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. ↩︎

Kan het licht even uit? Naar een nieuwe definitie van energiezekerheid

Sun, 09 Dec 2018 00:00:00 +0000

Het is onmogelijk om een constante voorraad aan te houden van iets dat eindig is. Foto: [Camilla MP](https://www.flickr.com/photos/dieknochenblume/8454004839/in/photolist-nJrNa3-z9St6d-vicpX8-bjNYMa-CNWajb-PKUbFu-8TqWZX-qzaoch-r3Gb3J-28jYUV3-p3gMD1-snwVj-2chyArN-4ehCVH-cWuLz-dT3Z78-pnFKK9-5qGDSP-hxU2d7-24uoKVs-f7CoCe-93ZqZQ-jPMVaK-T4yoN-4HiX59-97Kq68-23hFdSw-jE59uD-9aFpr7-68DbEo-NvymKZ-335BtT-8RtT65-a6Jut4-nt2zNy-qrkSGP-HPM9ee-bcdyA2-5Fy731-FGSpvq-eqKSpH-8jGFmq-qcFSw4-6USSog-dJEYby-jk3JQ2-7BMzWV-jetX2F-hLnHJy-5SHzAW).

Naarmate een samenleving voor haar dagelijks functioneren meer afhankelijk is van energiebronnen, wordt zij kwetsbaarder als de energievoorziening wordt onderbroken. Dit voor de hand liggende feit wordt genegeerd in de huidige strategieën om energiezekerheid te bereiken, waardoor ze contraproductief zijn.

Wat is energiezekerheid?

Wat betekent het voor een samenleving om “energiezekerheid” te hebben? Hoewel er meer dan veertig verschillende definities van het begrip bestaan, hebben die allemaal het fundamentele criterium gemeen dat het energieaanbod altijd aan de energievraag moet voldoen. Dit houdt ook in dat de energievoorziening constant moet zijn - er mogen geen onderbrekingen zijn in de dienstverlening. ¹²³⁴

Zo definieert het Internationaal Energieagentschap (IEA) energiezekerheid als “de ononderbroken beschikbaarheid van energiebronnen tegen een betaalbare prijs”. Het Amerikaanse Ministerie van Energie en Klimaatverandering (DECC) definieert het begrip als “de risico’s van onderbreking van de energievoorziening zijn gering”. De EU heeft het over “een stabiele en overvloedige energievoorziening”. ⁵⁶⁷

Historisch gezien werd energiezekerheid bereikt door de toegang tot bossen of veengebieden veilig te stellen voor thermische energie, en tot menselijke, dierlijke, wind- of waterkrachtbronnen voor mechanische energie. Met de komst van de industriële revolutie werd de energiezekerheid afhankelijk van de aanvoer van fossiele brandstoffen.

Als theoretisch concept houdt energiezekerheid het nauwst verband met de oliecrisissen van de jaren 1970, toen door embargo’s en prijsmanipulaties de olietoevoer naar de westerse landen werd beperkt. Als gevolg daarvan leggen de meeste geïndustrialiseerde samenlevingen nog steeds olievoorraden aan die overeenkomen met enkele maanden verbruik.

Hoewel olie voor industriële economieën nog steeds even essentieel is als in de jaren zeventig, vooral voor vervoer en landbouw, wordt nu erkend dat energiezekerheid in moderne samenlevingen ook afhangt van andere infrastructuren, zoals die voor de levering van gas, elektriciteit en recenter ook data.

Bovendien zijn deze infrastructuren in toenemende mate onderling verbonden en afhankelijk van elkaar. Gas is bijvoorbeeld een belangrijke brandstof voor de elektriciteitsproductie, terwijl het elektriciteitsnet nodig is om gaspijpleidingen te laten werken. Stroomnetwerken zijn nodig om datanetwerken te laten functioneren, en datanetwerken zijn nu nodig om stroomnetwerken te laten functioneren.

Stroomnetten zijn nodig om datanetwerken te laten werken, en datanetwerken zijn nodig om stroomnetten te laten werken.

Dit artikel onderzoekt het concept van energiezekerheid door te focussen op het elektriciteitsnet, dat even essentieel is geworden voor industriële samenlevingen als olie. Bovendien wordt elektrificatie gezien als een manier om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen - denk aan elektrische voertuigen, warmtepompen en windturbines.

De “veiligheid” of “betrouwbaarheid” van een elektriciteitsnet kan nauwkeurig worden gemeten aan de hand van continuïteitsindicatoren zoals de “Loss-of-Load Probability” (LOLP), en de “System Average Interruption Duration Index” (SAIDI). Uit deze indicatoren kan alleen maar worden geconcludeerd dat de elektriciteitsnetten in industriële samenlevingen zeer betrouwbaar zijn.

In Duitsland bijvoorbeeld is stroom gedurende 99,996% van de tijd beschikbaar, wat overeenkomt met een onderbreking van minder dan een half uur per klant per jaar. ⁸ Zelfs de slechtst presterende landen in Europa (Letland, Polen, Litouwen) hebben een voorzieningstekort van slechts acht uur per klant per jaar, wat overeenkomt met een betrouwbaarheid van 99,90%. ⁸ Het Amerikaanse elektriciteitsnet zit tussen deze waarden in, met onderbrekingen in de bevoorrading van minder dan vier uur per klant per jaar (99,96% betrouwbaarheid). ⁹

Hoe betrouwbaar is een netwerk voor hernieuwbare energie?

Bij de huidige werking van infrastructuren is het paradigma dat consumenten toegang kunnen en moeten hebben tot zoveel elektriciteit, gas, olie, data of water als ze willen, wanneer ze het willen, zolang ze het willen. De enige vereiste is dat zij de rekening betalen. Wat de energiesector betreft, is deze visie op energiezekerheid om verschillende redenen problematisch.

Ten eerste zijn de meeste energiebronnen waaruit elektriciteit wordt gemaakt eindig - en het is onmogelijk om een constante aanvoer te handhaven van iets dat eindig is. Op de lange termijn is de strategie om de energievoorziening veilig te stellen gedoemd te mislukken. Op kortere termijn kan zij het klimaat verstoren en gewapende conflicten uitlokken.

Het Internationaal Energieagentschap (IEA), dat werd opgericht na de eerste oliecrisis in het begin van de jaren zeventig, moedigt het gebruik van hernieuwbare energiebronnen aan om de energievoorziening te diversifiëren en de energiezekerheid op lange termijn te verbeteren. Een systeem van hernieuwbare energie is niet afhankelijk van de invoer van buitenlandse energie en is evenmin kwetsbaar voor manipulaties van de brandstofprijzen - de grootste zorgen in een energie-infrastructuur die grotendeels op fossiele brandstoffen is gebaseerd.

Natuurlijk hebben zonnepanelen en windturbines een beperkte levensduur en moeten ze worden geproduceerd, waarvoor ook grondstoffen nodig zijn die uit het buitenland kunnen komen of die uitgeput kunnen raken. Maar zodra ze geïnstalleerd zijn, zijn systemen voor hernieuwbare energie “betrouwbaar” op een manier en voor een periode die fossiele brandstoffen (en atoomenergie) niet zijn.

Hernieuwbare energiebronnen vormen fundamentele uitdagingen voor het huidige begrip van energiezekerheid

Voorts bieden zonne- en windenergie meer zekerheid wat fysieke defecten of sabotage betreft, des te meer wanneer de productie van hernieuwbare energie gedecentraliseerd is. Hernieuwbare energiecentrales hebben ook een lagere CO2-uitstoot, en de extreme weersomstandigheden ten gevolge van de klimaatverandering vormen eveneens een risico voor de energiezekerheid.

Ondanks al deze voordelen vormen hernieuwbare energiebronnen echter fundamentele uitdagingen voor het huidige begrip van energiezekerheid. Het belangrijkste is dat de hernieuwbare energiebronnen met het grootste potentieel - zon en wind - afhankelijk zijn van het weer en de seizoenen. Dit betekent dat zonne- en windenergie niet voldoen aan het criterium dat in alle definities van energiezekerheid als essentieel wordt beschouwd: de behoefte aan een ononderbroken, onbeperkte toevoer van stroom.

Foto: [Eduard Bezembinder](https://www.flickr.com/photos/bezembinder/3560945758/in/photolist-6qEM7w-7urQui-iSeKZ-8VjqeD-dUgKQ-e4ybCy-eke2Zk-ekeCdc-eke4NV-qBE1z-6Dfw5n-68EJKh-ekk6Rs-qBE2V-NqkS-oWp8Du-psYQc1-pCDop-5JSFFH-9fr321-oguPbE-6pZ6MT-dZ9YLx-vhpHJb-3oeLdu-69J2h1-7hatWp-d26CpQ-27dVzAC-5BEpZz-sUBfz-7B8zeq-HkygG-bHhG5R-2UoYjD-bRCZnx-o1e2oL-4LcBmy-69vhwD-ekz9ec-bLqreV-5jtvAp-2GUCLK-GpCny7-s36gn-dy6aBU-8moRHP-8rrRxd-5BJJyC-8KdmGR).

De betrouwbaarheid van een elektriciteitsnet met een hoog aandeel zonne- en windenergie zou aanzienlijk lager zijn dan de huidige normen voor continuïteit van de dienstverlening. ¹⁰¹¹¹²¹³¹⁴ In een dergelijk hernieuwbaar elektriciteitsnet kan een 24/7 elektriciteitsvoorziening alleen tegen zeer hoge kosten worden gehandhaafd, omdat daarvoor een uitgebreide infrastructuur voor energieopslag, elektriciteitstransmissie en overtollige opwekkingscapaciteit nodig is.

Deze extra infrastructuur dreigt een hernieuwbaar elektriciteitsnet contraproductief te maken, omdat boven een bepaalde drempel de fossiele energie die nodig is voor het bouwen, installeren en onderhouden van deze infrastructuur hoger wordt dan de fossiele energie die wordt bespaard door de zonnepanelen en de windturbines.

Hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon hebben ook voordelen die in de huidige definities van energiezekerheid niet aan bod komen

Een wisselend energieaanbod is niet het enige nadeel van hernieuwbare energiebronnen. Hoewel veel media en milieuorganisaties een beeld hebben geschetst van zonne- en windenergie als overvloedige energiebronnen (“De zon levert in een uur meer energie aan de aarde dan de wereld in een jaar verbruikt”), is de werkelijkheid complexer.

Het aanbod van zonne- (en windenergie) is inderdaad enorm. Maar om deze energie in een bruikbare vorm om te zetten, vereisen zonnepanelen en windturbines door hun zeer lage vermogensdichtheid veel meer ruimte en materialen in vergelijking met thermische energiecentrales - zelfs als de winning en distributie van fossiele brandstoffen wordt meegerekend. ¹⁵ Daarom kan een netwerk voor hernieuwbare energie niet garanderen dat de consumenten toegang hebben tot zoveel elektriciteit als zij willen, zelfs als de weersomstandigheden optimaal zijn.

Hoe betrouwbaar is een autonoom stroomsysteem?

Het huidige energiebeleid met betrekking tot elektriciteit probeert drie doelstellingen met elkaar te verzoenen: een ononderbroken en onbeperkte stroomvoorziening, betaalbaarheid van de elektriciteitsprijzen, en milieuduurzaamheid.

Een elektriciteitsnet dat hoofdzakelijk gebaseerd is op fossiele brandstoffen en atoomenergie kan de doelstelling van milieuduurzaamheid niet verwezenlijken, en het kan de andere doelstellingen alleen verwezenlijken zolang buitenlandse leveranciers de leveringen niet stopzetten of de energieprijzen niet verhogen (of zolang de nationale of internationale reserves niet uitgeput raken).

Een netwerk voor hernieuwbare energie kan deze drie doelstellingen echter evenmin met elkaar verzoenen. Om een onbeperkte 24/7 stroomvoorziening te bereiken, moet de infrastructuur overgedimensioneerd zijn, wat contraproductief werkt. Zonder die infrastructuur zou een netwerk voor hernieuwbare energie betaalbaar en duurzaam kunnen zijn, maar het zou nooit een onbeperkte 24/7-levering van energie kunnen bieden.

Als we dus een betaalbare en duurzame energie-infrastructuur willen, moeten we het concept energiezekerheid herdefiniëren - en het criterium van een onbeperkte en ononderbroken energievoorziening in vraag stellen.

Als we verder kijken dan de typische grootschalige centrale infrastructuren in industriële samenlevingen, wordt het duidelijk dat niet alle voorzieningssystemen een onbeperkte toevoer van hulpbronnen bieden. Microgeneratie - de lokale productie en opslag van elektriciteit met behulp van batterijen en fotovoltaïsche panelen - is hiervan een voorbeeld.

In principe kunnen off-the-grid-systemen zo worden gedimensioneerd dat zij het aanbod altijd kan voldoen aan de vraag. Dit kan gebeuren door de “slechtste-maand-methode” te volgen, waarbij de opwekkings- en opslagcapaciteit zo wordt overgedimensioneerd dat het aanbod zelfs tijdens de kortste en donkerste dagen van het jaar aan de vraag kan voldoen.

Het op elk moment afstemmen van het aanbod op de vraag maakt een autonoom systeem zeer duur, vooral in een klimaat met een hoog seizoensgebonden karakter

Maar net als in een denkbeeldig grootschalig hernieuwbaar elektriciteitsnet maakt het afstemmen van het aanbod op de vraag op elk moment een off-the-grid systeem zeer duur, vooral in een klimaat met een hoog seizoensgebonden karakter. ¹⁶¹⁷¹⁸ Daarom worden de meeste off-the-grid systemen gedimensioneerd volgens een methode die streeft naar een compromis tussen betrouwbaarheid, economische kosten en duurzaamheid. De “loss-of-load probability sizing method” specificeert een aantal dagen per jaar dat het aanbod niet overeenkomt met de vraag. ¹⁹²⁰²¹ Met andere woorden, de dimensionering van het systeem is niet alleen gebaseerd op de verwachte energiebehoefte, maar ook op het beschikbare budget en/of de beschikbare ruimte.

Beeld: [Stephen Yang / The Solutions Project](https://www.flickr.com/photos/149368236@N06/33068752693/in/photolist-Sob15v-bBnpyx-keyKG-cuaVX3-nuP1zk-U2eVh7-cuaWEf-pskKMf-cuaswE-p27cJW-cu9SQu-cuaMky-mCLFCt-ajiCfB-4AFrsp-943usV-TyoqrN-pu9HK-erKVcJ-aYHgDT-7zrUXc-tQv77b-6xot6g-baF4gg-Xjymka-qHgAkg-ii2jys-9eD7tj-9fJDFi-Ge2Mn-guUowg-amvdKB-cvDZ15-79wfLn-c6XjSS-ddFjjF-9KYuQV-8Zp8z6-guV3wK-9P1nHp-q5c2cz-9RCRVu-cD8w4d-9YDNzC-7ehy1e-4obYkG-8tkNMS-cvDZru-4obYtN-23Aqhr).

Het op deze manier dimensioneren van een autonoom energiesysteem levert aanzienlijke kostenbesparingen op, zelfs als de “betrouwbaarheid” maar een klein beetje afneemt. Een berekening voor een off-the-grid huis in Spanje laat bijvoorbeeld zien dat het verlagen van de betrouwbaarheid van 99,75% naar 99,00% een kostenreductie van 60% oplevert, met vergelijkbare voordelen voor duurzaamheid. De levering zou 87,6 uur per jaar worden onderbroken, vergeleken met 22 uur in het systeem met de hogere betrouwbaarheid. ¹⁶

Volgens het huidige begrip van energiezekerheid zijn off-the-grid energiesystemen die op deze manier zijn gedimensioneerd een mislukking: het energieaanbod voldoet niet altijd aan de energievraag. De gebruikers van die systemen lijken echter niet te klagen over een gebrek aan energiezekerheid, integendeel. Daar is een eenvoudige reden voor: ze passen hun energievraag aan een beperkt en wisselend stroomaanbod aan.

In het boek Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life (2015) documenteren Phillip Vannini en Jonathan Taggart hun reis door Canada waarbij ze de leden van ongeveer 100 off-the-grid huishoudens interviewen. ²² Hun belangrijkste observaties zijn dat deze mensen over het algemeen minder elektriciteit gebruiken, en dat ze routinematig hun energievraag aanpassen aan het weer en de seizoenen.

De gebruikers van autonome energiesystemen gebruiken over het algemeen minder elektriciteit en passen hun energiebehoefte aan het weer en de seizoenen aan.

Wasmachines, stofzuigers, elektrisch gereedschap, broodroosters of videogameconsoles worden bijvoorbeeld helemaal niet gebruikt, of ze worden alleen gebruikt tijdens perioden van overvloedige energie, wanneer de batterijen vol zijn. Als het bewolkt is, passen off-gridders hun gedrag aan om minder stroom te verbruiken en wat meer over te houden voor de volgende dag.

Vannini en Taggart merken ook op dat vrijwillige off-gridders tevreden lijken te zijn met niveaus van verlichting of verwarming die afwijken van de normen die velen in de westerse wereld nu evident vinden. Vaak uit zich dat in het concentreren van activiteiten rond meer lokale warmte- en lichtbronnen. ²²

Vergelijkbare waarnemingen kunnen worden gedaan op plaatsen waar mensen - onvrijwillig - afhankelijk zijn van infrastructuren die niet altijd werken. Als er in minder geïndustrialiseerde landen gecentraliseerde water-, elektriciteits- en datanetwerken aanwezig zijn, worden deze vaak gekenmerkt door regelmatige en onregelmatige onderbrekingen in de toevoer. ²³²⁴²⁵ Ondanks de zeer geringe betrouwbaarheid van deze infrastructuren - volgens de gangbare indicatoren van continuïteit - gaat het leven echter gewoon door.

De dagelijkse gang van zaken in het huishouden wordt bepaald door onderbrekingen van de voorziening, die worden geaccepteerd als onderdeel van het leven. Als elektriciteit, water of internet bijvoorbeeld alleen op bepaalde tijdstippen van de dag beschikbaar zijn, worden de huishoudelijke taken of andere activiteiten dienovereenkomstig gepland. Mensen gebruiken ook minder energie in het algemeen: de infrastructuur laat eenvoudigweg geen levensstijl toe die veel energie verbruikt. ²³

Meer betrouwbaarheid, minder zekerheid?

De zeer hoge “betrouwbaarheid” van de elektriciteitsnetten in industriële samenlevingen wordt gerechtvaardigd door de berekening van de “Value of Lost Load” (VOLL), waarbij het financiële verlies als gevolg van stroomtekorten wordt afgezet tegen de extra investeringskosten om deze tekorten te vermijden. ¹¹⁰²⁶²⁷²⁸²⁹ Deze waarde is echter sterk afhankelijk van de wijze waarop de samenleving is georganiseerd. Hoe meer zij afhankelijk is van elektriciteit, hoe hoger de financiële verliezen als gevolg van stroomtekorten zullen zijn.

In de huidige definities van energiezekerheid worden vraag en aanbod los van elkaar gezien, en ligt de nadruk bijna volledig op het veiligstellen van de energievoorziening (het aanbod). Alternatieve vormen van energie-infrastructuur zoals hierboven beschreven laten echter zien dat mensen zich aanpassen en hun verwachtingen afstemmen op een stroomvoorziening die beperkt is en niet altijd werkt. Met andere woorden, de energiezekerheid kan niet alleen worden verbeterd door de betrouwbaarheid van het aanbod te vergroten, maar ook door de afhankelijkheid van energie te verminderen.

Beeld: Opslagterminal voor aardgas. [Jason Woodhead](https://www.flickr.com/photos/woodhead/7150825737/in/photolist-bTTRmV-85JomL-jysSQn-fw7gTZ-5Jkm2T-eDueWy-ohYc4x-fFxZCm-eD8VG8-eDfhqy-8pCnxZ-qPTdqx-22WNtVf-fFybmb-fFxRVG-fFyhCf-mGNU1p-24mDPG2-8efS2s-fFguSX-nN4pMi-fFgpjT-6br69i-hVGdgU-9DSQQ5-cDwVt-EqVP-dp7vJX-fwmwQh-oHAfHH-fFy6QS-fFgvS8-aaCofJ-fFxW5L-agEkAL-eDfonE-fFgrrn-eD9m9a-PLLffy-fFggcX-fFgka6-nRdzs-fFgwFH-88JrU8-nN4epz-2atchc9-nN523B-24mDNL4-2atciAb-GFzRM).

Vraag en aanbod zijn ook in 24/7-elektriciteitssystemen met elkaar verbonden en beïnvloeden elkaar wederzijds - maar met het tegenovergestelde effect. Net zoals “onbetrouwbare” elektriciteitsinfrastructuren een levensstijl in de hand werken die minder afhankelijk is van elektriciteit, bevorderen “betrouwbare” infrastructuren een levensstijl die steeds afhankelijker wordt van elektriciteit.

Industriële samenlevingen met “betrouwbare” elektriciteitsnetten zijn in feite het zwakst en het meest kwetsbaar bij onderbrekingen in de toevoer.

In hun boek uit 2018, Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies, betogen Olivier Coutard en Elizabeth Shove dat een onbeperkte en ononderbroken stroomvoorziening mensen in industriële samenlevingen in staat heeft gesteld een veelheid aan stroomafhankelijke technologieën te gebruiken - zoals wasmachines, airconditioners, koelkasten, automatische deuren of 24/7 mobiele internettoegang - die “normaal” zijn geworden en centraal staan in het dagelijks leven.

Tegelijkertijd zijn alternatieve manieren om dingen te doen - zoals kleren wassen met de hand, voedsel bewaren zonder elektriciteit, koel blijven zonder airconditioning, of navigeren en communiceren zonder mobiele telefoons - vergeten, of bezig te verdwijnen. ³⁰

Het gevolg is dat de energiezekerheid in feite groter is in off-the-grid energiesystemen en “onbetrouwbare” centrale energie-infrastructuren, terwijl de industriële samenlevingen het zwakst en het kwetsbaarst zijn bij onderbrekingen van de voorziening. Wat algemeen wordt aangenomen als een bewijs van energiezekerheid - een onbeperkte en ononderbroken stroomvoorziening - maakt industriële samenlevingen juist kwetsbaarder voor onderbrekingen in de voorziening. Het ontbreekt de mensen steeds meer aan de vaardigheden en de technologie om te kunnen functioneren zonder een continue stroomvoorziening.

Een nieuwe definitie van energiezekerheid

Om tot een nauwkeuriger definitie van energiezekerheid te komen, moet het concept anders worden gedefinieerd. Niet in termen van kilowattuur elektriciteit, maar in termen van energiediensten, sociale praktijken, of basisbehoeften. ¹ Mensen hebben op zichzelf geen elektriciteit nodig. Wat zij nodig hebben, is manieren om voedsel te bewaren, kleding te wassen, deuren te openen en sluiten, met elkaar te communiceren, zich van de ene plaats naar de andere te begeven, te zien in het donker, enzovoort. Al deze dingen kunnen worden bereikt met of zonder elektriciteit, en in het eerste geval met meer of minder elektriciteit.

Op deze manier gedefinieerd gaat energiezekerheid niet alleen over het veiligstellen van de elektriciteitsvoorziening, maar ook over het verbeteren van de veerkracht van de samenleving, zodat die minder afhankelijk wordt van een continue stroomtoevoer.

Dit omvat de veerkracht van mensen (hebben zij de vaardigheden om dingen te doen zonder elektriciteit?), de veerkracht van apparaten en technologische systemen (kunnen zij omgaan met een wisselende stroomvoorziening?), en de veerkracht van instellingen (is het legaal om een elektriciteitsnet te exploiteren dat niet altijd werkt?). Afhankelijk van de veerkracht van de samenleving kan een onderbreking van de stroomvoorziening al dan niet leiden tot een onderbreking van energiediensten of sociale praktijken.

Hoewel ons voedseldistributiesysteem bijvoorbeeld afhankelijk is van een koudeketen die een continue stroomtoevoer vereist, zijn er tal van alternatieven. We zouden koelkasten kunnen aanpassen aan een onregelmatige stroomvoorziening door ze veel beter te isoleren, we zouden koelkelders (die voedsel vers houden zonder elektriciteit) opnieuw kunnen introduceren, of we zouden oudere methoden van voedselopslag, zoals fermentatie, kunnen stimuleren.

We zouden ook de vaardigheden van mensen op het gebied van vers koken kunnen verbeteren, we zouden kunnen overschakelen op diëten die gebaseerd zijn op ingrediënten die niet gekoeld hoeven te worden bewaard, en we zouden mensen kunnen aanmoedigen om dagelijkse boodschappen te doen in de buurt in plaats van een wekelijkse rit naar de grote supermarkt.

Om de energiezekerheid te verbeteren, moeten we de infrastructuur minder betrouwbaar maken.

Als we de energiezekerheid op een meer holistische manier bekijken, waarbij we rekening houden met zowel vraag als aanbod, wordt het snel duidelijk dat de energiezekerheid in industriële samenlevingen blijft verslechteren. We blijven steeds meer taken delegeren aan machines, computers en grootschalige infrastructuren, waardoor onze afhankelijkheid van elektriciteit alleen maar toeneemt.

Bovendien wordt het internet net zo essentieel als het elektriciteitsnet, en trends zoals cloud computing, het Internet of Things en genetwerkte auto’s zijn allemaal gebaseerd op verschillende onderling verbonden lagen van continu werkende infrastructuren.

Een in onbruik geraakte hoogspanningslijn. [Miura Paulison](https://www.flickr.com/photos/paulisson_miura/10318768955/in/photolist-gHQovz-kCLi9r-82pqq6-f4539G-6i3Aih-5m5G9b-6RkZvr-6V6k85-2b9wdNP-4DvxJx-WfvmJT-5CGLgF-5C1ojh-eANWrM-kjDG4Z-9QKWz-DnnTH9-ntvKWL-82sxbf-UssMS3-deJRBD-d6qh1S-5C1ooU-tkcYLj-MpbqCB-84zF9u-5CM5d7-5CM51J-82ppX6-a1H2sr-Rd9o59-a1LEed-6W3He9-VCD56X-bg3vgT-5BW5CT-82sxDb-2b1hTxi-6hpZ1g-8d19tj-qm9Cy-cgpx3-gszM15-eANtbt-MpbCWK-98h2dj-7HyrGe-5md8aD-d9fLdq-2cyGoSv).

Omdat vraag en aanbod elkaar beïnvloeden, komen we tot een contra-intuïtieve conclusie: om de energiezekerheid te verbeteren, moeten we het elektriciteitsnet minder betrouwbaar maken. Dit zou veerkracht en substitutie aanmoedigen, en zo industriële samenlevingen minder kwetsbaar maken voor onderbrekingen in de voorziening.

Coutard en Shove stellen dat “het zinvol zou zijn meer aandacht te besteden aan innovatiekansen die ontstaan wanneer grote netwerksystemen worden verzwakt en verlaten, of wanneer ze minder betrouwbaar worden”. Zij voegen daaraan toe dat de ervaringen van vrijwillige off-gridders “enig inzicht verschaffen in de soorten configuraties waar het om gaat”. ³⁰

Pleiten voor een minder betrouwbare stroomvoorziening zal zeker controversieel zijn. “Het licht laten branden” is een uitdrukking die vaak wordt gebruikt om energiehervormingen te rechtvaardigen, zoals het bouwen van meer atoomcentrales, of het in bedrijf houden van deze centrales na hun geplande levensduur.

Om echte energiezekerheid te bereiken zou “het licht laten branden” vervangen moeten worden door uitdrukkingen als “een aantal lichten laten branden”, “welke lichten kunnen we nu uitdoen?”, of “wat is er mis met een beetje meer donker?”. ³¹

Uiteraard zou een minder betrouwbare energievoorziening fundamentele veranderingen in routines en technologieën.

Dit artikel is oorspronkelijk geschreven voor het UK Demand Centre.

Winzer, Christian. “Conceptualizing energy security.” Energy policy 46 (2012): 36-48. https://www.repository.cam.ac.uk/bitstream/handle/1810/242060/cwpe1151.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎ ↩︎ ↩︎
Sovacool, Benjamin K., and Ishani Mukherjee. “Conceptualizing and measuring energy security: A synthesized approach.” Energy 36.8 (2011): 5343-5355. https://relooney.com/NS4053-Energy/00-Energy-Security_1.pdf ↩︎
Kruyt, Bert, et al. “Indicators for energy security.” Energy policy37.6 (2009): 2166-2181. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421509000883 ↩︎
Cherp, Aleh, and Jessica Jewell. “The concept of energy security: Beyond the four As.” Energy Policy 75 (2014): 415-421. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421514004960 ↩︎
Energy security, International Energy Agency. https://www.iea.org/topics/energysecurity/ ↩︎
Lucas, Javier Noel Valdés, Gonzalo Escribano Francés, and Enrique San Martín González. “Energy security and renewable energy deployment in the EU: Liaisons Dangereuses or Virtuous Circle?.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 62 (2016): 1032-1046. https://www.researchgate.net/profile/Javier_Valdes4/publication/303361228_Energy_security_and_renewable_energy_deployment_in_the_EU_Liaisons_Dangereuses_or_Virtuous_Circle/links/5a536f45458515e7b72eab26/Energy-security-and-renewable-energy-deployment-in-the-EU-Liaisons-Dangereuses-or-Virtuous-Circle.pdf ↩︎
Strambo, Claudia, Måns Nilsson, and André Månsson. “Coherent or inconsistent? Assessing energy security and climate policy interaction within the European Union.” Energy Research & Social Science 8 (2015): 1-12. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221462961500047X ↩︎
CEER Benchmarking Report 6.1 on the Continuity of Electricity and Gas Supply. Data update 2015/2016. Ref: C18-EQS-86-03. 26-July-2018. Council of European Energy Regulators. https://www.ceer.eu/documents/104400/-/-/963153e6-2f42-78eb-22a4-06f1552dd34c ↩︎ ↩︎
Average frequency and duration of electric distribution outages vary by states. U.S. Energy Information Administration (EIA). April 5, 2018. https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=35652 ↩︎
Röpke, Luise. “The development of renewable energies and supply security: a trade-off analysis.” Energy policy 61 (2013): 1011-1021. https://www.econstor.eu/bitstream/10419/73854/1/IfoWorkingPaper-151.pdf ↩︎ ↩︎
“Evolutions in energy conservation policies in the time of renewables”, Nicola Lablanca, Isabella Maschio, Paolo Bertoldi, ECEEE 2015 Summer Study – First Fuel Now. https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Summer_Studies/2015/9-dynamics-of-consumption/evolutions-in-energy-conservation-policies-in-the-time-of-renewables/ ↩︎
“How not to run a modern society on solar and wind power alone”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, September 2017. here. ↩︎
Nedic, Dusko, et al. Security assessment of future UK electricity scenarios. Tyndall Centre for Climate Change Research, 2005. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.461.4834&rep=rep1&type=pdf ↩︎
Zhou, P., R. Y. Jin, and L. W. Fan. “Reliability and economic evaluation of power system with renewables: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 58 (2016): 537-547. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211501727X ↩︎
Smil, Vaclav. Power density: a key to understanding energy sources and uses. MIT Press, 2015. https://mitpress.mit.edu/books/power-density ↩︎
Landeira, Cristina Cabo, Ángeles López-Agüera, and Fernando Núñez Sánchez. “Loss of Load Probability method applicability limits as function of consumption types and climate conditions in stand-alone PV systems.” (2018). https://www.researchgate.net/profile/Cristina_Cabo2/publication/324080184_Loss_of_Load_Probability_method_applicability_limits_as_function_of_consumption_types_and_climate_conditions_in_stand-alone_PV_systems/links/5abca9fa45851584fa6e1efd/Loss-of-Load-Probability-method-applicability-limits-as-function-of-consumption-types-and-climate-conditions-in-stand-alone-PV-systems.pdf ↩︎ ↩︎
Singh, S. Sanajaoba, and Eugene Fernandez. “Method for evaluating battery size based on loss of load probability concept for a remote PV system.” Power India International Conference (PIICON), 2014 6th IEEE. IEEE, 2014. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7117729 ↩︎
How sustainanle is stored sunlight? Kris De Decker, Low-tech Magazine. here. ↩︎
Chapman, R. N. “Sizing Handbook for Stand-Alone Photovoltaic.” Storage Systems, Sandia Report, SAND87-1087, Albuquerque (1987). https://prod.sandia.gov/techlib-noauth/access-control.cgi/1987/871087.pdf ↩︎
Posadillo, R., and R. López Luque. “A sizing method for stand-alone PV installations with variable demand.” Renewable Energy33.5 (2008): 1049-1055. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014810700184X ↩︎
Khatib, Tamer, Ibrahim A. Ibrahim, and Azah Mohamed. “A review on sizing methodologies of photovoltaic array and storage battery in a standalone photovoltaic system.” Energy Conversion and Management 120 (2016): 430-448. https://staff.najah.edu/media/published_research/2017/01/19/A_review_on_sizing_methodologies_of_photovoltaic_array_and_storage_battery_in_a_standalone_photovoltaic_system.pdf ↩︎
Vannini, Phillip, and Jonathan Taggart. Off the grid: re-assembling domestic life. Routledge, 2014. http://lifeoffgrid.ca/off-grid-living-the-book/ ↩︎ ↩︎
“Materialising energy and water resources in everyday practices: insights for securing supply systems”, Yolande Strengers, Cecily Maller, in “Global Environmental Change 22 (2012), pp. 754-763. http://researchbank.rmit.edu.au/view/rmit%3A17990/n2006038376.pdf ↩︎ ↩︎
Pillai, N. “Loss of Load Probability of a Power System.” (2008). https://mpra.ub.uni-muenchen.de/6953/1/MPRA_paper_6953.pdf ↩︎
Al-Rubaye, Mohannad Jabbar Mnati, and Alex Van den Bossche. “Decades without a real grid: a living experience in Iraq.” International Conference on Sustainable Energy and Environment Sensing (SEES 2018). 2018. https://biblio.ugent.be/publication/8566224 ↩︎
Telson, Michael L. “The economics of alternative levels of reliability for electric power generation systems.” The Bell Journal of Economics (1975): 679-694. https://www.jstor.org/stable/3003250?seq=1#page_scan_tab_contents ↩︎
Schröder, Thomas, and Wilhelm Kuckshinrichs. “Value of lost load: an efficient economic indicator for power supply security? A literature review.” Frontiers in energy research 3 (2015): 55. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2015.00055/full ↩︎
Ratha, Anubhav, Emil Iggland, and Goran Andersson. “Value of Lost Load: How much is supply security worth?.” Power and Energy Society General Meeting (PES), 2013 IEEE. IEEE, 2013. https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/itet/institute-eeh/power-systems-dam/documents/SAMA/2012/Ratha-SA-2012.pdf ↩︎
De Nooij, Michiel, Carl Koopmans, and Carlijn Bijvoet. “The value of supply security: The costs of power interruptions: Economic input for damage reduction and investment in networks.” Energy Economics 29.2 (2007): 277-295. https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/40102922/The_Value_of_Supply_Security_The_Costs_o20151117-24458-1eo081r.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1544213977&Signature=d01qoyIcopj1rE5HpSWkCGcQzRk%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DThe_value_of_supply_security.pdf ↩︎
Coutard, Olivier, and Elizabeth Shove. “Infrastructures, practices and the dynamics of demand.” Infrastructures in Practice. Routledge, 2018. 10-22. https://www.routledge.com/Infrastructures-in-Practice-The-Dynamics-of-Demand-in-Networked-Societies/Shove-Trentmann/p/book/9781138476165 ↩︎ ↩︎
Demand Dictionary of Phrase and Fable, seventeenth edition. Jenny Rinkinen, Elizabeth Shove, Greg Marsden, The Demand Centre, 2018. http://www.demand.ac.uk/wp-content/uploads/2018/07/Demand-Dictionary.pdf ↩︎

Geen Wind? Geen Trein: Hernieuwbare Energie zonder Opslag

Thu, 21 Sep 2017 00:00:00 +0000

Prent: Stoneferry (detail), een schilderij van John Ward of Hull.

In het tijdperk voor de Industriële Revolutie werd hernieuwbare energie alleen maar gebruikt als ze beschikbaar was. Als er geen wind was, dan lagen windmolens en zeilschepen stil.

Dezelfde strategie zou ook vandaag heel nuttig kunnen zijn, zeker als we ze verbeteren met behulp van moderne kennis en technologie. Bijvoorbeeld fabrieken, schepen en vrachttreinen zouden alleen maar gebruikt kunnen worden als het waait of als de zon schijnt. De energievraag aanpassen aan het wisselende aanbod van zon en wind zou de transitie naar hernieuwbare energie veel duurzamer, sneller en goedkoper maken.

Windenergie: een lange geschiedenis

Watermolens, windmolens en zeilboten zijn al in gebruik sinds de Oudheid, maar het waren de Europeanen die deze technologieën tot hun volle ontwikkeling brachten vanaf de vijftiende eeuw. Op het hoogtepunt, vlak voor de Industriële Revolutie, telde Europa naar schatting 200.000 windmolens en 500.000 watermolens.

De belangrijkste toepassing van wind- en watermolens was het vermalen van granen, een arbeidsintensieve taak die eeuwenlang met de hand gebeurde. Tot in 1900 werd de volledige tarweoogst van Noord-Europa vermalen door windmolens in Nederland, Denemarken en Duitsland.

Gaandeweg werden ook steeds meer andere productiemethoden afhankelijk van wind- of watermolens: het zagen van hout, het vermalen van mortel, het maken van papier, het polijsten van glas, het boren van waterleidingen, de productie van textiel, het slaan van munten, enzovoort. ¹²³

\"Een zomers landschap\", Jan van Os.

Het gebruik van windenergie voor transport – in de vorm van de zeilboot – nam een hoge vlucht toen de Europeanen nieuwe werelddelen ‘ontdekten’. Vanaf de middeleeuwen tot aan de twintigste eeuw ondersteunden zeilboten een robuust, divers en globaal handelsnetwerk in zowel bulkgoederen (graan, wijn, hout, metaal, keramiek of gedroogde vis), luxegoederen (edele metalen, dierenhuiden, kruiden, ivoor, zijde, medicijnen), dieren, en menselijke slaven. ⁴

Deze internationale handel was cruciaal voor de economie van heel wat landen. Bijvoorbeeld de Nederlandse scheepsbouwindustrie, met haar 450 door wind aangedreven zaagmolens, importeerde alle benodigde materialen (hout, teer, ijzer, hennep en vlas) uit de Baltische regio. Ook de voedselbevoorrading kon afhankelijk zijn van zeilboten: naar het einde van de zestiende eeuw importeerden de Nederlanders 2000 scheepsladingen graan per jaar vanuit Gdansk. ⁴ Zeilboten waren ook van groot belang voor de visserij.

Wat als er geen wind was?

Hoewel variabele energiebronnen cruciaal waren voor de Europese samenleving in de 500 jaar voorafgaande aan de Industriële Revolutie, hadden onze voorouders geen chemische batterijen, geen elektrische transmissielijnen, en geen balanscapaciteit van fossiele brandstofcentrales om de variabiliteit van wind en zon op te vangen. Dus wat deden ze als het niet waaide?

Tot op zekere hoogte rekenden onze voorouders op technologische oplossingen waarmee ze probeerden het aanbod van energie altijd af te stemmen op de vraag ernaar – net zoals wij dat vandaag doen. Vanaf de middeleeuwen werden dammen gebouwd waarmee kleine stuwmeren werden aangelegd, een vorm van energieopslag die lijkt op de huidige pompcentrales. ² Dankzij deze waterreservoirs konden de wijzigingen in het waterpeil – afhankelijk van het weer en de seizoenen – worden opgevangen.

Windenergie kon echter niet worden opgeslagen. Eén oplossing was de rosmolen, waarin paarden, ossen of ezels energie leverden als er geen wind was. Toch gebeurde dat alleen voor levensnoodzakelijke productieprocessen (vooral het malen van graan), of in kleine werkplaatsen waar lastdieren ook als energieproducent werden ingezet. ¹ De rosmolen was duur en inefficiënt in gebruik, omdat het voeden van een paard een stuk landbouwgrond vereiste dat ook acht mensen kon voeden. ⁵

The Horse Mill, James Herring. Ca. 1850.

Rosmolens waren evenmin een oplossing voor zeilboten. In principe kon een zeilboot terugvallen op menselijke spierkracht als er geen wind was. Maar een voldoende grote roeibemanning heeft veel extra water en voedsel nodig, waardoor ofwel het laadvermogen ofwel het bereik van een zeilboot wordt beperkt. Bijgevolg werd roeien uitsluitend gebruikt voor oorlogsschepen en voor kleinere boten.

Geen wind, geen werk

Gezien hun beperkte technologische opties voor het opslaan of transporten van hernieuwbare energie stemden onze voorouders hun energieverbruik af op het wisselende aanbod. Met andere woorden: ze accepteerden dat hernieuwbare energie niet altijd beschikbaar was en handelden daarnaar.

Windmolens en zeilboten werden niet gebruikt als er geen wind was. Een windmolenaar werkte altijd als het waaide, ook al moest hij dag en nacht werken. Zo onthult een document dat een windmolenaar in Cranbrook, Engeland, slechts drie uur sliep op een winderige periode van 60 uur. ³

In vroegere tijden werd de molenaar gestraft voor het werken op zondag, maar daar trok hij zich niet altijd iets van aan. Toen er geprotesteerd werd tegen een Engelse molenaar uit Norfolk, antwoordde die: “Als de heer goed genoeg is om mij wind te sturen op een zondag, dan gebruik ik die ook”. ⁶

[Mills in the Westzijderveld near Zaandam](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_Mills_in_the_Westzijderveld_near_Zaandam.jpg), Claude Monet.

Langs de andere kant: als er geen wind was, dan deden windmolenaars ander werk, zoals het onderhoud van hun machines, of namen ze tijd vrij. Noah Edwards, de laatste windmolenaar van de windmolen in Arkley, zat bij mooi weer op de staart van zijn windmolen en speelde viool. ⁶

Geen wind, geen transport

Met zeilboten gebeurde hetzelfde. Als er geen wind was, dan bleven zeelieden aan de wal. Ze repareerden en onderhielden hun schepen, of ze deden andere dingen. Toch was hun werk niet zo onvoorspelbaar. Zeelieden planden hun vertrek alnaargelang de seizoenen. De wind op zee is niet alleen veel sterker dan op land, maar ook veel voorspelbaarder.

De lagere atmosfeer van de planeet wordt omcirkeld door zes grote windzones, drie in elke hemisfeer. Vanaf de equator tot de polen zijn deze heersende winden de passaatwinden, de westenwindgordels, en de polaire oosterwinden. Deze windzones bewegen zich noordwaarts tijdens de noordelijke zomer en zuidwaarts tijdens de zuidelijke zomer. Vijf grote zeestromingen zijn gecorreleerd aan de dominante windstromen.

Amaldus Nielsen, Ved Cadiz, 1925.

Gaandeweg ontcijferden de Europese zeelieden het globale patroon van winden en stromingen, wat leidde tot nieuwe zeilroutes over de gehele wereld. Begin zestiende eeuw had Christopher Columbus uitgedokterd dat de combinatie van passaatwinden en westenwindgordels een retourroute mogelijk maakte voor het oversteken van de Atlantische Oceaan.

De passaatwinden bereiken hun meest noorderlijke lengtegraad op het eind van de zomer, wat ze in het bereik brengt van Spanje en Portugal. De wind blaast dan bijna rechtstreeks van Europa naar de Caraïben en Zuid-Amerika. Dezelfde route op de terugweg zou bijna onmogelijk zijn. In plaats daarvan zeilden Spanjaarden en Portugezen eerst noordwaarts, richting passaatwinden die op het eind van de winter hun meest zuidelijke locatie bereiken. Deze heersende winden brachten de zeelieden bijna rechtstreeks naar huis.

Windkaart van de Atlantische Oceaan, 9 september 2017. Bron: [Windy](https://www.windy.com)

Iets later ontdekte de Bask Andrés de Urdaneta een gelijkaardige route in de Sille Oceaan. Het mee surfen met heersende winden maakte de reistijden van zeilboten relatief voorspelbaar. “Ocean Passages for the World” vermeldt dat de typische reistijd van New York naar het Engelse kanaal 25 tot 30 dagen bedroeg (voor een zeilschip uit de tweede helft van de negentiende eeuw). ⁷

Tussen 1818 en 1832 was de snelste overtocht 21 dagen, terwijl de traagste overtocht 29 dagen bedroeg. De reis van het kanaal naar New York duurde 35-40 dagen in de winter en 40-50 dagen in de zomer. ⁷ Dat is twee tot drie keer trager dan de huidige containerschepen, waarvan de snelheid varieert alnaargelang de brandstofprijzen en de economische activiteit.

Oude aanpak, nieuwe technologie

Opnieuw kiezen om het energieverbruik af te stemmen op het wisselende aanbod van hernieuwbare energie, betekent niet dat we terug moeten grijpen naar pre-industriële middelen. We hebben veel betere technologie beschikbaar, waarmee we de economie makkelijker kunnen afstemmen op de grillen van het weer.

Op een wereldwijde schaal is industriële activiteit goed voor ongeveer de helft van al het energieverbruik. Veel mechanische processen die vroeger ook door windmolens werden uitgevoerd, zijn nog steeds essentieel: zagen, snijden, boren, vergruizelen, polijsten, enzovoort.

Deze bewerkingen zouden net zo goed opnieuw met een variabele energiebron kunnen gebeuren. Onderbrekingen in het productieproces hebben geen enkele invloed op de kwaliteit ervan, ze beïnvloedden alleen de productiesnelheid. Hetzelfde geldt voor veel voedselbewerkingsprocessen, mijnbouwactiviteiten of textielproductie.

Werken met molens, Jean Bruggeman, 1996

Een traditionele windmolen had constant aandacht nodig, maar moderne windturbines werken geheel automatisch. Niet alleen zijn windturbines en waterturbines praktischer en krachtiger dan in vroegere tijden, we kunnen ook gebruik maken van zonne-energie om mechanische energie te produceren. Dit gebeurt meestal met fotovoltaische panelen, die zonlicht omzetten in elektriciteit waarmee dan elektrische motoren worden aangedreven.

Bijgevolg kan een fabriek die mechanische energie nodig heeft, gerund worden op een combinatie van windenergie en zonne-energie, wat de kansen verhoogt dat er voldoende energie is om de machines te doen werken. De mogelijkheid om zonne-energie te gebruiken is een enorm voordeel omdat de zon met grote voorsprong de meest overvloedige hernieuwbare energiebron is. De meeste capaciteit voor waterkracht is al ingenomen.

Ook voor thermische energie

Een ander cruciaal verschil met vroeger is dat we dezelfde strategie ook kunnen toepassen op industriële processen die met thermische energie werken. Warmte domineert het industriële energieverbruik, bijvoorbeeld voor het maken van chemicaliën en microchips, of voor het smelten van metalen.

In de pre-industriële tijd werden er bij deze productieprocessen biomassa, turf of steenkool verbrand. Het gebruik van deze energiebronnen veroorzaakte problemen op grote schaal: ontbossing, verlies van land, luchtvervuiling. Hoewel zonne-energie ook werd ingezet, bijvoorbeeld voor het verdampen van zout langs de kust, het drogen van gewassen om ze langer te bewaren, of het in de zon bakken van stenen, was het gebruik ervan beperkt tot processen die relatief lage temperaturen vereisten.

Vandaag kunnen we gebruik maken van andere energiebronnen dan biomassa om thermische energie te produceren. Ten eerste kunnen we windturbines, waterturbines of zonnepanelen gebruiken om elektriciteit op te wekken, die in warmte kan worden omgezet door middel van een elektrische weerstand. Dit was niet mogelijk in de pre-industriële tijd, want we konden geen elektriciteit maken.

Drukpers op zonne-energie van Augustin Mouchot, 1882.

Ten tweede kunnen we zonne-energie ook direct toepassen, door het gebruik van vlakkeplaatcollectoren en vacuümbuissystemen (de zogenaamde “zonneboilers”), die zonnestraling uit alle richtingen opnemen en temperaturen kunnen bereiken van 120 °C , of door middel van geconcentreerde collectoren, die de zon volgen, het zonlicht concentreren, en veel hogere temperaturen halen. Deze technologie – zeer geschikt voor industriële toepassingen – ontstond pas op het einde van de negentiende eeuw, als gevolg van verbeteringen in de productiemethoden voor glas en spiegels.

Beperkte energieopslag

Fabrieken laten draaien op variabele energiebronnen betekent niet dat energieopslag of andere methoden taboe worden. Ze kunnen een ondersteunende rol spelen, bijvoorbeeld voor het aandrijven van productieprocessen die niet onderbroken kunnen worden, of voor productieprocessen die te belangrijk zijn om stil te liggen (voedsel, medicijnen, enzovoort). Een beperkte energie-opslag is ook nodig voor computergestuurde processen.

Ook op het vlak van energieopslag hebben we veel betere technologie. We kunnen biomassa gebruiken als een betrouwbare bron van mechanische energie, iets wat pre-industriele molenaars niet konden doen omdat er voor de komst van de stoommachine geen manier was om biomassa in mechanische energie om te zetten. We hebben ook chemische batterijen, en we hebben lowtech systemen zoals vliegwielen, persluchtopslag, hydraulische accumulatoren, en pompcentrales. Al deze opslagtechnieken zouden tekort schieten als ze een grote hoeveelheid hernieuwbare energie zouden moeten opvangen, maar ze kunnen zeer nuttig zijn op een kleine schaal.

Een nieuwe toekomst voor de zeilvaart

Goederentransport is een andere kandidaat voor het gebruik van variabele energiebronnen. Dit ligt het meest voor de hand voor de scheepvaart. Schepen vervoeren nog altijd 90% van de wereldhandel en hoewel het schip de meest energie-efficiënte manier van vervoer is per ton-kilometer, is het totale energieverbruik hoog en zijn hedendaagse schepen extreem vervuilend.

Een high-tech idee is het installeren van windturbines in zee en de elektriciteit daarvan om te zetten in waterstof, die vervolgens dient als brandstof voor zeeschepen. Maar het is natuurlijk veel praktischer en efficiënter om de schepen rechtstreeks aan te drijven met de wind, zoals we duizenden jaren hebben gedaan.

Thomas W. Lawson, een zeilschip gebouwd in 1902.

Bovendien liggen containerschepen soms dagenlang of wekenlang voor anker in of voor een haven eer ze binnen of buiten kunnen, wat de relatieve onbetrouwbaarheid van zeilboten minder problematisch maakt.

Net zoals in het geval van industriële productie hebben we nu veel betere technologie en kennis ter beschikking om een wereldwijde zeilvaart op touw te zetten. We hebben nieuwe materialen om betere schepen en zeilen te bouwen met een langere levensduur, we hebben accuratere navigatie- en communicatie-instrumenten, we hebben betere weersvoorspellingen, we kunnen gebruik maken van zonnepanelen aan boord, en we hebben meer kennis over winden en stromingen.

In feite werden de globale winden en stromingen pas volledig in kaart gebracht toen de tijd van de commerciele zeilvaart bijna voorbij was. Tussen 1842 en 1861 verzamelde de Amerikaanse zeevaarder Matthew Fontained Maury een enorme hoeveelheid gegevens, wat het mogelijk maakte om de reisduur van heel wat routes in the korten. Zo werd een reis van New York naar Rio de Janerio verkort van 55 tot 23 dagen, terwijl de reisduur van Melbourne naar Liverpool werd gehalveerd tot 63 dagen. ⁸

Recenter heeft ook de sport heel wat innovaties meegebracht die nooit zijn toegepast in de commerciele zeilvaart. Het Emirates Team Nieuw Zeeland introduceerde in de America’s Cup 2017 het gebruik van stationaire fietsen voor de besturing van het hydraulische systeem dat de boot bestuurt. Normaal worden daar handslingers voor gebruikt, maar onze benen zijn sterker dan onze armen. Deze techniek laat toe om sneller overstag te gaan en te gijpen, maar ze kan ook nuttig zijn om het aandeel menskracht te reduceren in de commerciale zeilvaart. ⁹

Snelheidsrecords zijn ook veelzeggend. De snelste zeilboot in 1972 haalde niet eens 50 km/u, terwijl de huidige recordhouder – de Vestas Sailrocket 2 – meer dan 120 km/u haalde in 2012. Deze schepen zijn niet praktisch om goederen mee te vervoeren, maar ze zouden andere ontwerpen kunnen inspireren die dat wel zijn.

Treinen op wind en zonne-energie

Dezelfde strategie kan ook werken voor transport over land, in de vorm van door wind en zon aangedreven vrachttreinen. Treinen zouden alleen maar rijden als er hernieuwbare energie is, vergelijkbaar met zeilboten. Uiteraard is het niet de bedoeling om treinen uit te rusten met zeilen, wel om ze te doen rijden op elektriciteit die gemaakt is door zonnepanelen of windturbines langs de rails.

Dat zou een geheel nieuwe toepassing zijn van een eeuwenoude strategie om met variabele energiebronnen om te gaan, mogelijk gemaakt door de uitvinding van elektriciteit.

Cardiff Docks, Lionel Walden, 1894

Goederentreinen rijden vaak ‘s nachts, wanneer er vaak meer wind is en wanneer het energieverbruik op zijn laagst is. En net zoals vrachtschepen hebben goederentreinen onregelmatige uurroosters omdat ze vaak stilstaan op rangeerterreinen, wachtend op extra vracht.

Zelfs de snelheid van de treinen zou geregeld kunnen worden door de beschikbare energie, net zoals de snelheid van een zeilschip wordt bepaald door de heersende windkracht. Een gelijkaardige aanpak zou ook kunnen werken voor andere elektrische transportsystemen, zoals trolleyboten of kabelspoorbanen.

Het combineren van goederentreinen met fabrieken creëert extra mogelijkheden. Bijvoorbeeld, op het eerste gezicht lijken passagierstreinen op zon of wind onmogelijk, omdat mensen minder flexibel zijn dan goederen. Als een op zon rijdende trein niet rijdt of te traag rijdt, dan moet een afspraak mogelijk op het allerlaatste moment worden verzet. Op bewolkte dagen zouden de meeste pendelaars niet of veel te laat op kantoor raken.

Zonnepanelen op een spoorlijn in België. Foto: Infrabel.

Dit zou kunnen worden opgelost door dezelfde hernieuwbare energiebronnen te gebruiken voor fabrieken en voor passagierstreinen. De zonnepanelen die langs de spoorlijnen staan opgesteld zijn gedimensioneerd op bewolkte dagen, en garanderen zodoende een hoeveelheid energie voor een minimumdienst van passagierstreinen (maar geen industriele productie). Op zonnige dagen wordt de extra energie dan gebruikt om de fabrieken langs de spoorlijnen te doen werken, of om extra goederen- of passagierstreinen te laten rijden.

Gevolgen voor de samenleving: consumptie en productie

Als industriële productie en goederentransport volledig afhankelijk zouden worden van hernieuwbare energie, dan zouden we nog steeds in staat zijn om een grote diversiteit aan consumentengoederen te produceren, en die vervolgens over heel de aardbol te transporteren. Maar niet alle producten zouden altijd beschikbaar zijn.

Als ik nieuwe schoenen wil kopen, dan moet ik mogelijk wachten op het juiste seizoen om ze geproduceerd en geleverd te kunnen krijgen. Productie en consumptie zouden afhankelijk worden van het weer en de seizoenen. Op zonne-energie draaiende fabrieken zullen meer produceren in de zomermaanden, terwijl op wind draaiende fabrieken meer zullen produceren in de wintermaanden. Seizoenswinden zullen leveringstermijnen beïnvloeden.

A Windmill at Zaandam, Claude Monet, 1871.

In principe hoeft deze aanpak niet tot een lagere productie te leiden. De jaarlijkse energieproductie van alle geïnstalleerde windturbines en zonnepanelen blijft in theorie immers volledig beschikbaar. Producenten zouden dus seizoenstekorten kunnen opvangen door producten ‘in het seizoen’ te produceren en ze dan dicht bij consumenten te stockeren voor verkoop ‘buiten het seizoen’. In feite vervullen de producten in dit scenario zelf de rol van energieopslag.

In praktijk is de kans groot dat een direct gebruik van hernieuwbare energie tot een lagere productie zal leiden. Overproductie in tijden van veel energie vereist immers grote productiefaciliteiten en opslagplaatsen, die vervolgens voor het grootste gedeelte van de tijd onderbenut zouden zijn. Om kosten-efficient te produceren, zullen producenten compromissen moeten sluiten.

Van tijd tot tijd zullen deze compromissen tot productietekorten leiden, die op hun beurt mensen kunnen aanzetten om andere oplossingen te overwegen, zoals reparatie en hergebruik van bestaande producten, ambachtelijk gemaakte producten, doe-het-zelf oplossingen of het uitwisselen en delen van goederen.

Gevolgen voor de werknemers

De energievraag aanpassen aan het energieaanbod impliceert ook dat de werknemers zich aan het weer aanpassen. Als een fabriek op zonne-energie draait, dan komt de beschikbaarheid van energie heel goed overeen met menselijke ritmes. Maar als een fabriek of een trein op windenergie rijdt, dan zouden mensen ook ‘s nachts moeten werken, wat als ongezond wordt beschouwd. Als een fabriek of een transportsysteem alleen op wind of zon draait, dan zouden werknemers ook te maken hebben met onzekerheid over hun werkuren.

Nachtelijk werk in de dokken, Henri Adolphe Schaep, 1856.

Maar het zijn niet enkel de hernieuwbare energiecentrales die intussen geautomatiseerd zijn. Hetzelfde geldt in grote mate voor de fabrieken zelf. De laatste eeuw heeft een steeds toenemende automatisering van productieprocessen gezien, gebaseerd op computers en robots. Als een fabriek geen werknemers heeft, dan maakt het niet uit wanneer ze draait.

Bovendien draaien veel fabrieken al 24 uur per dag, deels bediend door miljoenen nachtwerkers. Voor deze mensen zou het nachtwerk alleen maar afnemen, want hun fabrieken zouden alleen nog maar ‘s nachts draaien als er wind is.

Tot slot zouden we ook de industriële productie en het goederentransport kunnen beperken tot normale werkuren, ook als het daarna blijft waaien. In dat geval zouden we gewoon minder spullen hebben, en meer vakantie. Er zou ook nood aan andere jobs zijn, zoals ambachtslui en zeelieden.

Wat met het internet?

Conclusie: zowel industrie als goederentransport – over land als over het water – zouden bijna volledig op variabele energiebronnen kunnen werken, zonder grootschalige infrastructuur voor energieopslag of transmissie, zonder balanscapaciteit van fossiele brandstoffen of kernenergie, en zonder het overdimensioneren van de generatiecapaciteit zonnepanelen en windturbines.

Deze infrastructuur is noodzakelijk als het aanbod ten allen prijze aan de vraag moet kunnen voldoen, en maakt van hernieuwbare energieproductie een complexe, dure en vooral onduurzame onderneming.

Marina, Carol Popp de Szathmary, 1800s.

Tot slot, wat kan werken voor industrie en goederentransport is niet noodzakelijk geldig in elke andere context. Hoewel het internet volledig op variabele energiebronnen zou kunnen werken, door het gebruik van asynchorne netwerken en software, zouden veel nieuwe toepassingen dan verdwijnen.

Thuis kunnen we wellicht niet verlangen dat mensen in het donker zitten of geen eten klaarmaken als er geen hernieuwbare energie is. En mensen gaan niet alleen naar het ziekenhuis komen als de zon schijnt. In die omstandigheden is er dus een grotere nood aan energieopslag of andere maatregelen.

Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. ↩︎ ↩︎
Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. ↩︎ ↩︎
Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. ↩︎ ↩︎
Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. ↩︎ ↩︎
Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. ↩︎
Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 ↩︎ ↩︎
Jenkins, H. L. C. “Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). ↩︎ ↩︎
Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D. (2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. ↩︎
Rival teams rejected pedal power because they feared radical change, says Team New Zealand designer. The Telegraph, May 24, 2017. ↩︎