken. De grootste centrale van dit type bevindt zich sinds 1966 aan
de noordkust van Frankrijk, maar dit bleef wel de enige, omdat
kernenergie goedkoper bleek te zijn. Verder is er alleen sprake van
kleinere proefopstellingen. De kosten verbonden aan getijdencentrales
zijn namelijk zo hoog - een Engelse studie naar een centrale in de
rivier Severn kwam uit op vijftien miljard dollar - dat deze vorm van
energie-opwekking op korte termijn absoluut geen rol van betekenis zal
spelen. Een nieuwe ontwikkeling is het idee turbines ónder water
te plaatsen, bijvoorbeeld in een fjord. Zo zou wél op een
goedkope manier met een soort onderzeese windmolens de energie van de
getijdenstromingen kunnen worden 'geoogst'. Al moet het eerste echte
prototype nog worden gebouwd.
Geothermische energie
Onder meer door het verval van radioactieve
elementen is het binnenste van onze aarde behoorlijk warm. Hoe dieper je
de aarde ingaat, hoe heter het wordt. In gebieden met veel vulkanische
activiteit is die toename erg groot, hetgeen betekent dat de
'aardwarmte' relatief dicht onder het oppervlak zit. Denk bijvoorbeeld
aan hete bronnen of geisers. Dergelijke hydrothermische reservoirs zijn
de voornaamste bronnen van geothermische energie. Op sommige plaatsen
wordt ook water de aarde ingepompt om aan fijngemaakte hete gesteenten
te worden opgewarmd. Helaas zit de meeste aardwarmte veel te diep om
economisch winbare reserves te bieden. Alleen op bepaalde plaatsen -
bijvoorbeeld in IJsland - wordt er voor de verwarming van huizen gebruik
van gemaakt.
|
NRC
Webpagina's
27 november 1997
|
