Alternatieve energie/Overzicht alternatieve energie
Alternatieve energieopwekking
[bewerken]- Aardwarmte of geothermische energie
- Zonne-energie
- Windenergie
- Golfslagenergie
- Fusie-energie
- Verbranding van biomassa
- Getijdenenergie
- Waterstof
- Blauwe energie
- Wind-water-zon
Zonne-energie
[bewerken]Naast de bekende zonneboiler voor warm water en de zonnepanelen die elektriciteit opwekken op steeds meer daken, zijn er ook grootschaliger systemen.
Geconcentreerd zonlicht (concentrated solar power, CSP) systemen reflecteren zonlicht op een groot spiegelend oppervlak naar een klein oppervlak waar een vloeistof, gesmolten zout, verhit wordt tot meer dan 500 C. Deze warmte kan gebruikt worden om met een stoomturbine een elektrische generator aan te drijven. De warmte kan worden opgeslagen, zodat een CSP-systeem ook elektriciteit kan leveren als de zon niet schijnt. Dit is een voordeel t.o.v. zonnepanelen, maar die werken ook met diffuus zonlicht en zijn daarom geschikter dan CSP in landen met een vaak bewolkte hemel.
Parabolische-trog systemen zijn goed voor 90% van de CSP-centrales. Een parabolische trog bestaat uit een lineaire parabolische spiegel die licht focusseert op een buis. De spiegel volgt de zon door draaiing om een as in de lengterichting.
In 2014 werd in de wereld met zonlicht 0,8% van de elektriciteit opgewekt. In de Verenigde Staten en China was dat 0,5%, in de Europese Unie 3%, maar in Duitsland al 6% en Italië 8%.[1]
Windenergie
[bewerken]De stroom zonne-energie die de aarde bereikt wordt voor ongeveer 1% omgezet in windenergie. Die één procent lijkt niet veel, maar het is ongeveer 100 maal het huidige energiegebruik door mensen. Bij de omzetting van zonne- naar wind-energie spelen temperatuurverschillen van het aardoppervlak en de draaiing van de aarde een belangrijke rol.
Op geschikte plaatsen in de wereld, waar op 80 m hoogte de gemiddelde windsnelheid minstens 7 m/s is, kan ruwweg 10 maal meer energie gewonnen worden dan het huidige wereldenergiegebruik. Er is dus windenergie genoeg, maar het is niet altijd overal beschikbaar. In combinatie met andere alternatieven kan wel een betrouwbare energievoorziening gemaakt worden,[2] zie Wind-water-zon.
In 2014 werd in de wereld met wind 3% van de elektriciteit opgewekt. In de Verenigde Staten was dat 4%, in de Europese Unie 8%, maar in Spanje 19% en in Denemarken zelfs 40%. Nederland en België liepen met 6% achter.[1]
Verbranding van biomassa
[bewerken]Ethanol en biodiesel
[bewerken]In de Verenigde Staten wordt de productie van ethanol uit maïs gepropageerd. Een ander land dat een hoge ethanolproductie uit biomassa heeft is Brazilië. In Brazilië gebruiken ze als biomassagrondstof echter suikerriet.
Er zijn echter veel meer mogelijkheden die ook nog eens efficiënter kunnen zijn om biomassa als grondstof voor ethanol of biodiesel te kweken.
Volgens het Worldwatch Institute zoals gepubliceerd in Ode [3] kan met per hectare de volgende opbrengst aan ethanol hebben:
| Plant | Opbrengst aan ethanol in liters |
|---|---|
| Suikerbiet | 6677 |
| Suikerriet | 6190 |
| Cassave | 3835 |
| Sorghum (kafir) | 3499 |
| Maïs | 3311 |
| Tarwe | 2592 |
Voor biodiesel geldt de volgende tabel:
| Plant | Opbrengst biodiesel in liters |
|---|---|
| Algen | 46.770 |
| Vingergras | 10.756 |
| Hennep | 9353 |
| Oliepalm | 4752 |
| Kokosnoot | 2152 |
| Jatrofa | 1890 |
| Koolzaad | 954 |
| Pinda | 843 |
| Zonnebloem | 766 |
| Soja | 524 |
Algen
[bewerken]Algen gebruiken zonlicht, koolstofdioxide en water met sporenelementen om te groeien. De biomassa die daarbij ontstaat kan gebruikt worden als basis voor geneesmiddelen, kleurstoffen, bioplastic en olie. De opbrengst per oppervlakte is hoog, zeker in vergelijking met andere methoden waarbij planten groeien. Dit is voornamelijk omdat het een continue productie is, die het hele jaar biomassa oplevert.[4]. Er is slechts vier miljoen hectare kweekgronden nodig voor de productie van 530 miljard liter biodiesel dat het totale wagenpark in de Verenigde Staten nodig heeft.
Het biodiesel wordt geproduceerd door de olie die uit de algen wordt gehaald, te mengen met ethanol of methanol.
De productie kan plaatsvinden in grote open vijvers of in efficiëntere bioreactoren. Een installatie voor de productie van algen kan ook gecombineerd worden met een waterzuivering.
De problemen met deze techniek is vooralsnog de hoge onderhouds- en investeringskosten.
Getijdenenergie
[bewerken]East River
[bewerken]In 2008 zal in de East River tussen Long Island en Queens bij New York in de Verenigde Staten een energiecentrale geopend worden, die bestaat uit 200 tot 300 onderwatermolens. Deze energiecentrale zal ongeveer 10 MW aan energie kunnen opwekken.
De East River verbindt de haven van New York met Long Island Sound en heeft een stroming die meestal rond de 7,4 km/h ligt. Deze rivier wordt nauwelijks bevaren en is plaatselijk tot 12 meter diep, zodat het voldoende plaats heeft voor de onderwatermolens die 6 meter hoog zijn. De onderwatermolens zullen over een afstand van 1,5 km worden geplaatst met een onderlinge afstand tot 30 meter.
De stroming wordt veroorzaakt door getijdenverschillen die ontstaan in de Atlantische Oceaan, tussen beide punten waar de rivier in contact is met de zee. [5][6]
Indien de test goed verloopt, is de aanleg van een parallelkanaal met de East River speciaal voor deze vorm van energieopwekking een mogelijkheid. Het potentieel aan een dergelijke vorm van energiewinning binnen New York State kan oplopen tot 1000 MW.
Wind-water-zon
[bewerken]Er is meer dan genoeg zonne- en wind-energie om te voldoen aan de hele energiebehoefte. Maar dan rijst de vraag: en als er nu ergens een tijd niet voldoende zonlicht en wind is? Die vraag is makkelijk te stellen en moeilijk te beantwoorden. Het antwoord is gevonden na uitgebreid onderzoek met krachtige computers.
Mark Z. Jacobson en Mark A Delucchi hebben onderzocht hoe de wereld van schone duurzame energie voorzien zou kunnen worden in 2030-2050. De studie is gepubliceerd in de Scientific American in 2009. In 2015 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Bethany Frew met computersimulatie (LOADMATCH) nagegaan hoe dit systeem de energievraag kan volgen, rekening houdend met de variabiliteit en onzekerheid van zon en wind.[7]
Er zijn vele opties bij ontwerp en bedrijf van een WWZ energiesysteem om te zorgen dat het betrouwbaar de vraag volgt en geen grote, zelden gebruikte capaciteit heeft:
- geografisch verspreide variabele energiebronnen onderling verbinden,
- een regelbare energiebron zoals waterkracht gebruiken om een tijdelijke kloof te overbruggen tussen vraag en wind- of zonne-energie aanbod,
- met slim vraag-aanbod management flexibele vraag verschuiven zodat die beter overeenkomt met de beschikbaarheid van WWZ vermogen,
- elektrische energie opslaan voor later gebruik in pompcentrales of geconcentreerd-zonlicht-centrales (CSP), in accu's, als waterstof, of als samengeperste lucht ondergronds,
- WWZ piek capaciteit overdimensioneren om de tijden van WWZ tekorten te minimaliseren en om te voorzien in reservevermogen om waterstof te produceren,
- weersvoorspelling om de energievoorziening beter te plannen.
LOADMATCH simuleert de energievoorziening van een land gedurende 6 jaar, van minuut tot minuut: energievraag, WWZ energie-aanbod, en de capaciteiten van verschillende soorten energie-opslag. Voor de Verenigde Staten konden inderdaad goede oplossingen verkregen worden. In een simulatie is de opgewekte energie voor 94% elektriciteit en 6% warmte. Van de elektriciteit is 11% omgezet in waterstof, 77% is direct gebruikt of voor later gebruik opgeslagen bij pompcentrales of CSP, en 12% is verloren bij conversie, transmissie, distributie en onderhoud.
Referenties
[bewerken]- ↑ 1,0 1,1 IEA - Statistics Search. IEA., select Country, Electricity and Heat.
- ↑ (en) Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, A Path to Sustainable Energy by 2030, Scientific American 301 5 p.58–65
- ↑ Ode 98 Juli/Augustus 2007, Wat komt er na olie door Craig Cox, pagina 42 - 45
- ↑ (nl) Technisch weekblad, Het algen-alternatief van Erwin Boutsma
- ↑ (en) Meer informatie van McGraw-Hill
- ↑ SonntagsZeitung 25 maart 2007, pagina 87 in katern Wissen
- ↑ Jacobson, M.Z., M.A. Delucchi, M.A. Cameron, and B.A. Frew, A low-cost solution to the grid reliability problem with 100% penetration of intermittent wind, water, and solar for all purposes, Proc. Nat. Acad. Sci., 112, doi: 10.1073/pnas.1510028112.