LOW←TECH MAGAZINE Nederlands

Hoe ontsnappen we uit het ijzeren tijdperk?

Wed, 03 Apr 2024 00:00:00 +0000

Afbeelding: Constructie van stalen wapening voor de betonnen fundering van een windturbine in Gilliam County, VS. Foto door Goose Chap, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Gevangen in het ijzeren tijdperk

In 1836 onderscheidde de Deense antiquair en conservator Christian Jürgensen Thomsen drie prehistorische tijdperken op basis van de dominante materialen die werden gebruikt voor wapens en snijwerktuigen: het stenen tijdperk, het bronzen tijdperk en het ijzeren tijdperk.¹ Thomsen’s classificatie verwijst naar het verleden, maar volgens zijn criteria zijn we nooit verder geëvolueerd dan het ijzeren tijdperk. Zelfs in de 21ste eeuw blijft ijzer het dominante materiaal, niet alleen voor wapens en snijwerktuigen, maar voor vrijwel elke moderne technologie.

We gebruiken nu het meeste ijzer in de vorm van staal. Volgens de criteria van Thomsen kunnen we echter niet spreken van een “Staaltijdperk”. Ten eerste is staal slechts een legering van ijzer (>98%) en koolstof (<2%). Ten tweede produceren mensen al staal sinds het begin van de IJzertijd. Dat is een weinig bekend feit in de westerse wereld, waar de staalproductie pas in de negentiende eeuw op gang kwam met fossiele brandstoffen. Aziatische en Afrikaanse metallurgisten ontwikkelden echter al veel eerder staal van hoge kwaliteit, en deze kennis stelde de Europeanen uiteindelijk in staat hetzelfde te doen - op veel grotere schaal.²

In 2021 bedroeg de wereldwijde ijzer- en staalproductie 1.950 miljoen ton (Mt). Dat is 22 keer meer dan de gecombineerde productie van aluminium en koper (88 Mt). De wereldwijde ijzer- en staalproductie komt overeen met vijf keer de wereldwijde productie van kunststoffen (391 Mt) en doet de wereldwijde productie van silicium (8,5 Mt) en lithium (0,1 Mt) in het niet vallen.³⁴ Staal is het fundamentele materiaal van industriële samenlevingen. Zonder kunststoffen, lithium of silicium leven we nog steeds in een industriële samenleving. Zonder ijzer en staal worden we 3000 jaar teruggeworpen in het Bronzen Tijdperk.

Waar is al dat staal?

De massale aanwezigheid van staal in de industriële samenleving is niet zo evident.⁵ Thuis vinden we verschillende stalen apparaten zoals de koelkast, wasmachine, waterkoker, badkuip en kook-, verwarmings- en koelapparatuur. Slechts 2-3% van de totale staalproductie eindigt echter in huishoudelijke apparaten.⁶⁷⁸ Buitenshuis is er veel staal in de vorm van voertuigen. Dit zijn vooral personenauto’s die ongeveer 10% van al het staal wereldwijd gebruiken (20% in rijke landen). Bussen, vrachtwagens, treinen en schepen voegen daar nog eens 4-5% aan toe. Bij elkaar is dat nog steeds minder dan 20% van de wereldwijde staalproductie.

Het meeste staal is ingebed in andere materialen, bevindt zich ondergronds of ver weg van woongebieden.

Het meeste staal is ingebed in andere materialen, bevindt zich ondergronds of ver weg van woongebieden. Meer dan de helft van de wereldwijde staalproductie gaat naar de bouw, waaronder gebouwen (residentieel, commercieel, industrieel) en infrastructuur (bruggen, tunnels, havens, kanalen, landingsbanen, booreilanden, raffinaderijen, pijpleidingen, elektriciteitscentrales, transmissielijnen, spoorwegen, enzovoort). Veel van dat staal is ingebed in beton. Gewapend beton is het belangrijkste bouwmateriaal ter wereld en beton is het enige materiaal dat de productie van staal kan evenaren (1.819 Mt in 2021).

Ongeveer 15% van de wereldwijde staalproductie dient om machines te maken, waaronder werktuigmachines, industriële apparatuur, elektrische hardware en machines voor de bouw, mijnbouw en landbouw. Zelfs producten gemaakt van andere materialen - zoals andere metalen, kunststoffen en hout - worden gemaakt met behulp van stalen gereedschappen.⁵ De resterende 15% van de staalproductie belandt in een verscheidenheid aan voorwerpen, van schroeven en voedselverpakkingen tot meubels en scheepscontainers.⁶⁷⁸.

Afbeelding: Gewapend beton is het belangrijkste bouwmateriaal ter wereld. Een gat in de Interstate 84, VS. Afbeelding door Tony George, Oregon Department of Transportation, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

De milieubelasting van de staalindustrie

Staal wordt vaak voorgesteld als een van de meest duurzame materialen. In tegenstelling tot kunststoffen kan staal gerecycleerd worden zonder kwaliteitsverlies. De staalindustrie heeft grote vooruitgang geboekt op het gebied van energie-efficiëntie, meer dan veel andere industrieën. Voor het maken van een ton ruw staal is nu gemiddeld ongeveer 20 gigajoule (GJ) primaire energie nodig - drie keer minder dan in 1950.⁹ Dit steekt zeer gunstig af bij andere materialen zoals aluminium (175 GJ/t), kunststoffen (80-120 GJ/t) of koper (45 GJ/t).⁷ In tegenstelling tot kunststoffen is staal een biologisch afbreekbaar materiaal.¹⁰ Tenslotte is er geen tekort aan ijzererts. Het maakt 5 procent van de aardkorst uit en is het vierde meest voorkomende element.¹¹ Ter vergelijking, koper maakt slechts 0,01% uit.⁵

Ondanks al deze voordelen verbruikt de wereldwijde ijzer- en staalindustrie meer energie en produceert ze meer koolstofemissies dan enige andere industrie. Het totale primaire energieverbruik van de productie van ruw staal bedroeg 39 exajoule (EJ) in 2021, wat overeenkomt met 7% van alle energie die in dat jaar wereldwijd werd gebruikt (595 EJ). De uitstoot van broeikasgassen is zelfs nog hoger omdat ongeveer 75% van het energieverbruik afkomstig is van steenkool - de brandstof met de hoogste koolstofuitstoot. In 2021 produceerde de ijzer- en staalindustrie 3,3 Gt aan koolstofemissies, ongeveer 9% van het wereldwijde totaal (36,3 Gt).¹² De betonindustrie volgt op de voet met 8%.

De ijzer- en staalindustrie verbruikt meer energie en produceert meer koolstofemissies dan enige andere industrie.

Bovenstaande schattingen zijn afkomstig van de World Steel Association en het Internationaal Energieagentschap. Deze gegevens zijn beschikbaar voor alle metalen en zijn gedocumenteerd over een lange periode, waardoor historische vergelijkingen mogelijk zijn. Ze hebben echter alleen betrekking op het smelten van het metaal. Ze omvatten niet het energieverbruik en de koolstofuitstoot voor de ontginning en het transport van ijzererts, steenkool, kalksteen, schroot en staalproducten. Ze omvatten ook niet de energie en emissies voor de productie van cokes en de ertsvoorbereiding - allemaal essentieel voor het staalproductieproces.⁷

Wetenschappelijke studies die de grenzen voor de ijzer- en staalindustrie ruimer hebben gesteld, concluderen dat de energiekosten van de staalproductie met 50% tot 100% toenemen.¹³ Eén rapport concludeert dat alleen al de methaanemissies van metallurgische kolenwinning de emissies met 27% kunnen doen toenemen. Een andere studie schat dat het vervoer van ijzererts en staal over zee 10-15% extra emissies met zich meebrengt.¹⁴¹⁵ De productie van ijzer en staal veroorzaakt ook andere milieuproblemen, zoals een hoog waterverbruik, de productie van vast afval en aanzienlijke lucht- en waterverontreiniging.

De CO₂-uitstoot van de ijzer- en staalindustrie is onverenigbaar met de huidige ambities om de netto koolstofuitstoot tegen 2050 te elimineren, en al helemaal niet omdat de staalproductie hoogstwaarschijnlijk nog verder zal groeien. De staalproductie is sinds 1950 vertienvoudigd en tussen 2000 en 2020 verdubbeld, een snellere groei dan veel onderzoekers hadden voorspeld.¹⁶ Bovendien zijn de efficiëntiewinsten afgenomen en bestaat er wetenschappelijke consensus dat de huidige technologieën hun thermodynamische grenzen hebben bereikt.⁷⁹¹⁷ De afgelopen twee decennia is het gemiddelde energieverbruik voor de productie van 1 ton staal rond de 20 GJ/t gebleven.⁹¹⁸.

Hoe maken we staal zonder fossiele brandstoffen?

Er zijn twee manieren om staal te maken, en de ene is veel duurzamer dan de andere.¹⁹ Aan de ene kant is er het oxystaalproces in de hoogoven, waarbij staal wordt gemaakt van ijzererts en kolen. Deze technologie is - in zijn essentiële vorm - 2000 jaar oud. Anderzijds is er de vlamboogoven, waarin staal wordt gemaakt van staalschroot en elektriciteit. De vlamboogoven, een relatief nieuwe technologie, verbruikt veel minder energie dan de hoogoven, maakt gebruik van een gerecycleerde bron (er hoeft geen ijzererts te worden gedolven) en werkt zonder direct gebruik van kolen of andere fossiele brandstoffen (de elektriciteit kan worden geleverd door zonne-, wind- of atoomenergie).

De meest energie-efficiënte vlamboogovens verbruiken nu minder dan 300 kilowattuur elektriciteit per ton geproduceerd staal.⁹²⁰ Hypothetisch: als we al het staal in 2021 (1.950 Mt) in dergelijke ovens hadden geproduceerd, zou het totale stroomverbruik van de wereldwijde ijzer- en staalindustrie slechts 585 terawattuur (Twh) zijn geweest. Dat komt overeen met een derde van alle elektriciteit die in hetzelfde jaar wereldwijd door windturbines wordt opgewekt (1.848 Twh). Helaas werd meer dan 70% van de wereldwijde staalproductie gemaakt in hoogovens die gevoed werden met kolen en ijzererts.⁹²⁰ Een hoogoven verbruikt twintig keer meer energie en kan niet door elektriciteit worden aangedreven omdat kolen zowel de brandstof als het chemische reductiemiddel zijn. De verbranding van steenkool produceert koolmonoxide dat het ijzer uit het erts reduceert.⁷

Niet genoeg schroot beschikbaar

De oplossing lijkt voor de hand te liggen: laten we al dat staal produceren in vlamboogovens. Dit is echter onmogelijk. Er is niet genoeg schroot beschikbaar: de voortdurende groei van de wereldwijde staalproductie maakt een circulaire stroom van grondstoffen onmogelijk.²¹ Het duurt tientallen jaren voordat het meeste staal beschikbaar komt voor recyclage. Er zit bijvoorbeeld 543 Mt staal opgeslagen in schepen.²² Het schroot dat beschikbaar is voor recyclage in 2021 komt overeen met het productieniveau van 1965, toen de wereldwijde staalproductie minder dan een kwart bedroeg van wat het nu is (450 Mt).⁹¹⁰¹⁵²³ Bijgevolg moet de andere driekwart geproduceerd worden in hoogovens met behulp van kolen en vers gedolven ijzererts.

Afbeelding: Auto's voor de sloop in de haven van Cardiff. Gareth James via Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.0).

Tegenwoordig produceert China ruwweg de helft van al het staal ter wereld en doet dat bijna uitsluitend (+90%) in hoogovens die steenkool en ijzererts gebruiken. Veel andere staalproducerende landen hebben een groter aandeel vlamboogovens. Het heeft echter weinig zin om met de vinger naar China te wijzen. Ten eerste hebben de VS en Europa sinds de jaren 2000 veel van hun industrieën overgebracht naar China, een trend die perfect overeenkomt met de groeiende staalproductie in dat land. Bovendien gebruikte China twintig tot veertig jaar geleden nauwelijks staal. Bijgevolg is er bijna geen schroot beschikbaar. China heeft geen andere keuze dan hoogovens te gebruiken.²⁴

Steeds betere staalsoorten

Een tweede obstakel is de voortdurende ontwikkeling van hoogwaardiger staalsoorten. Er zijn nu meer dan 2500 verschillende soorten staal met verschillende eigenschappen, zoals verhoogde stevigheid, tolerantie voor hoge temperaturen of corrosiebestendigheid.⁷⁹²³²⁵ Hoewel deze staalsoorten van hogere kwaliteit geproduceerd kunnen worden in vlamboogovens, worden ze niet gemaakt van schroot en verbruiken ze veel meer energie.

Staal dat beschikbaar is voor recyclage bestaat uit een mix van staalsoorten. Die mix is geschikt voor het maken van gewoon staal, maar niet voor hooggelegeerd staal, waarvoor schroot met vergelijkbare kwaliteiten nodig is. Dat schroot is echter niet beschikbaar. Roestvrij staal bijvoorbeeld, de meest geproduceerde speciale staalsoort, heeft een recyclagepercentage van slechts 15%. In 2021 werd bijna 60 Mt roestvrij staal geproduceerd, vergeleken met slechts 4 Mt in 1980.²⁶ Roestvrij staal werd traditioneel gebruikt in bestek, chirurgisch gereedschap en medische en voedselverwerkende apparatuur. Het wordt nu echter ook gebruikt in de bouw van tunnels en buitenmeubilair, afvalwaterbehandeling, ontzilting van zeewater, nucleaire techniek en de productie van biobrandstoffen.⁷

Het lage recyclagepercentage en de noodzaak om extra elementen zoals chroom en nikkel te winnen, maken de productie van hoogwaardige staalsoorten energie-intensiever. Voor de productie van roestvrij staal is bijvoorbeeld bijna 80 GJ per ton nodig, vier keer zoveel als voor de productie van gewoon staal.⁷²³ De voortdurende ontwikkeling van staal van hogere kwaliteit wordt gestimuleerd door milieuwetgeving (zoals het gebruik van lichter staal in auto’s) en door concurrentie van andere materialen, voornamelijk aluminium en kunststof composieten.⁷⁹²³²⁵ Ironisch genoeg maakt de concurrentie met deze materialen, die nog meer energie verbruiken, staal steeds minder duurzaam.

Staal en hernieuwbare energie

De staalindustrie is sterk afhankelijk van de energievoorziening, maar de energievoorziening is ook sterk afhankelijk van de staalindustrie. Bijna 10% van de wereldwijde staalproductie gaat naar de bouw en het onderhoud van de infrastructuur voor de energievoorziening. Dat komt overeen met de volledige staalproductie in 1950. Een groot deel van dat staal gaat naar gas- en olie-infrastructuur.²⁷. De productie en het transport van olie en gas vereisen staal voor offshore boorplatformen, pijpleidingen, raffinaderijen, tankers en opslagtanks. Kolenwinning is afhankelijk van staal voor snijders, laders, transportbanden, graafmachines en vrachtwagens.⁷

Helaas zullen de geplande omschakeling naar koolstofarme energiebronnen en de elektrificatie van verwarmings- en transporttechnologieën onze afhankelijkheid van de staalindustrie niet verminderen - integendeel. Een koolstofarm elektriciteitsnet vereist veel meer staal (en andere materialen) dan een infrastructuur op basis van fossiele brandstoffen. Wind- en zonne-energie zijn zeer diffuse energiebronnen in vergelijking met fossiele brandstoffen. Daarom zijn er veel meer materialen (en land) nodig om dezelfde energie te produceren. In jargon hebben wind- en zonne-energie een lage “vermogensdichtheid” of hoge “materiaalintensiteit”.²⁸²⁹³⁰³¹³²

Voor een koolstofarm elektriciteitsnet is veel meer staal nodig dan voor een infrastructuur op basis van fossiele brandstoffen.

De “staalintensiteit” van thermische gas- en kolencentrales ligt tussen de 50 en 60 ton staal per megawatt geïnstalleerd vermogen.³³ Waterkrachtcentrales hebben een lagere staalintensiteit, met 20-30 ton staal per MW.⁷³³ De staalintensiteit van atoomenergie is ook lager, tussen de 20 en 40 ton staal per geïnstalleerde MW. ³³³⁴ Aan de andere kant vereist zon-PV tussen de 40 en 170 ton staal per geïnstalleerde MW.³³³⁵ Hoewel er weinig of geen staal in de zonnepanelen zelf zit, is staal het materiaal bij uitstek voor de draagstructuren.

Staal en windenergie

De moderne windturbine is met voorsprong de meest staalintensieve energiebron. De staalintensiteit van een windturbine hangt af van de omvang. Een enkele, grote windturbine heeft aanzienlijk meer staal nodig per megawatt geïnstalleerd vermogen dan twee kleinere windturbines.³⁶ Zo vereist een 3,6 MW windturbine met een 100-meter hoge toren 335 ton staal (83 ton/MW), terwijl een 5 MW windturbine met een 150-meter hoge toren 875 ton staal nodig heeft (175 ton/MW).³⁷ De trend gaat in de richting van grotere windturbines en dus een hogere staalintensiteit.

Afbeelding: Stalen torens voor windturbines in de haven van Rotterdam. Foto: Melle Smets.

Het staalverbruik neemt verder toe voor offshore windturbines. Windturbines op land hebben een fundering van gewapend beton, maar offshore windturbines hebben massieve staalconstructies nodig zoals stalen palen en “jackets”.³⁸ De staalintensiteit voor offshore windturbines is berekend op ongeveer 450 ton per MW voor een turbine van 5 MW - acht keer hoger dan de staalintensiteit van een thermische elektriciteitscentrale.³⁶. Naarmate deze windturbines groter worden en in dieper water komen, neemt hun staalgebruik verder toe.

De populairste offshore windturbines hebben tegenwoordig een vermogen van 7 MW, terwijl de grootsten een vermogen hebben van 14 MW.³⁶ Als we een conservatieve schatting maken op basis van bovenstaande gegevens (de staalintensiteit verdubbelt voor elke verdubbeling van het vermogen), zou een 14 MW offshore windturbine 1.300 ton staal per MW nodig hebben, of 18.200 ton in totaal. Zo’n windturbine verbruikt dus 24 keer meer staal dan een kolen- of gascentrale met hetzelfde vermogen.

Kortere levensduur

Het verschil tussen hernieuwbare energiebronnen en fossiele brandstoffen wordt nog groter als de staalintensiteit wordt berekend per eenheid energie in plaats van vermogen (megawattuur in plaats van megawatt). In tegenstelling tot kolen- en gascentrales is de output van wind- en zonne-energiecentrales afhankelijk van het weer en produceren ze niet altijd hun maximale vermogen. Daarom vereist de vervanging van 1 MW fossiele elektriciteitsopwekkingscapaciteit de installatie van (gemiddeld) 4 MW zonne-energie of 2 MW windenergie.³⁹ Een 14 MW offshore windturbine heeft dus een staalintensiteit die bijna 50 keer hoger is dan een fossiele elektriciteitscentrale voor elke kilowattuur geproduceerde elektriciteit.⁴⁰

Een 14 MW offshore windturbine heeft voor elke kilowattuur geproduceerde elektriciteit bijna 50 keer meer staal nodig dan een elektriciteitscentrale op fossiele brandstoffen.

Zonne- en windenergiecentrales hebben ook een kortere levensduur (20-30 jaar) in vergelijking met thermische energiecentrales (30-60 jaar).³¹ Hoewel dit geen invloed heeft op de staalintensiteit per MW geïnstalleerd vermogen, verhoogt het wel de staalintensiteit per eenheid geproduceerde energie in de loop van de tijd. Dat leidt niet altijd tot een verdubbeling van het staalgebruik, omdat funderingen voor offshore windturbines en structuren voor zonnepanelen een langere levensduur kunnen hebben dan de energiebronnen die ze dragen en dus hergebruikt kunnen worden.⁴¹

Infrastructuur voor elektriciteitstransmissie

Bovenstaande gegevens hebben alleen betrekking op het staal dat in de energiecentrales zelf wordt gebruikt. Voor energiecentrales op fossiele brandstoffen omvatten ze niet het staal dat wordt gebruikt in de pijpleidingen, boorplatforms, kolengraafmachines en dergelijke. Hetzelfde geldt echter voor hernieuwbare energiebronnen. Omdat ze veel meer grondstoffen nodig hebben dan thermische krachtcentrales (staal, maar ook andere metalen en materialen), zijn ze afhankelijk van een wereldwijde mijnbouw- en transportinfrastructuur die net zo staalintensief is als de toeleveringsketen voor fossiele brandstoffen.

Omdat het bovendien diffusere energiebronnen zijn met een onregelmatige en onvoorspelbare energieproductie, die zich vaak ver van de energieverbruikscentra bevinden, stimuleren hernieuwbare energiecentrales de uitbreiding van de transmissie-infrastructuur. Die infrastructuur is ook gebaseerd op staal - van schakelapparatuur over hoogspanningsmasten tot stroomkabels.²⁸²⁹³⁰³¹³²⁴².

Tot slot hebben koolstofarme elektriciteitscentrales ook een grote nood aan speciale staalsoorten, waarvan de productie energie-intensiever is. Staal voor offshore-windturbines moet bestand zijn tegen corrosie, en roestvrij staal wordt steeds meer gebruikt voor draagconstructies voor zonnepanelen.⁴³ Elektrisch laminaatstaal (ijzer-silicium) is onmisbaar voor transformatoren in het elektriciteitsnet.⁷ Kerncentrales hebben weliswaar een relatief lage staalintensiteit, maar zijn volledig opgebouwd uit energie-intensief speciaal staal. Voor de bekleding van splijtstofelementen is bijvoorbeeld zirkoniumstaal nodig, terwijl alle structurele elementen worden gemaakt van austenitisch roestvrij staal.⁷⁴⁴

Koolstofarm elektriciteitsnet kan niet worden gemaakt van gerecycleerd staal

De hoge staalintensiteit van koolstofarme energiebronnen confronteert ons met een zogenaamde “catch-22”, een situatie waarin er geen ontsnapping aan een probleem lijkt te zijn, wat we ook doen. We hebben veel meer staal nodig als we thermische energiecentrales vervangen door hernieuwbare bronnen. Omdat er niet genoeg staalschroot beschikbaar is, kunnen we dat extra staal alleen maken van ijzererts in hoogovens die fossiele brandstoffen verbranden. Om de klimaatverandering aan te pakken, moeten we snel en massaal koolstofarme krachtcentrales bouwen. Maar om circulaire materiaalstromen te bereiken en koolstofarme energiebronnen uit schroot en hernieuwbare elektriciteit te bouwen, zouden we het tegenovergestelde moeten doen: de ontwikkeling van een koolstofarm elektriciteitsnet vertragen.

Afbeelding: Stalen funderingen voor offshore windturbines. Foto door Glen Wallace, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

Een vaak geciteerde studie uit 2013 concludeerde dat als wind- en zonne-energie 25.000 Twh aan elektriciteit zouden leveren - wat overeenkomt met de totale wereldwijde vraag naar elektriciteit in 2021 - we ongeveer 3.200 Mt staal nodig hebben om alleen al de energiecentrales te bouwen.³³⁴⁵ De wereldwijde vraag naar elektriciteit zal naar verwachting groeien tot 52.000 tot 71.000 terawattuur in 2050, wat de extra vraag naar staal zou doen toenemen tot 6.400 tot 8.960 Mt. ⁴⁶ Uitgespreid over de levensduur van zonnepanelen en windturbines (25 jaar), zouden we bijgevolg 256 tot 358 Mt extra staal per jaar moeten produceren om windturbines en zonnepaneelstructuren te maken - vergelijkbaar met de staalvraag voor personenauto’s (195 Mt) en andere transportmodi (98 Mt) samen.

Dat is nog steeds een zeer optimistische schatting. De vraag naar elektriciteit maakt slechts ongeveer 20% uit van de totale vraag naar energie. Als de totale vraag naar energie (177.000 terawattuur in 2021) geleverd zou worden door wind- en zonne-energie, zouden we 22.400 Mt staal nodig hebben. Dat is 896 Mt extra staal per jaar - evenveel als de wereldwijde productie aan het begin van de jaren 2000. Je zou kunnen aanvoeren dat elektriciteit efficiënter kan worden gebruikt dan fossiele brandstoffen, bijvoorbeeld in auto’s en verwarmingssystemen. Tegelijkertijd wordt echter verwacht dat de totale vraag naar energie verder zal stijgen, waardoor de winst van de toegenomen energie-efficiëntie teniet wordt gedaan.

De hightech oplossingen

De staalindustrie rekent op technologische oplossingen om de staalproductie koolstofneutraal te maken. Eén optie is om kolen te vervangen door gas, een aanpak die al gebruikelijk is in het Midden-Oosten en Noord-Amerika. Staalproductie op basis van gas resulteert in iets lagere koolstofemissies, maar die zijn nog steeds veel hoger dan bij de vlamboogoven. Daarom gaat de meeste aandacht uit naar waterstof, dat gezuiverde steenkool (cokes) kan vervangen als chemisch reductiemiddel.⁴⁷ Op waterstof gebaseerde staalproductie biedt echter geen uitweg uit de catch-22, omdat het de behoefte aan een staalintensieve infrastructuur verder vergroot.

De productie van waterstof is energie-intensief. Het kost 50-55 kilowattuur om 1 kg waterstof te maken en 60 kg waterstof om 1 ton staal te maken.⁴⁷ De productie van 1 ton staal uit waterstof verbruikt dus 3000 kWh elektriciteit, wat tien keer zoveel is als het elektriciteitsverbruik van een vlamboogoven die staal maakt uit schroot. Voor staalproductie op basis van waterstof zijn dus ruwweg tien keer zoveel windturbines en zonnepanelen nodig als voor staalproductie op basis van schroot - en dus tien keer zoveel staal. Daarbij komt nog het staal voor de bouw van de pijpleidingen en opslagtanks die deel uitmaken van de waterstofinfrastructuur.

Afbeelding: Arbeider in een hoogoven. Bundesarchiv, B 145 Bild-F079044-0020 / CC-BY-SA 3.0.

Koolstofafvang en -opslag, waarbij de koolstofemissies van staalfabrieken worden afgevangen en vervolgens ondergronds worden opgeslagen, kampt met dezelfde problemen. Het vereist een staalinfrastructuur en extra energie, waardoor het gebruik van fossiele brandstoffen indirect toeneemt. Terugkeren naar oudere, pre-industriële staalproductieprocessen is ook niet de oplossing. De hoogoven van vandaag is in wezen nog steeds de hoogoven uit vroeger eeuwen, alleen veel energie-efficiënter.⁷

De lowtech oplossingen

Het hierboven geschetste beeld lijkt weinig hoop te bieden voor koolstofneutrale staalproductie en elektriciteitsopwekking. Er is echter een lowtech oplossing die dit zou kunnen bereiken. We zouden de staalproductie kunnen aanpassen aan de beschikbare hoeveelheid en kwaliteit van het schroot. Op die manier zouden we al het staal uit schroot kunnen produceren in vlamboogovens, waardoor het energieverbruik drastisch zou dalen en bijna alle koolstofemissies zouden verdwijnen. Natuurlijk moet het niet de bedoeling zijn om staal te vervangen door plastic composieten en aluminium, omdat de productie daarvan nog energie-intensiever is. De enige oplossing is om het materiaalgebruik in het algemeen te verminderen.

We kunnen onze staalproductie aanpassen aan de beschikbare hoeveelheid en kwaliteit van het schroot.

Het verlagen van de staalproductie en het gebruik van meer gangbare staalsoorten zou ons niet terugbrengen naar het Bronzen Tijdperk. Zoals vermeld kwam er in 2021 wereldwijd ongeveer 450 miljoen ton ferroschroot beschikbaar, waarmee we ruwweg een kwart van de huidige staalproductie zouden kunnen produceren. Bovendien zal het schrootaanbod de komende 40 jaar blijven stijgen, waardoor we elk jaar meer staal zouden kunnen produceren. Tegen 2050 zal de beschikbaarheid van schroot naar verwachting groeien tot ongeveer 900 Mt, bijna de helft van de huidige wereldwijde staalproductie. ⁴⁸ Al dat extra staal zou geïnvesteerd kunnen worden in de uitbreiding van het koolstofarme elektriciteitsnet zonder eerst de emissies te verhogen.

Er is veel ruimte om de staalintensiteit van de moderne samenleving te verminderen. Al onze basisbehoeften - en nog veel meer - zouden kunnen worden vervuld met veel minder staal. We zouden bijvoorbeeld auto’s lichter kunnen maken door ze kleiner te maken. Dat zou energiebesparingen opleveren zonder de behoefte aan energie-intensief hoogwaardig staal. We zouden auto’s kunnen vervangen door fietsen en openbaar vervoer, zodat meer mensen minder staal delen. Zulke veranderingen zouden ook de behoefte aan staal in het wegennet, de energie-infrastructuur en de verwerkende industrie verminderen. We zouden minder werktuigmachines, zeecontainers en gebouwen van gewapend beton nodig hebben. Telkens wanneer de staalintensiteit afneemt, werken de voordelen door in het hele systeem. Het voorkomen van corrosie en het meer lokaal produceren van staal zouden ook het energieverbruik en de uitstoot verminderen.¹⁰¹⁴

Het is de voortdurende groei van de staalproductie - de toenemende staalintensiteit van de moderne samenleving - die duurzame staalproductie onmogelijk maakt. Geen enkele technologie kan dat veranderen omdat het geen technologisch probleem is. Net zoals bosbouw alleen duurzaam kan zijn als de vraag naar hout niet groter is dan het aanbod, is staal al dan niet duurzaam afhankelijk van de balans tussen (schroot)aanbod en (staal)vraag. We kunnen misschien niet ontsnappen aan de ijzertijd, maar we hebben wel een optie om te ontsnappen aan de catch-22 die staalproductie onlosmakelijk verbindt met fossiele brandstoffen.⁴⁹

Thomsen, Christian Jürgensen. “Cursory View of the Monuments and Antiquities of the North.” Guide to Northern Archaeology by the Royal Society of Northern Antiquaries of Copenhagen (1848): 25-104. See also: Eskildsen, Kasper Risbjerg. “Christian Jürgensen Thomsen (1788–1865): Comparing Prehistoric Antiquities.” History of Humanities 4.2 (2019): 263-267. And: Briggs, C. Stephen. “From Genesis to Prehistory: the archaeological Three Age System and its contested reception in Denmark, Britain, and Ireland. By Peter Rowley-Conwy. 226mm. Pp xix+ 362, 55 b&w ills. Oxford: Oxford University Press, 2007. ISBN 9780199227747.£ 65 (hbk).” The Antiquaries Journal 88 (2008): 474-478. ↩︎
Artikel in ontwikkeling, Kris De Decker, Low-tech Magazine. ↩︎
Idoine, N. E., et al. “World mineral production 2017-21.” (2023). https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/534316/1/WMP_2017_2021_FINAL.pdf ↩︎
Katz-Lavigne, Sarah, Saumya Pandey, and Bert Suykens. “Mapping global sand: extraction, research and policy options.” (2022). https://repository.uantwerpen.be/docman/irua/1428b3/183490cc.pdf ↩︎
Colás, Rafael, and George E. Totten, eds. Encyclopedia of iron, steel, and their alloys (Online version). CRC Press, 2016. ↩︎ ↩︎ ↩︎
https://www.steelonthenet.com/consumption.html. Ondertussen zijn de data op deze pagina geactualiseerd voor 2023. ↩︎ ↩︎
Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Steel in buildings and infrastructure”, World steel association. https://worldsteel.org/steel-topics/steel-markets/buildings-and-infrastructure/ ↩︎ ↩︎
Conejo, Alberto N., Jean-Pierre Birat, and Abhishek Dutta. “A review of the current environmental challenges of the steel industry and its value chain.” Journal of environmental management 259 (2020): 109782. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Tussen 25 en 33% van de jaarlijkse staalproductie roest weg. Zie: Iannuzzi, M., and G. S. Frankel. “The carbon footprint of steel corrosion.” npj Materials Degradation 6.1 (2022): 101. https://www.nature.com/articles/s41529-022-00318-1.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Iron”, Encyclopedia Britannica ↩︎
The potential of hydrogen for decarbonising steel production. European Parliament: https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2020/641552/EPRS_BRI(2020)641552_EN.pdf ↩︎
Lenzen, Manfred, and Christopher Dey. “Truncation error in embodied energy analyses of basic iron and steel products.” Energy 25.6 (2000): 577-585. & Oda, Junichiro, et al. “International comparisons of energy efficiency in power, steel, and cement industries.” Energy Policy 44 (2012): 118-129. Both found in: Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
“Pedal to the metal”, Caitlin Swalec, Global Energy Monitor, June 2022. https://globalenergymonitor.org/wp-content/uploads/2022/06/GEM_SteelPlants2022.pdf ↩︎ ↩︎
Yellishetty, Mohan, P. G. Ranjith, and A. Tharumarajah. “Iron ore and steel production trends and material flows in the world: Is this really sustainable?.” Resources, conservation and recycling 54.12 (2010): 1084-1094. ↩︎ ↩︎
Zie, bijvoorbeeld: Hatayama, Hiroki, et al. “Outlook of the world steel cycle based on the stock and flow dynamics.” Environmental science & technology 44.16 (2010): 6457-6463. In deze studie wordt voorspeld dat de vraag naar staal pas rond 2025 1,8 miljard ton zal bedragen. ↩︎
De Beer, Jeroen. Potential for industrial energy-efficiency improvement in the long term. Vol. 5. Springer Science & Business Media, 2013. ↩︎
Wang, R. Q., et al. “Energy saving technologies and mass-thermal network optimization for decarbonized iron and steel industry: A review.” Journal of Cleaner Production 274 (2020): 122997. ↩︎
Ongeveer 5% van het wereldwijde staal wordt geproduceerd met een derde methode: directe ijzerreductie op basis van gas. Deze ovens gebruiken gas in plaats van kolen en hebben daardoor een lagere koolstofuitstoot. De uitstoot is echter nog steeds veel hoger dan bij de vlamboogoven. Staalproductie op basis van gas vindt voornamelijk plaats in het Midden-Oosten en Noord-Amerika. ↩︎
He, Kun, and Li Wang. “A review of energy use and energy-efficient technologies for the iron and steel industry.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 70 (2017): 1022-1039. This source gives a value of 1-1.5 GJ/ton of crude steel. ↩︎ ↩︎
Dit geldt ook voor veel andere materialen. Zie: “Ook circulaire economie pleegt roofbouw op de planeet”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, November 2018. https://qelnixcor.cloud/nl/2018/11/how-circular-is-the-circular-economy/ ↩︎
Kong, Xianghui, et al. “Steel stocks and flows of global merchant fleets as material base of international trade from 1980 to 2050.” Global Environmental Change 73 (2022): 102493. ↩︎
ODPADKA, PROIZVODNJA JEKLA IZ JEKLENEGA. “Scrap-based steel production and recycling of steel.” Materiali in tehnologije 34.6 (2000): 387. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
In het Westen vond de uitbreiding van het staalgebruik plaats over een periode van 150 jaar, gelijk opgaand met de technologische evolutie. China daarentegen heeft deze technologische evolutie in slechts enkele decennia samengeperst: scheepvaart en spoorwegen, elektrificatie, stalen gebouwen, de auto en het vliegtuig, het internet en hernieuwbare energieproductie. Er zijn nog grote delen van de wereld waar de staalintensiteit van de samenleving erg laag is, zoals India en Afrika. Er is dus nog veel ruimte voor groei van de staalproductie. Bron: Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
AHHS Application Guidelines, WorldAutoSteel. ahssinsights.org/news/intro ↩︎ ↩︎
Sverdrup, Harald Ulrik, and Anna Hulda Olafsdottir. “Assessing the long-term global sustainability of the production and supply for stainless steel.” BioPhysical Economics and Resource Quality 4 (2019): 1-29. ↩︎
Conseil, Laplace. “Impacts of energy market developments on the steel industry.” 74th Session of the OECD Steel Committee, Paris, France (2013). Found in: Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
Deetman, Sebastiaan, et al. “Projected material requirements for the global electricity infrastructure–generation, transmission and storage.” Resources, Conservation and Recycling 164 (2021): 105200. ↩︎ ↩︎
Hoe duurzaam is een duurzaam elektriciteitsnet?, Kris De Decker, Low-tech Magazine, September 2017. https://qelnixcor.cloud/nl/2017/09/how-not-to-run-a-modern-society-on-solar-and-wind-power-alone/ ↩︎ ↩︎
Kleijn, René, et al. “Metal requirements of low-carbon power generation.” Energy 36.9 (2011): 5640-5648. ↩︎ ↩︎
Weißbach, Daniel, et al. “Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants.” Energy 52 (2013): 210-221. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Chen, Zhenyang, Rene Kleijn, and Hai Xiang Lin. “Metal requirements for building electrical grid systems of global wind power and utility-scale solar photovoltaic until 2050.” Environmental Science & Technology 57.2 (2022): 1080-1091. ↩︎ ↩︎
Vidal, Olivier, Bruno Goffé, and Nicholas Arndt. “Metals for a low-carbon society.” Nature Geoscience 6.11 (2013): 894-896. The data are in the supplementary info: https://www.nature.com/articles/ngeo1993#Sec5 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Energy”, American Iron and Steel Institute. https://www.steel.org/steel-markets/energy/ ↩︎
“Steel is the power behind renewable energy”, Arcelor Mittal. https://constructalia.arcelormittal.com/en/news_center/articles/steel-is-the-power-behind-renewable-energy#:~:text=Steel%3A%20a%20key%20material%20in%20a%20less%20carbon%2Dintensive%20world&text=Without%20steel%2C%20none%20of%20the,Schrijver%2C%20CEO%20of%20ArcelorMittal%20Projects. ↩︎
Topham, Eva, et al. “Recycling offshore wind farms at decommissioning stage.” Energy policy 129 (2019): 698-709. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Gervásio, Helena, et al. “Comparative life cycle assessment of tubular wind towers and foundations–Part 2: Life cycle analysis.” Engineering structures 74 (2014): 292-299. & Rebelo, Carlos, et al. “Comparative life cycle assessment of tubular wind towers and foundations–Part 1: Structural design.” Engineering structures 74 (2014): 283-291. ↩︎
Assessing the significance of steel to the global wind industry, S&P Global, Commodity Insights. December 2021. https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/ci/research-analysis/assessing-the-significance-of-steel-to-the-global-wind-industry.html ↩︎
Bolson, Natanael, Pedro Prieto, and Tadeusz Patzek. “Capacity factors for electrical power generation from renewable and nonrenewable sources.” Proceedings of the National Academy of Sciences 119.52 (2022): e2205429119. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2205429119 ↩︎
This result corresponds well with Vidal, Olivier, Bruno Goffé, and Nicholas Arndt. “Metals for a low-carbon society.” Nature Geoscience 6.11 (2013): 894-896. The data are in the supplementary info: https://www.nature.com/articles/ngeo1993#Sec5 ↩︎
Voor offshore windturbines wordt de levensduur van de funderingen geschat op 100 jaar, dus in principe zouden ze kunnen dienen voor vervangende windturbines van dezelfde grootte. Aan de andere kant is het niet vanzelfsprekend dat deze stalen funderingen uiteindelijk worden gerecycleerd. Ten eerste kan slechts ongeveer 10% van de ontmantelingskosten worden terugverdiend door het metaal te recycleren, wat betekent dat het economisch en misschien zelfs energetisch niet interessant is om het te doen. Ten tweede is in sommige gevallen het zeeleven rond de funderingen tot bloei gekomen. De vier offshore windparken die (tot 2019) werden ontmanteld, gingen 15, 18, 20 en 26 jaar mee. Bron: Topham, Eva, et al. “Recycling offshore wind farms at decommissioning stage.” Energy policy 129 (2019): 698-709. ↩︎
https://www.fedsteel.com/insights/steels-role-in-the-us-power-infrastructure/ ↩︎
https://industry.arcelormittal.com/products-solutions/Products_in_the_spotlight/magnelis ↩︎
Maziasz, Philip J., and Jeremy T. Busby. Properties of austenitic stainless steels for nuclear reactor applications. Oak Ridge National Lab.(ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 2012. ↩︎
Een deel hiervan is al gebouwd. De onderzoekers gaan uit van de zonne- en windenergieproductie in 2013, die 400 Twh bedroeg, terwijl beide energiebronnen in 2021 2.894 Twh produceerden. ↩︎
Electricity consumption worldwide from 2000 to 2022, with a forecast for 2030 and 2050, by scenario. Statista. https://www.statista.com/statistics/1426308/electricity-consumption-worldwide-forecast-by-scenario/#:~:text=According%20to%20a%20recent%20forecast,on%20the%20energy%20transition%20scenario ↩︎
Bhaskar, Abhinav, et al. “Decarbonizing primary steel production: Techno-economic assessment of a hydrogen based green steel production plant in Norway.” Journal of Cleaner Production 350 (2022): 131339. ↩︎ ↩︎
Scrap use in the steel industry, World Steel Association. May 2021. https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-on-scrap_2021.pdf ↩︎
Een andere motivatie om de staalintensiteit van de moderne samenleving te verminderen is om de gevolgen van geopolitieke conflicten te beperken. Hoe meer staal we produceren voor vreedzame doeleinden, hoe meer staal er beschikbaar komt voor oorlog en vernietiging. Opmerkelijk genoeg komt de productie van militair materieel niet voor in de moderne staalstatistieken, en als deze al wordt genoemd, is het aandeel ervan erg laag. In tijden van oorlog schakelen staalfabrieken echter over op de productie van staal voor militaire doeleinden. De staalindustrie kan dus op elk moment worden omgevormd tot een wapenindustrie en er is nu veel meer staalproductiecapaciteit beschikbaar dan er ooit in de geschiedenis is geweest. ↩︎

Workshop in Rotterdam: Bouw een fietsgenerator

Wed, 04 Oct 2023 00:00:00 +0000

Afbeelding: Low-tech Magazine in Rotterdam. Poster: Marie Verdeil. Image: Sara Vercauteren

De workshop vindt plaats in opdracht van het “Huis van de Toekomst”, een spinoff van het Human Power Plant project. Daarmee onderzoeken Low-tech Magazine en kunstenaar Melle Smets de energievraag door een focus op menskracht.

Op 10 oktober houdt het Huis van de Toekomst een open dag, waarbij iedereen welkom is. Het Huis van de Toekomst zal de komende jaren het scenario “Buurt op menskracht” van de Human Power Plant tot leven wekken in Bospolder-Tussendijken, Rotterdam.

Aangezien deze gemeenschap grotendeels op menskracht zal draaien, zijn er spierkrachtcentrales nodig. Low-tech Magazine organiseert daarom een open workshop waarbij we een volledige werkende fietsgenerator bouwen op basis van een tweedehands spinfiets.

We monteren een generator op de fiets, bouwen een controlepaneel en passen apparaten aan om ze op laagspanning te doen werken. Deze fietsgenerator wordt specifiek ontworpen als energiebron voor de gemeenschappelijke werkplaats.

Programma:

Dinsdag 10 oktober (14h-18h): Open dag Huis van de Toekomst
Woensdag 11 oktober (15h-17h): introductie workshop
Donderdag 12 oktober (10h-17h): workshop
Vrijdag 13 oktober (14h-19h): workshop
Zaterdag 14 oktober (14h-17h): workshop

De toegang is gratis. Voor deelname: loop gewoon binnen (Jan Kobellstraat 56a, Rotterdam) of stuur een mail naar contact [apestaartje] huisvandetoekomst [punt] org.

Er zijn de hele week activiteiten in het kader van het BoTu Energie(k) Festival.

Illustratie: Toekomstvisie van het huizenblok op menskracht in Rotterdam. Tekening: Melle Smets.

Boerderij op Menskracht

Tue, 03 Oct 2023 00:00:00 +0000

Het is 2050 en de Nederlandse landbouw is volledig klimaatneutraal. De mechanisering is teruggedraaid, er werken weer meer mensen op het veld, boederijen zijn opnieuw kleiner geworden. Technologische innovatie heeft er voor gezorgd dat het werk op de boerderij een stuk comfortabeler, ergonomischer, veiliger en efficiënter kan.

Steeds minder boeren

Gedurende het grootste deel van de geschiedenis draaide de landbouw grotendeels op menskracht. Vanaf de neolitische revolutie (ongeveer 10.000 jaar geleden) tot aan het begin van de Industriële Revolutie werkte meer dan 75% van de globale beroepsbevolking in de landbouw. Sinds de negentiende eeuw werd dat aandeel steeds kleiner. Het daalde tot 51% in 1970 en tot 27% in 2020, toen wereldwijd ongeveer 1 miljard mensen op het land werkte. ¹²

Er waren echter grote regionale verschillen. In 2018 was slechts 5,9% van de Europese beroepsbevolking en 1,7% van de Noord-Amerikaanse beroepsbevolking werkzaam in de landbouw, terwijl dat aandeel in minder geïndustrialiseerde landen veel hoger lag: bijna 26% in Azië en meer dan 53% in Afrika. Ook binnen Europa waren er grote verschillen. Nederland was in 2020 wereldwijd koploper op het vlak van mechanisering, met slechts 1,2% van de beroepsbevolking werkzaam in de landbouw – minder dan 125.000 mensen op een totaal van ongeveer 10 miljoen.

Steeds meer machines en fossiele brandstoffen

Een belangrijke reden voor het dalende aandeel landbouwers in de beroepsbevolking was mechanisering. ²³⁴ Taken die eeuwenlang manueel of met lastdieren werden uitgevoerd, werden in de moderne tijd steeds vaker afgehandeld met behulp van machines en fossiele brandstoffen.

Zo daalde het aandeel menselijke arbeid in de landbouw globaal met 9,5% tussen 1971 en 2017, terwijl het gebruik van fossiele brandstoffen toenam met 38%. In Nederland was de opmars van fossiele brandstoffen in de voedselproductie nog opmerkelijker: het energieverbruik steeg met 400% tussen 1950 en 2020.

De mechanisering in de landbouw ging samen met een trend naar steeds grotere boerderijen. Het gebruik van machines kostte veel startkapitaal, waardoor boeren steeds afhankelijker werden van banken en gedwongen werden om steeds grootschaliger te produceren – voor een karig inkomen.

Afbeelding: De boeren zijn boos. Foto: Melle Smets.

Begin jaren 2020 werd duidelijk dat deze evoluties enorme maatschappelijke kosten veroorzaakten. Een grootschalige, op fossiele brandstoffen draaiende landbouw was niet compatibel met het terugdringen van emissies om de klimaatverandering tegen te gaan.

Bovendien had de Nederlandse voedselproductie een nadelige invloed op het milieu en de gezondheid door vervuiling met stikstof en toxische chemicaliën, afkomstig van chemische gewasbescherming. Bodemerosie en afnemende biodiversiteit bedreigden het voortbestaan van de landbouw op langere termijn. Tot overmaat van ramp kon Nederland ondanks alle technologie niet in de eigen voedselproductie voorzien. Het grootste deel van de Nederlandse landbouwopbrengst (75%) was bestemd voor uitvoer, en tegelijk werd heel veel voedsel ingevoerd.

Stijging arbeidsproductiviteit is wassen neus

Het was niet eenvoudig om de Nederlandse landbouw een andere richting uit te sturen. Lange tijd leefde het idee dat er zonder grootschalige technologie niet voldoende voedsel kon worden geteeld. Door de inzet van fossiele brandstoffen en machines kon er in 2020 ongeveer 17% meer voedsel op een hectare worden geteeld dan in 1950. De arbeidsproductiviteit – het aantal hectare dat 1 persoon kan bewerken – nam zelfs toe met 73%.

Gaandeweg groeide echter het inzicht dat de technologie en de schaalvergroting die hiervoor verantwoordelijk waren, ook indirecte arbeid en landgebruik met zich meebrachten, vaak buiten de Nederlandse grenzen. [4] Het gaat dan om het verbouwen van veevoer, het ontginnen van materialen, het produceren van landbouwmachines, kunstmest, bestrijdingsmiddelen, antibiotica, enzovoort.

Afbeelding: Boerderij op menskracht, tentoongesteld op "Kunst van hier tot ginder". Foto: Melle Smets.

Toen deze indirecte input mee in rekening werd gebracht, bleek dat de arbeidsproductiviteit en de opbrengst per hectare nauwelijks waren toegenomen. Het enige voordeel van de grootschalige mechanisering was dat er minder Nederlanders op het veld werkten. Het was tijd voor een fundamentele omslag in het landbouwbeleid. Die kwam er uiteindelijk in 2027, toen boerenprotesten in Den Haag uitmondden in grootschalige vernielingen en de aanval op de toenmalige minister van Landbouw.

Minder machines, meer menskracht

In het nieuwe landbouwbeleid werden de belangrijkste trends van de afgelopen decennia omgedraaid. Er werd opnieuw meer menskracht (en dierkracht) ingezet, en minder machines. Boerderijen werden weer kleiner, en Nederland begon in de eerste plaats voor eigen consumptie voedsel te telen. De ommekeer in het landbouwbeleid was echter geen terugkeer naar het verleden. Er werden veel nieuwe machines en gereedschappen ontwikkeld. Innovatie was niet langer exclusief gericht op het verminderen van de arbeidskrachten. De nadruk van de technologische ontwikkeling lag nu op het aangenamer, efficiënter, ergonomischer, gezonder en veiliger inzetten van menskracht. ⁴

Voor de komst van de mechanisering was werken in de landbouw flink zwoegen. ⁵ Veel manuele handelingen waren niet ergonomisch en maakten dat mensen al op relatief jonge leeftijd met veel lichamelijke problemen kampten. Bijvoorbeeld manueel onkruid wieden of graan oogsten met een sikkel impliceert dat de landbouwer zowat de hele dag in een gebogen positie staat, vaak met zware rugklachten als gevolg.

Dankzij het gebruik van lichte voertuigen met ligbedden, voortbewogen door een zonnepaneel en een elektrische motor, kon onkruid worden gewied zonder rugklachten. Graan oogsten met een zeis in plaats van een sikkel had een vergelijkbaar effect. ⁶ In 2030 werden 10.000 Nederlanders opgeleid in het kundig hanteren van de zeis, die enige vaardigheid vereist. Gaandeweg werden ook steeds meer ossen en werkpaarden ingezet.

Afbeelding: Boerderij op menskracht, detail. Tekening: Melle Smets.

Een belangrijke ontdekking tijdens deze periode was dat grootschalige landbouwmachines helemaal niet zo energie-efficiënt waren als gedacht als ook de input van energie in rekening wordt gebracht. Zo leverde een vergelijking tussen vijftien historische en moderne technieken voor het oogsten van graan de conclusie op dat slim ontwikkelde manuele oplossingen vijf keer energie-efficiënter zijn dan ouderwetse manuele technieken. ⁶ Grootschalige, op fossiele brandstoffen draaiende machines bleken slechts 1,75 keer efficiënter te zijn. Vooral op pedaalkracht werkende machines voor het bewerken van landbouwgewassen kunnen veel menskracht besparen, omdat ze de menselijke energieproductie met een factor drie tot vier verhogen.

Ten gevolge van deze ontwikkelingen blijft de toename van het aantal werkkrachten in de Nederlandse landbouw in 2050 beperkt tot zo’n anderhalf miljoen mensen – ongeveer 15% van de beroepsbevolking. De grotere nood aan arbeidskrachten tijdens het oogstseizoen wordt opgelost door tijdelijk een groter deel van de bevolking in te schakelen, die in de late zomer een aantal weken of maanden op het land kamperen.

Vooral de beruchte oogstfeesten die daarbij horen, maken dat er tot nog toe geen enkel probleem is om voldoende tijdelijk arbeidskrachten te vinden. Veel groenten en fruit worden geteeld in moestuinen, waar zowat elke Nederlander zonder morren wel een aantal uur per week spendeert. Vooral de sociale contacten worden geapprecieerd – eenzaamheid is niet langer een probleem in ons land.

Minder vlees, meer peulvruchten

De landbouw verduurzamen impliceerde ook een ander dieet. De veestapel is grotendeels geliquideerd en het aandeel van vlees in het dieet is met 80% verminderd. De varkens en koeien die zijn overgebleven, eten (respectievelijk) voedselafval en gras, en niet langer graan of soja. De vleesproductie verder terugdringen blijkt ongewenst omdat varkens en koeien goede mest leveren. ⁷ Wel zijn de meeste koeien nu ossen – gecastreerde stieren – omdat die niet alleen mest en vlees leveren maar ook als lastdier worden ingezet. Nu er steeds meer werkpaarden worden gefokt – een vaardigheid die in 2020 nagenoeg verdwenen was – is het aantal melkkoeien nog verder gedaald. Kaas en boter zijn dus niet langer typische Nederlandse producten. ⁵

Als basisvoedsel wordt ingezet op de productie van aardappelen, noten, groenten en peulvruchten. Peulvruchten zijn bijzonder rijk aan proteïnen en vormden gedurende het grootste deel van de geschiedenis het basisvoedsel in de landbouw. Ze zijn erg voedzaam, makkelijk te kweken, hebben geen bemesting nodig, verbeteren de vruchtbaarheid van de grond, en bevorderen de natuurlijke biodiversiteit. ⁸ Het is pas sinds de vorming van grote staten dat graan de rol van peulvruchten overnam. ⁹

Afbeelding: Boerderij op menskracht, detail. Tekening: Melle Smets.

Het nieuwe landbouwbeleid in Nederland zet met name in op de productie van tempeh, een gefermenteerd product dat oorspronkelijk uit Indonesië komt. Verse tempeh heeft een smeuïge vleessmaak en kan uit de meeste peulvruchten worden gemaakt. Het bereidingsproces kost weinig energie – de lagetemperatuurwarmte wordt deels geleverd door warmte uit mesthopen.

De verwarmde kassenteelt is volledige verdwenen. De meeste groenten en fruit worden nu in moestuinen geproduceerd. Het was al lang bekend dat de productiviteit van moestuinen hoger is dan die van de landbouw, omdat er meer aandacht aan de gewassen wordt besteed. ¹⁰¹¹ Bovendien worden er nu veel meer variëteiten geteeld, zodat het voedselaanbod een stuk diverser is geworden. Groenten- en fruitsoorten moeten niet langer geschikt zijn om een mechanische behandeling en transport te ondergaan. Met de schaalverkleining en de verandering in het dieet verdween ook de nood aan een koudeketen voor de bewaring van voedsel. Seizoensgebonden groenten worden vers geplukt of op het land zelf bewaard, en het resterende vee wandelt via veedreven zelf naar de markt.

Minder stad, meer platteland

Het nieuwe landbouwsysteem en de transitie naar een duurzame samenleving op menskracht heeft Nederland ingrijpend veranderd. Alle grote steden hebben inwoners verloren en hier en daar beginnen stadsdelen te verkommeren tot ruïnes. Het is slecht boeren en tuinieren op de vervuilde gronden van de Randstad en daarbij is een deel economische activiteit uit de steden verdwenen. Veel mensen zijn weer naar het platteland verhuisd. De dorpen zijn weer groter geworden en de Nederlandse bevolking leeft meer verspreid dan voorheen. Dat maakt ook autonome energieproductie een stuk eenvoudiger.

Afbeelding: Kaart van Nederland in 2050.

Anno 2050 zijn de natuurreservaten in Nederland volledig verdwenen. Die dateren uit een tijd toen de mens het idee had boven de natuur te staan. Sinds de verduurzaming van de landbouw is het besef gegroeid dat mens en natuur niet langer van elkaar gescheiden moeten worden. Menselijke ingrepen hebben de natuurlijke biodiversiteit zelfs bevorderd. Zo heeft het aanleggen van hakhoutplantages tot een explosie van vlindersoorten geleid. De kweek van peulvruchten betekende een boost voor de bijenpopulaties. Met het afbouwen van de veestapel en het stopzetten van chemische gewasbestrijding zijn ook de waterlopen weer zuiver geworden.

Dit scenario werd bedacht voor kunstfietsroute Kunst van hier tot ginder, 10 tot 11 juni 2023. Lokatie Windmolen, Bokkelerweg, Wesepe.

Human Power Plant: Scenario 4 de boerderij op menskracht
Tekst: Kris De Decker
Tekening: Melle Smets
Ontwerp kaart: Arvand Pourabbasi, Golnar Abassi

Tentoongesteld op Kunst van Hier tot Ginder.

Mogelijk gemaakt door Kunstenlab

Meer toekomstscenario’s op de website Human Power Plant.

Grigg, David B. “The World’s Agricultural Labour Force 1800-1970.” Geography (1975): 194-202. ↩︎
Nag, P. K., and L. P. Gite. Human-Centered Agriculture: Ergonomics and Human Factors Applied. Springer Nature, 2020. ↩︎ ↩︎
Rasmussen, Wayne D. “The mechanization of agriculture.” Scientific American 247.3 (1982): 76-89. ↩︎
Smit, Meino. De duurzaamheid van de Nederlandse landbouw: 1950–2015–2040. Diss. Wageningen University and Research, 2018. ↩︎ ↩︎
Scholliers, Peter. “Geschiedenis van de techniek in Nederland. De wording van een moderne samenleving 1800-1890. Deel I. Techniek en modernisering. Landbouw en voeding.” Revue belge de Philologie et d’Histoire 74.3 (1996): 1028-1029. ↩︎ ↩︎
Franco, Walter, and Matteo De Piccoli. “Intermediate agricultural machines energy efficiency: the example of harvesting and threshing.” Advances in Italian Mechanism Science: Proceedings of the 3rd International Conference of IFToMM Italy 3. Springer International Publishing, 2021. ↩︎ ↩︎
Fairlie, Simon. Meat: A benign extravagance. Chelsea green publishing, 2010. ↩︎
Ferreira, Helena, Elisabete Pinto, and Marta W. Vasconcelos. “Legumes as a cornerstone of the transition toward more sustainable agri-food systems and diets in Europe.” Frontiers in Sustainable Food Systems 5 (2021): 694121. ↩︎
Scott, James C. Against the grain: A deep history of the earliest states. Yale University Press, 2017. ↩︎
Crouch, David, and Colin Ward. The allotment: its landscape and culture. Faber and Faber, 1988. ↩︎
Kropotkin, Petr Alekseevich, and Colin Ward. Fields, factories and workshops tomorrow. London: Allen & Unwin, 1974. ↩︎