Alternatieve energie/Traditionele energie

Alternatieve energie

Hier onder volgt een overzicht van de traditionele energieopwekkingsmethoden. Deze soorten worden kort behandeld om de alternatieve energieën in dit kader te plaatsen.

Verbranding

Bij reactie van brandstoffen, doorgaans fossiele brandstoffen, met zuurstof, ontstaat warmte. De warmte wordt gebruikt om water te verwarmen en om te zetten in stoom. De verhoogde druk van de stoom zorgt ervoor dat de stom gaat stromen. Deze stroming drijft een turbine aan die op haar beurt gekoppeld is aan een generator. De beweging van de generator wordt, door gebruik te maken van een veranderend magnetisch veld, omgezet in elektriciteit. Chemische energie wordt dus omgezet in achtereenvolgens thermische energie, mechanische energie en ten slotte elektrische energie.

Kolencentrale

De kolencentrale gebruikt steenkool als brandstof. Kolen zijn soms vrij makkelijk te verkrijgen doordat ze of aan de oppervlakte of vrij dicht onder de aardoppervlakte liggen, maar vaak wordt er tot op grote diepte gedolven in mijnen. Bovendien zijn de voorraden aan steenkool hoog en zijn ze redelijk verspreid over de aarde. Steenkool was rond 1800 de eerste fossiele brandstof die beschikbaar kwam nadat het hout schaarser werd in Europa en bovendien een brandstof met een hogere energiedichtheid (dan hout) nodig werd. In Nederland werd veel turf gebruikt.

Voordelen

Steenkool heeft geen hoge kostprijs
Steenkool heeft een goede beschikbaarheid.
De technologie voor het inzetten van steenkool als brandstof voor energieopwekking is sterk ontwikkeld.

Nadelen

Bij de verbranding van steenkool ontstaat koolstofdioxide (CO₂), water, stikstofoxide (NO_x) en zwaveloxide (SO₂). Koolstofdioxide wordt verantwoordelijk geacht voor een deel van de opwarming van de aarde (het broeikaseffect). Zwaveldioxide reageert in de atmosfeer tot zwavelzuur, wat de zure regen tot gevolg heeft.
Bij de verbranding van steenkool wordt (vlieg)as gevormd. Dit as is rijk aan zware metalen en andere milieuverontreinigende stoffen.
Bij de afbouw van steenkool komt methaan (CH₄) vrij, wat eveneens een broeikasgas is.
De steenkoolmijnbouw kost veel mensen het leven.

De energiedichtheid van steenkool is lager dan die van olie of aardgas (8,1 kWh per kilo^[1], ter vergelijking: een gemiddeld Nederlands huishouden verbruikt 3300 kWh per jaar.^[2])
De centrales zijn afhankelijk van fossiele brandstoffen, die raken ooit eens op.
Steenkool produceert weinig energie.

Gascentrale

De gascentrale gebruikt aardgas als brandstof. Aardgas is goed lokaal beschikbaar door het distributienet, dat in Nederland opgebouwd is. Gas wordt over het algemeen gezien als schone brandstof. In vergelijking met steenkool en ook olie bestaat aardgas (hoofdzakelijk methaan) uit veel gebonden waterstof. Als dit verbrand wordt ontstaat er minder koolstofdioxide en meer water dan het geval is bij olie of steenkool.

Aardgas bevat naast methaan ook ander koolwaterstoffen zoals ethaan, propaan, butaan, pentaan en etheen. Bovendien treft men koolstofdioxide en zwavelhoudende componenten in het aardgas aan. Zwavelhoudende componenten kunnen zonder problemen uit het aardgas gezuiverd worden, zodat er na verbranding in een centrale geen restcomponenten meer overblijven.

Het puurste aardgas komt uit Rusland en bevat ongeveer 98,5% methaan, dit in vergelijking met Noordzeegas dat voor 89% uit methaan bestaat.

Voordelen

Goede energiedichtheid
Lage kostprijs
In West-Europa: een goed bestaand distributienet
Lage luchtvervuiling, doordat het gas relatief puur is en zwavelhoudende componenten eenvoudig uit het gas kunnen worden verwijderd.
Lagere kooldioxideproductie in vergelijking met aardolie.
De technologie is volwassen
Als brandstof voor decentrale energie-opwekking is aardgas goed geschikt.
Aardgas produceert veel meer energie dan bijvoorbeeld steenkool.

Nadelen

Het is een "eindige" brandstof
Het veroorzaakt broeikasgassen
Het is een explosieve brandstof
Aardgas is reukloos en daarom gevaarlijk bij lekken. Er wordt daarom een geurstof aan het gas toegevoegd.

Oliecentrale

Aardolie of petroleum bestaat uit koolwaterstoffen. Dit zijn moleculen met 5 tot 20 koolstofatomen, voornamelijk alkanen, cycloalkanen en aromaten. Ongeveer 84% van alle gewonnen aardolie wordt ingezet als brandstof. Dit beperkt zich niet tot oliecentrales; de brandstoffen zijn ook benzine en diesel (voor auto's) en kerosine voor vliegtuigen.

Voordelen

Olie heeft een lage kostprijs
Olie heeft een hoge energiedichtheid
Olie is makkelijk te distribueren

Nadelen

Olie vindt men vooral in politiek instabiele regio's in de wereld (Irak en Iran).
Olie zorgt voor een hoge kooldioxideproductie
Olie is vervuild met componenten die leiden tot milieuvervuiling (hoewel minder dan steenkool)
Olie is niet alleen een energiebron, maar ook nuttig als bronmateriaal voor vele chemische verbindingen (bijv. plastic, asfalt, medicijnen, ...). Olie verbranden concurreert daarmee.

Warmtekrachtkoppeling

Warmtekrachtkoppeling is een principe dat veel wordt toegepast bij elektriciteitscentrales. Bij het verbranden van brandstoffen ontstaat ook veel warmte dat niet in elektriciteit kan worden omgezet. Van de originele energie-inhoud van de brandstof wordt ongeveer 40% omgezet in elektrische energie, zodat 60% van de energie verloren lijkt. Deze warmte wordt bij een een traditionele centrale gewoon in de lucht geleid en er wordt koelwater (meestal van een rivier) gebruikt om de warmte kwijt te raken.

Bij warmtekrachtkoppeling wordt getracht die overige 60% energie ook zinvol te gebruiken.

Als voorbeeld nemen we een papierfabriek (zie ook het boek Papier). Voor het laten draaien van een papierfabriek is veel elektriciteit nodig, daarom hebben veel papierfabrieken een eigen energiecentrale. Voor het drogen van papier is echter ook veel warmte nodig. Nu komt bij de opwekking van elektriciteit veel warmte vrij, die niet in elektriciteit kan worden omgezet; ze kan echter wel ingezet worden om papier te drogen. Hierdoor kan het rendement van de centrale oplopen tot ongeveer 90%.

Deze combinatie om zinvol de restwarmte in te zetten is ook denkbaar voor andere doeleinden. Stadverwarming bijvoorbeeld. Hierbij wordt de restwarmte gebruikt om huizen te verwarmen. De warmte kan ook gebruikt worden om het water van een zwembad op te warmen.

Ook de inzet van warmtekrachtkoppeling in decentrale energieopwekkingseenheden is mogelijk. Denk daarbij aan ziekenhuizen, bureaugebouwen, flatgebouwen, etc. Men kan zelfs het principe omdraaien: Er is warmte nodig voor verwarming en de elektriciteit kan als afvalproduct worden beschouwd, dat nog op een zinvolle wijze kan worden ingezet.

Dit gebeurt ondermeer op grote schaal in kassen

Kernenergie

Een kerncentrale werkt ongeveer het zelfde als een centrale waar gebruik gemaakt wordt van fossiele brandstoffen. De warmte die bij het kernsplijtingsproces vrijkomt, wordt gebruikt om water om te zetten in stoom, die daarna een generator aandrijft.

De mate waarin uranium warmte genereert, wordt geregeld door het afvangen van een gedeelte van de neutronen die vrijkomen bij het splijtingsproces en die de kettingreactie tot stand brengen.

Begin 2007 waren er 435 commerciële kernreactors met een vermogen van in totaal 368 GW ^[3]. Hiervan waren er 103 in de Verenigde Staten, 59 in Frankrijk en 55 in Japan.

Voordelen

Kleine hoeveelheden nucleaire brandstoffen leveren enorm veel energie op (Einstein's energie-massarelatie: E=mc²). Er is dus maar weinig materiaal nodig in vergelijking met fossiele brandstoffen. De voorraden aan uranium zijn in vergelijking groter dan van fossiele brandstoffen.
De kostprijs voor elektriciteit uit kernreactoren is ongeveer gelijk aan de kosten voor elektriciteit uit energiecentrales met fossiele brandstoffen.
De bouwwijze, die veiligheidsvoorschriften verlangen, maken een kerncentrale ook redelijk veilig tegen terroristische acties en ook extreme weercondities.
Kernenergie veroorzaakt geen luchtvervuiling, zoals zwavel- en stikstofoxiden. Ook wordt er geen koolstofdioxide (een broeikasgas) geproduceerd.

Nadelen

Het afvalproduct van kernsplijting van uranium is giftig en radioactief. Het afval moet worden gecontroleerd in speciale opslagruimtes. Het nucleaire afval verliest weliswaar zijn radioactiviteit in de loop van de tijd, maar dat duurt 1000 tot 3000 jaar totdat het afval het radioactiviteitsniveau van de uraniumerts bereikt.
Een ongeluk met een kernreactor, zeker als die in de buurt van menselijke bewoning wordt bedreven kan catastrofaal zijn. Een voorbeeld hiervan is de catastrofe van Tsjernobyl in Oekraïne in 1986, waarvan de gevolgen tot in West-Europa zijn ondervonden. Ook de kernramp van Fukushima (Japan) in 2011 is daar een voorbeeld van.
Het bouwen van een kernreactor is een enorme investering, met name door alle veiligheidsmaatregelen die moeten worden genomen. De planning en de bouw neemt vele jaren in beslag en dit introduceert een finiancieel risico omdat er bij de besluitvorming gewerkt moet worden met voorspellingen van hoe groot de behoefte over, zeg, een decennium zal zijn.
Nucleaire brandstoffen, zoals uranium, zijn eindige brandstoffen, dat wil zeggen dat er onvoldoende uranium is om de mensheid langdurig van energie te voorzien.
De afbouwactiviteiten voor het verkrijgen van uranium (mijnbouw) hebben, net zo goed als dergelijke activiteiten voor fossiele brandstoffen, gevolgen voor het milieu.
Nadat de energie is opgewekt, is een grote hoeveelheid warmte vrijgekomen. Om de kerncentrale af te laten koelen, is een grote hoeveelheid water nodig. Het water komt vrij in de koeltoren en kan niet (direct) worden hergebruikt omdat het grootste deel van het water in gasvorm of vloeibare vorm in de atmosfeer verdwijnt.

Waterkracht

Bij waterkracht wordt de zwaartekracht die het water uitoefent op de turbine omgezet in een draaiende beweging (in natuurkundige termen: in kinetische energie) in de generator, waarna de beweging wordt omgezet in elektriciteit. In een rivier wordt door middel van een dam water verzameld. Het verzamelde water in het stuwmeer zal een grote druk opbouwen, hetgeen goed gebruikt kan worden in het energieopwekkingsproces. Een tweede reden om het water te verzamelen in een stuwmeer is om ervoor te zorgen, dat er een vrij continu aanbod is van water om de energieopwekking te kunnen bedrijven.

Een ander voordeel van een stuwmeer, is dat men het ook kan gebruiken als energie-opslag. Als er een groot aanbod van energie is, kan men water in het meer pompen, waarna het later gebruikt kan worden als er een grote vraag aan energie is.

Voordelen

Een centrale is goed regelbaar naar de vraag aan elektriciteit.
Het potentieel om elektriciteit is continu en gelijkmatig voorhanden.
Er is geen afval, noch is er vervuiling verbonden aan deze vorm van energieopwekking.
Waterkracht is duurzaam.
Waterkracht is prijsstabiel en bakt.^[4]
Een waterkrachtcentrale heeft een hoog rendement.

Nadelen

Een stuwmeer beïnvloedt grote delen van ecosystemen, niet alleen het gedeelte dat onder water wordt gezet, maar ook een groot gedeelte van de rivier na de stuwdam
Deze vorm van energieopwekking is alleen mogelijk in gebieden waar genoeg regen is en waar er voldoende hoogteverschil in het land aanwezig is.
Het doorbreken van een dam, bijvoorbeeld als gevolg van een grote natuurkracht (storm, aardbeving, etc.) of door terrorisme heeft grote gevolgen.
Bij het opzetten van een grote dam moeten doorgaans dorpen of zelfs steden worden ontruimd.
De rivier stroomafwaarts van de stuwdam kan niet of niet zo goed voor recreatie worden ingezet, omdat het niveau van de rivier, afhankelijk van de vraag naar energie, sterk en snel kan veranderen.

Overzicht energiebronnen

Eigenschap	Kolencentrale	Gascentrale	Oliecentrale	Warmtekrachtkoppeling	Kernenergie	Waterkracht
Goedkoop	Ja	Ja	Ja	Ja
Geen productie CO₂	Nee	Nee	Nee	Nee	Ja	Ja
Produceert geen luchtvervuilende stoffen (NO_x, SO_x)	Nee	Nee	Nee		Ja	Ja
Energieopwekking is veilig	Nee Voor mijnwerkers	Nee			Nee
Hoge energiedichtheid	Nee	Ja	Ja	nvt	Ja	nvt
Onuitputbare grondstof	Nee	Nee	Nee	Nee	Nee	Ja

Referenties

↑ [BiNaS, zesde editie]
↑ https://www.milieucentraal.nl/energie-besparen/snel-besparen/grip-op-je-energierekening/gemiddeld-energieverbruik/
↑ http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-power-plant-world-wide.htm Euronuclear.org
↑ ?

[1] [BiNaS, zesde editie]

[2] ttps://www.milieucentraal.nl/energie-besparen/snel-besparen/grip-op-je-energierekening/gemiddeld-energieverbruik/

[3] ttp://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/nuclear-power-plant-world-wide.htm Euronuclear.org

[4] ?

[1]

[2]

[3]

[4]