LOW←TECH MAGAZINE Nederlands

Kunnen we windturbines opnieuw uit hout bouwen?

Sun, 02 Jun 2019 00:00:00 +0000

Illustratie: Eva Miquel voor Low-tech Magazine.

Tweeduizend jaar lang werden windmolens gebouwd uit materialen die recycleerbaar of herbruikbaar zijn: hout, steen, baksteen, metaal, canvas. Toen de eerste windturbines verschenen aan het einde van de negentiende eeuw, bleven de gebruikte materialen dezelfde. Het is pas met de komst van plastic wieken in de jaren 1980 dat windenergie een bron van afval is geworden.

Nieuwe technologie maakt het mogelijk om grotere windturbines opnieuw uit hout te bouwen –- niet alleen de wieken, maar ook de toren en de rest van de structuur. Dit zou niet alleen het afvalprobleem oplossen, maar ook de productie van windturbines grotendeels onafhankelijk kunnen maken van fossiele brandstoffen en mijnbouw.

Door de ruimte tussen de windturbines vol te planten met bomen, kan meteen het hout voor de volgende generatie windturbines worden geleverd. De windturbine kan zo een schoolvoorbeeld worden van de circulaire economie.

Hoe duurzaam is een windmolenwiek?

Windturbines worden voorgesteld als een schone en duurzame bron van elektriciteit. Maar hoewel ze wel degelijk elektriciteit kunnen produceren met een lagere CO2-uitstoot dan fossiele brandstoffen, veroorzaken ze ook een berg afval. De energie is hernieuwbaar, maar de windturbine zelf is dat niet. Op het eerste gezicht lijkt het probleem relatief beperkt. Ongeveer 90% van de massa van een windturbine is staal, voornamelijk in de toren. Staal wordt gerecycleerd en dit verklaart waarom windturbines zo snel de energie hebben terugverdiend die nodig was om ze te maken –- het gerecycleerde staal kan worden gebruikt voor de productie van nieuwe onderdelen voor windturbines, en dat kost minder energie.

Helaas zijn de wieken van een moderne windturbine gemaakt van met glasvezel versterkt plastic, een volumineus materiaal dat onmogelijk te recycleren is. Hoewel de massa van de wieken beperkt is in vergelijking met de totale massa van de windturbine, is ze niet verwaarloosbaar. Een wiek van 60 meter lang weegt 17 ton, wat betekent dat alleen al de drie wieken van een windturbine van 5 MW meer dan 50 ton onrecycleerbaar afval opleveren.

Image: Een met glasvezel versterkte wiek. Bron: [Gurit](https://www.gurit.com/Our-Business/Industries--Markets/Wind).

Een windturbinewiek bestaat uit een combinatie van epoxy –- een petroleumproduct –- versterkt met glasvezel. De wieken bevatten ook vulmaterialen en bekledingen op basis van kunststof, zoals polyvinylchlorideschuim en polyurethaan beschermlagen. ¹²³⁴

In tegenstelling tot het staal in de toren kan het plastic in de wieken niet worden gerecycleerd om er nieuwe windmolenwieken van te maken. Het materiaal kan alleen worden “gedowncycled”, bijvoorbeeld door het te versnipperen, wat schade toebrengt aan de vezels zodat die alleen maar kunnen dienen als vulmateriaal voor de productie van cement of asfalt. Er worden andere methodes onderzocht, maar die hebben allemaal hetzelfde probleem: niemand wil het “gerecycleerde” materiaal. Sommige architecten hebben afgedankte windmolenwieken hergebruikt voor de bouw van zitbanken en speeltuinen, maar we kunnen uiteraard niet alles uit afgedankte windmolenwieken bouwen.

Alleen al de wieken van een windturbine van 5 MW leveren meer dan 50 ton onrecycleerbaar afval op.

Gezien de beperkte opties voor recyclage of hergebruik belanden windmolenwieken dan ook op het stort (in de VS) of in de verbrandingsoven (in de EU). Die laatste optie is niet duurzamer, omdat het verbranden van de wieken het materiaal slechts gedeeltelijke reduceert –- 60% ervan blijft over en moet alsnog worden gestort. De rest wordt omgezet in luchtvervuiling. Bovendien kan er niet of nauwelijks energie worden gerecupereerd – glasvezel is nu eenmaal onbrandbaar. ¹²³⁴

Afvalverwerking met 25 jaar vertraging

De meeste van de ongeveer 250.000 windturbines die wereldwijd staan opgesteld, zijn minder dan 25 jaar geleden opgesteld –- en dat is hun verwachte levensduur. Maar de snelle groei van windenergie tijdens de laatste twee decennia zal zich binnenkort vertalen in een alsmaar toenemende en nooit eindigende toevoer van afvalmaterialen. Zo verhoogt het aandeel windturbines in Europa dat ouder is dan vijftien jaar van 12% in 2016 tot 28% in 2020. In Duitsland, Denemarken en Spanje stijgt hun aandeel zelfs tot 41-57%. Alleen al in 2020 zullen deze landen elk 6.000 tot 12.000 windturbinewieken moeten afdanken. ⁵

Ouderwetse windmolenwieken waren gemaakt uit recycleerbare materialen. Foto: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Afgedankte wieken zullen niet alleen talrijker maar ook groter worden. De windturbines die 25 jaar geleden werden gebouwd, hadden wieken van 15 tot 20 meter lang, terwijl de wieken van vandaag 75-80 meter of langer zijn. ³ Schattingen op basis van huidige groeicijfers voor windenergie voorspellen dat tegen 2028 jaarlijks 330.000 ton plastic wieken zullen worden afgedankt. Tegen 2040 zijn dat 418.000 ton plastic wieken per jaar. ¹

De opmars van windenergie tijdens de laatste twee decennia vertaalt zich binnenkort in een alsmaar toenemende en nooit eindigende toevoer van afvalmaterialen.

Dit zijn conservatieve cijfers, want een aanzienlijk aandeel wieken faalt en moet vroegtijdig worden vervangen. Bovendien zorgt de voortdurende ontwikkeling van efficiëntere wieken met een hogere energieopbrengst ervoor dat wieken vervangen worden voor ze hun geplande levensduur bereiken. ¹⁶ Tot slot is dit afval afkomstig van windturbines geïnstalleerd tussen 2005 en 2015, toen windenergie slechts maximaal 4% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik leverde. Als dat een meer wenselijke 40% van het (huidige) elektriciteitsverbruik zou zijn, dan zou de plastic afvalstroom van windmolenwieken drie tot vier miljoen ton per jaar bedragen.

De geschiedenis van de windmolenwiek

Een blik op de geschiedenis van windenergie laat nochtans zien dat plastic geen essentieel materiaal is. Het gebruik van windkracht voor mechanische energieproductie begon al in de Oudheid, terwijl de eerste elektriciteit producerende windmolens –- nu windturbines genoemd -– al opdoken in de jaren 1880. Maar plastic wieken begonnen hun opmars pas honderd jaar later. Ongeveer tweeduizend jaar lang waren windmolens van welk type dan ook volkomen recycleerbaar.

De eerste windturbines in Europa, gebouwd door Paul La Cour in Denemarken, hadden traditionele wieken. Foto:Paul La Cour Museum.

Ouderwetse windmolens hadden torens gebouwd uit hout, steen of baksteen, terwijl hun wieken meestal werden gemaakt van een houten raamwerk bedekt met canvas of houten planken. In latere eeuwen werden ook meer metalen onderdelen gebruikt – ook recycleerbaar.

Toen er nieuwe ontwerpen werden toegepast in de achttiende, negentiende en twintigste eeuw, bleven de gebruikte materialen dezelfde. ⁷ De enige nieuwigheid in de twintigste eeuw was het gebruik van aluminium – opnieuw perfect recycleerbaar. In tegenstelling tot moderne windturbines, die regelmatig en in hun geheel moeten worden vervangen, konden ouderwetse windmolens bovendien decennia of zelfs eeuwen in werking blijven dankzij voortdurende reparaties.

Een blik op de geschiedenis van windenergie laat zien dat plastic geen essentieel materiaal is.

De eerste windturbine in de VS, gebouwd door Charles F. Brush, had een rotordiameter van 17 m met 144 dunne wieken van hout. De eerste windturbine in Europa, gebouwd door Paul La Cour in Denemarken, had vier traditionele wieken met een rotordiameter van 22,8 meter. La Cour’s ontwerp werd gekopieerd door lokale bedrijven in Denemarken, wat resulteerde in duizenden windturbines op boerderijen tussen 1900 en 1920. Tijdens de eerste helft van de twintigste eeuw werden tientallen andere experimentele windturbines gebouwd, inclusief een aantal met stalen wieken. ⁸

De drie wieken van de Gedser turbine werden extra verstevigd door ze met een structuur van staaldraad te verbinden.

In 1957 bouwde Johannes Juul – een student van Paul La Cour – de Gedser windturbine. Ze had drie wieken en een rotor diameter van 24 meter. De wieken bestonden uit stalen roedes met aluminium omkleding, ondersteund door houten ribben. De wieken werden extra verstevigd door ze met een structuur van staaldraad onderling te verbinden.

De Gedser windturbine bleef de meest succesvolle windturbine tot halverwege de jaren 1980. De machine draaide elf jaar lang zonder onderbrekingen, en produceerde tot 360.000 kWh elektriciteit per jaar. Toen de turbine eind jaren 1970 werd opgeknapt en getest, bleek ze beter te presteren dan de eerste windturbines met plastic wieken. ⁸⁹

Het belang van de rotordiameter

De eerste windturbine met kunststof wieken werd in 1978 geïnstalleerd in Denemarken, waar ze elektriciteit leverde aan een school. Met een rotordiameter van 54 meter was de Tvind turbine de grootste windturbine ter wereld. Na 1980 werden plastic wieken standaard in Denemarken en het “Deense design” werd vervolgens over heel de wereld gekopiëerd. De kunststofwiek, zo lijkt het wel, ligt aan de basis van de moderne windturbine. En dat stelt ons voor een dilemma.

De overgang naar kunstofwieken werd gedreven door het verlangen om steeds grotere windturbines te bouwen. Hoe groter een windturbine, hoe lager de kost per kilowattuur opgewekte elektriciteit. Dat komt omdat de windsnelheid toeneemt met de hoogte, en omdat het verdubbelen van de radius de energieopbrengst verviervoudigt. De trend naar steeds grotere molens drijft de industrie nog steeds vooruit. Rotordiameters namen toe van 50 meter halverwege de jaren 1990 tot 120 meter halverwege de jaren 2000. De grootste off-shore windturbines hebben nu een rotordiameter van meer dan 160 meter, en in Nederland wordt een windturbine van 12 MW met een rotordiameter van 220 meter gebouwd. ³⁶¹⁰

Een verbeterde molenwiek uit de jaren 1940, ontworpen door P.L. Fauel. Foto: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Echter, naarmate de diameter van de rotor toeneemt, neemt ook de massa van de wiek toe, zodat er steeds lichtere materialen nodig zijn. Langere wieken buigen ook meer door, zodat hun structurele stijfheid steeds belangrijker wordt om een optimale aerodynamische prestatie te behouden, en om te vermijden dat het uiteinde van de wiek de toren raakt. Kortom, grotere windturbines met langere wieken stellen steeds hogere eisen aan de gebruikte materialen –- en die eisen overschrijden de capaciteiten van recycleerbare materialen. ¹¹¹² Windturbines worden efficiënter, maar ook minder duurzaam.

Grotere windturbines met langere wieken stellen steeds hogere eisen aan de gebruikte materialen

Op dit moment is deze trend duidelijk te observeren in het toenemend gebruik van met koolstofvezels versterkt plastic, dat nog sterker, stijver en lichter is dan met glasvezelfs versterkt plastic. ¹¹ Het gebruik van koolstofvezels is nu standaard geworden voor de grootste wieken, vooral op sterk belaste locaties zoals de “wortel” van de wiek. Bijgevolg zijn we alweer een nieuw tijdperk binnengetreden waarin windmolenwieken zo groot zijn geworden dat ze niet meer alleen uit met glasvezel versterkt plastic kunnen worden gebouwd.

De windmolenwiek heruitvinden

Een sector die zichzelf duurzaam en hernieuwbaar noemt, kan het zich niet permitteren om miljoenen tonnen onrecycleerbaar plastic per jaar te produceren. Kunnen we windturbinewieken opnieuw uit recycleerbare materialen bouwen? En hoe groot kunnen we ze dan zijn? Tot op welke hoogte kunnen efficiëntie en duurzaamheid met elkaar worden verzoend?

Verbeterde windmolenwieken uit de jaren 1930, ontworpen door Kurt Bilau. De toren is gemaakt van steen, de wieken van hout en aluminium. Foto: Frank Vincentz (CC BY-SA 3.0).

Het meeste onderzoek naar duurzamere wieken houdt vast aan plastic als belangrijkste materiaal. Eén onderzoekspiste is het gebruik van “thermoplasten” (zoals PVC) in plaats van “thermoharders” (zoals epoxy). Thermoplasten kunnen hersmolten worden, wat het mogelijk maakt om nieuwe windmolenwieken te maken uit afgedankte exemplaren. Maar omdat thermoplasten veel minder sterk en stijf zijn, is het erg lastig om grote wieken te maken. Tot nu toe zijn ze niet langer dan 9 meter gebouwd, en dat is korter dan de wieken van ouderwetse windmolens. ¹¹³

Een andere onderzoekspiste is het gebruik van composieten gemaakt uit natuurlijke vezels, zoals hout of vlas. Probleem is dat deze niet of nauwelijks duurzamer zijn dan met glasvezel of koolstof versterkte epoxies. Het van petroleum gemaakte epoxy is immers schadelijker dan de glasvezel of de koolstof, en composietmaterialen op basis van natuurlijke vezels hebben meer epoxy nodig. ¹²¹⁴¹⁵ ¹⁶¹⁷

Een aantal onderzoekers en ingenieurs volgt een ander pad en grijpt terug naar meer traditionele houtconstructies, zonder het gebruik van epoxy. Deze wieken zijn samengesteld uit een holle aerodynamische omkleding en een intern raamwerk van ribben en dragers, ondersteund door een roede – allemaal gebouwd van gelamineerd fineerhout.

Gelamineerde houten wieken

Gelamineerd hout - een product dat opkwam tijdens de jaren 1980, heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van massief hout. De eigenschappen van hout kunnen variëren, zelfs in dezelfde boom. De lengte van de houten roeden in preïndustriele windmolens was dan ook beperkt door de langste boomstammen met een consistente kwaliteit. De grootste traditionele windmolen die ooit werd gebouwd, de Murphy Mill in San Francisco (1900), had een rotordiameter van 35 meter.

De productie van fineerhout -– waarbij het hout van de boom wordt afgeschild en dan in dunne lagen terug aan elkaar wordt geplakt –- spreidt defecten zoals knopen uit over een veel groter oppervlak, zodat de stijfheid van het materiaal consistenter wordt. Hoewel fineerhout ongeveer 2,5% kunsthars bevat (de lijm), is het aandeel van deze onduurzame component vele malen lager dan in het geval van composieten.

Verbeterde windmolenwieken uit de jaren 1940. Foto: Reboelje.

Gelamineerd hout is veel goedkoper en lichter dan glasvezel composiet. En hoewel hout minder sterk en stijf is, wordt dat nadeel deels gecompenseerd door het lichtere gewicht van de wiek, die dus ook minder sterk en stijf moet zijn. ¹² Niettemin maakt de relatief beperkte stijfheid het moeilijk om het doorbuigen van hele grote wieken te voorkomen.

Een studie uit 2017, die focust op een windturbine van 5 MW met wieken van elk 61,5 meter lang, berekende dat een even lange wiek gemaakt uit fineerhout 2,8 keer zwaarder zou zijn dan een plastic wiek (47 in plaats van 17 ton), en dat het laminaat meer dan 50 cm dik zou zijn. ¹² Dus hoewel het technisch mogelijk is om een houten wiek van meer dan 60 m lang te maken, is het duidelijk geen praktische optie. Het extra gewicht zorgt er immers voor dat ook de rest van de turbine veel steviger moet worden gebouwd.

Een wiek gemaakt van gelamineerd hout, versterkt met koolstofcomposiet. Bron: [^14]

Dit kan op twee manieren worden opgelost. De eerste manier is een geheel uit fineerhout gebouwde wiek te versterken met roeden gemaakt uit met koolstofvezel versterkt plastic, en vervolgens de hele wiek te bedekken met een laag glasvezel composiet. In de hierboven vermelde studie werd geconcludeerd dat zo’n 61,5 meter lange hybride wiek stijf genoeg kan worden gebouwd. Bovendien is de wiek ook drie ton lichter is dan een volledig uit plastic gemaakt exemplaar. ¹² Een andere studie kwam tot een soortgelijke conclusie, al is de hybride wiek in dit geval net iets zwaarder dan de plastic wiek. ¹⁴

Een met koolstofvezel composiet versterkte houten wiek kan 60 meter lang zijn.

Hoewel er in dit geval nog steeds onrecycleerdbaar plastic wordt gebruikt, is de hoeveelheid wel een stuk kleiner en zijn de materialen niet met elkaar vermengd, wat recyclage, hergebruik of verbranding een stuk makkelijker maakt. Maar volgens de hier aangehaalde onderzoeken bevat zo’n wiek nog altijd 2,5 ton [14] tot 6,2 ton [12] kunststof, wat betekent dat een windturbine van 5 MW nog steeds 7,5 tot 18,4 ton onrecycleerbaar materiaal produceert.

Kleinere windturbines dan maar?

We kunnen argumenteren dat die kleinere hoeveelheid afval aanvaardbaar is, als we ze vergelijken met de grotere hoeveelheid afval van een conventionele wiek. Maar daarmee is het afvalprobleem niet van de baan. En hoe meer windturbines er bij komen, en hoe groter die worden, hoe groter ook de afvalstroom zal worden. Als tweede oplossing kunnen we er daarom ook voor kiezen om de wieken opnieuw volledig uit hout te bouwen – ook als dat betekent dat windturbines opnieuw kleiner zouden worden.

Door efficiëntie in te leveren, kan er heel wat aan duurzaamheid worden gewonnen

Er is een extra argument om onze focus op efficiëntie in vraag te stellen: het zijn niet alleen de wieken die steeds minder duurzaam worden. Ook andere onderdelen van windturbines worden in de naam van de efficiëntie steeds vaker uit plastic gemaakt, met name de gondel (die de generator beschermt) en de neuskegel. ¹²³⁴

Andere trends zijn het toenemende gebruik van elektronica (die niet kan worden gerecycleerd) en van permanente magneetgeneratoren (die goedkoper zijn dan een mechanische versnellingsbak maar wel ten koste van een meer destructieve mijnbouw). Grotere windturbines doden ook meer vogels en vleermuizen. ¹⁸

Door een deel efficiëntie in te leveren, kan er heel wat aan duurzaamheid worden gewonnen. Voorstanders van windenergie zijn het daar mogelijk niet mee eens, omdat windenergie op die manier duurder zou kunnen worden dan stroom opgewekt uit fossiele brandstoffen. Maar duurdere windstroom kan altijd worden gecompenseerd door fossiele brandstoffen duurder te maken.

De eerste windturbine in de VS, gebouwd door Charles F. Brush, had een rotordiameter van 17 m met 144 dunne wieken van hout.

Het echte probleem is dat we goedkope fossiele brandstoffen als een maatstaf nemen om de levensvatbaarheid van windturbines te bepalen. Het is net door te concurreren met fossiele brandstoffen –- en dus door te proberen om de energie te leveren voor een levensstijl gebaseerd op fossiele brandstoffen –- dat windturbines steeds minder duurzaam worden. Als we het energieverbruik zouden verlagen, dan zijn kleinere en minder efficiënte windturbines helemaal geen probleem.

Hoe groot kunnen we windturbines bouwen als de wieken volledig uit gelamineerd hout bestaan? Niemand die het weet. Ik vroeg het aan Rachel Koh, de onderzoekster die de eigenschappen berekende voor een volledig uit hout gebouwde wiek van 61,5 meter, maar ze kon me niet helpen: “Ik maakte alleen de berekening voor die lengte. Het zou hypothetisch mogelijk zijn om een andere studie uit te voeren om je vraag te beantwoorden, maar dat is geen kleine onderneming.” Ze merkt ook op dat de stijfheid van gelamineerd hout verder zou kunnen worden verbeterd door innovaties in het productieproces.

Een woud van windturbines

Of we nu kiezen voor volledig houten wieken of houten wieken versterkt met plastic en koolstofvezels, in beide gevallen kunnen we ook de toren en de gondel uit gelamineerd hout bouwen. In 1984 werd er zo een kleine windturbine gebouwd in Denemarken, en in 2012 bouwde het Duitse Timbertower een houten toren van 100 meter hoog voor een turbine van 1,5 MW. Houten torens lijken naast de kwestie, omdat ze een deel van een windturbine vervangen dat nu al perfect recycleerbaar is.

De productie van een windturbine met houten wieken en toren is grotendeels onafhankelijk van fossiele brandstoffen.

Niettemin biedt een windturbine waarvan de volledige structuur uit hout is gebouwd interessante voordelen. Ten eerste zou de productie van windturbines op die manier bijna volledig onafhankelijk worden van fossiele brandstoffen en mijnbouw, met uitzondering van het raderwerk en de elektrische onderdelen (en het kan nog duurzamer als er, wanneer mogelijk, voor directe mechanische energieproductie wordt gekozen). ¹⁹ Ten tweede zouden windturbines niet alleen klimaatneutrale elektriciteit leveren, maar ook CO2 uit de atmosfeer opslaan die door de bomen werd opgenomen.

Illustratie: Eva Miquel

Ten derde kan de ruimte tussen windturbines, die niet geschikt is als woongebied, vol worden geplant met bomen die het hout kunnen leveren voor de volgende generaties windturbines. Het hout kan ter plekke worden gezaagd, bewerkt en geassembleerd, daarbij gebruik makend van energie afkomstig van de windturbines en de biomassa. Op die manier wordt ook het transport van onderdelen overbodig gemaakt. Als we willen, kan de houten windturbine een schoolvoorbeeld zijn van de circulaire economie.

Ramirez-Tejeda, Katerin, David A. Turcotte, and Sarah Pike. “Unsustainable Wind Turbine Blade Disposal Practices in the United States: A Case for Policy Intervention and Technological Innovation.” NEW SOLUTIONS: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy 26.4 (2017): 581-598. http://docs.wind-watch.org/ramireztejeda2016-bladedisposal.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Wilburn, David R. Wind energy in the United States and materials required for the land-based wind turbine industry from 2010 through 2030. US Department of the Interior, US Geological Survey, 2011. https://pubs.usgs.gov/sir/2011/5036/sir2011-5036.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Jensen, Jonas Pagh. “Evaluating the environmental impacts of recycling wind turbines.” Wind Energy 22.2 (2019): 316-326. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/we.2287 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Martínez, Eduardo, et al. “Life cycle assessment of a multi-megawatt wind turbine.” Renewable energy 34.3 (2009): 667-673. http://communityrenewables.org.au/wp-content/uploads/2013/02/Life-cycle-analysis-turbines_Renewable-Energy_2009.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ziegler, Lisa, et al. “Lifetime extension of onshore wind turbines: A review covering Germany, Spain, Denmark, and the UK.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 82 (2018): 1261-1271. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117313503 ↩︎
Lefeuvre, Anaële, et al. “Anticipating in-use stocks of carbon fiber reinforced polymers and related waste flows generated by the commercial aeronautical sector until 2050.” Resources, Conservation and Recycling 125 (2017): 264-272. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344917301775 ↩︎ ↩︎
De Decker, Kris. “Wind powered factories: history (and future) of industrial windmills.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2009). here ↩︎
The Rise of Modern Wind Energy: Wind Power for the World. Pan Stanford Publishing, 2013. https://www.crcpress.com/Wind-Power-for-the-World-The-Rise-of-Modern-Wind-Energy/Maegaard-Krenz-Palz/p/book/9789814364935 ↩︎ ↩︎
Lundsager, P., Sten Tronæs Frandsen, and Carl Jørgen Christensen. “Analysis of data from the Gedser wind turbine 1977-1979.” (1980). http://orbit.dtu.dk/files/33441311/ris_m_2242.pdf ↩︎
Gupta, Ashwani K. “Efficient wind energy conversion: evolution to modern design.” Journal of Energy Resources Technology 137.5 (2015): 051201. http://energyresources.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=2211540 ↩︎
Brøndsted, Povl, Hans Lilholt, and Aage Lystrup. “Composite materials for wind power turbine blades.” Annu. Rev. Mater. Res. 35 (2005): 505-538. http://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/MATERIALS&COMPONENTS/Pressure_vessels/FRP_Hutter_flange.pdf ↩︎ ↩︎
Koh, Rachel. “Bio-based Wind Turbine Blades: Renewable Energy Meets Sustainable Materials for Clean, Green Power.” (2017). https://scholarworks.umass.edu/dissertations_2/1102/ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Murray, Robynne, et al. Manufacturing a 9-meter thermoplastic composite wind turbine blade. No. NREL/CP-5000-68615. National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States), 2017. https://www.nrel.gov/docs/fy18osti/68615.pdf ↩︎
Borrmann, Rasmus. “Structural design of a wood-CFRP wind turbine blade model.” (2016) https://www.eksh.org/fileadmin/bilder/themen/Energieforschung/02_-Final_Report-_Strcutural_Design_of_a_Wood-CFRP_Wind_Turbine_Blade_Model.pdf ↩︎ ↩︎
Spera, David. “Wind Turbine Technology: Fundamental Concepts in Wind Turbine Engineering, Second Edition.” (2009) https://ebooks.asmedigitalcollection.asme.org/book.aspx?bookid=271 ↩︎
Corona, Andrea, et al. “Comparative environmental sustainability assessment of bio-based fibre reinforcement materials for wind turbine blades.” Wind Engineering 39.1 (2015): 53-63. http://orbit.dtu.dk/files/129909032/0309_524x_2E39_2E1_2E53.pdf ↩︎
The use of wood for wind turbine construction. Meade Gougeon, NASA. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19800008214.pdf ↩︎
Loss, Scott R., Tom Will, and Peter P. Marra. “Estimates of bird collision mortality at wind facilities in the contiguous United States.” Biological Conservation 168 (2013): 201-209. https://repository.si.edu/bitstream/handle/10088/35192/NZP_Marra_2013-Estimates_of_bird_collision_mortality_at_wind_facilities_in_the_contiguous_United_States.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎
De Decker, Kris. “Heat your house with a mechanical windmill.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2019). here ↩︎

Warmtemolens: Verwarm je huis met windenergie

Wed, 27 Feb 2019 00:00:00 +0000

Illustratie: [Rona Binay](https://ronabinay.com/) voor Lowtech Magazine.

Hernieuwbare energieproductie is vrijwel geheel gericht op de generatie van elektriciteit. Maar we hebben meer energie nodig in de vorm van warmte, en die kunnen zonnepanelen en windturbines slechts indirect en relatief inefficiënt produceren.

Zonneboilers slaan de conversie naar elektriciteit over en leveren hernieuwbare warmte op een directe manier, zonder energieverliezen. Veel minder bekend is dat “warmtemolens” hetzelfde kunnen doen in een winderig klimaat: ze zetten hernieuwbare energie direct om in warmte, zonder dat er elektriciteit aan te pas komt.

Warmte versus elektriciteit

Thermische energie wordt gebruikt voor heel wat industriële processen en voor het verwarmen van water en gebouwen. Globaal gezien is de vraag naar warmte ongeveer een derde van de totale primaire energieproductie, terwijl de vraag naar elektriciteit slechts een vijfde bedraagt. ¹ In gematigde of koude gebieden ligt het aandeel thermische energie nog een stuk hoger.

Bijvoorbeeld in Nederland is warmte goed voor 38-57% van het primaire energieverbruik, afhankelijk van de weersomstandigheden en de berekeningsmethode. Meer dan zestig procent daarvan betreft temperaturen beneden de 100 graden celsius. ²³ Kijken we alleen naar het huishoudelijk energieverbruik in Nederland, dan loopt het aandeel van warmte op tot ongeveer 75% van het totaal. ⁴

Ondanks het enorme belang van warmte in de totale energievraag speelt het gebruik van hernieuwbare energiebronnen nauwelijks een rol. De belangrijkste uitzondering op globaal niveau is het traditionele gebruik van biomassa voor koken en verwarming – maar in geïndustrialiseerde landen wordt zelfs biomassa meestal ingezet voor de productie van elektriciteit in plaats van warmte.

Directe versus indirecte warmteproductie

Elektriciteit geproduceerd door windturbines, zonnepanelen of biomassacentrales kan worden omgezet naar warmte op een indirecte manier, door het gebruik van een elektrisch verwarmingstoestel, een elektrische boiler of een elektrische warmtepomp. Het resultaat is warmte opgewekt door windenergie, zonne-energie, of biomassa.

Zon en wind kunnen echter ook op een directe manier in warmte worden omgezet, zonder dat er eerst elektriciteit moet worden geproduceerd – en hetzelfde geldt uiteraard voor biomassa. Dat is goedkoper, efficiënter en duurzamer dan indirecte warmteproductie.

Warmteproductie is goedkoper als wind- of zonne-energie niet eerst in elektriciteit wordt omgezet.

Het directe alternatief voor het photovoltaïsche zonnepaneel is de thermische zonnecollector, een technologie die dateert uit de negentiende eeuw. Het bekendste en in dit verhaal meest relevante voorbeeld is de zonneboiler, die een zeer hoog rendement heeft. Een zonneboiler produceert warmte met een efficiëntie die twee tot drie keer hoger is dan wanneer zonne-energie eerst in elektriciteit wordt omgezet. Geen enkele andere hernieuwbare energiebron levert zoveel energie per vierkante meter oppervlak. ⁵

Prototypes van warmtemolens, gebouwd door Esra L. Sorensen in 1974. Foto door Claus Nybroe. Bron: [^11]

Het directe alternatief voor windturbines dat iedereen kent is de ouderwetse windmolen, die tenminste tweeduizend jaar oud is. De traditionele windmolen brengt de kinetische energie van de wieken rechtstreeks over naar de as van een machine, bijvoorbeeld voor het zagen van hout of het malen van graan. Maar een mechanische windmolen kan ook op een directe manier warmte produceren – al weet bijna niemand dat. Zelfs het Internationaal Energie Agentschap neemt de technologie niet op in haar overzicht van methodes voor warmteproductie. ¹

Hoe werkt een warmtemolen?

De “warmtemolen” zet de kinetische energie van de wieken direct om in warmte door het opwekken van wrijving in water. In zijn oorspronkelijke vorm maakt de warmtemolen daarbij gebruik van een zogenaamde “waterrem” of “Joule machine”. ⁶⁷⁸

In essentie is een warmtemolen een door de wind aangedreven mixer (de waterrem) in een goed geïsoleerde opslagtank gevuld met water. Door de wrijving tussen de moleculen van het water wordt mechanische energie rechstreeks omgezet in thermische energie. Het warme water kan dan door het huis worden gepompt voor centrale verwarming en voor de productie van warm water.

Tekening van een verwarmingssysteem gebaseerd op een warmtemolen. Bron: [^7]

De joule machine werd oorspronkelijk bedacht als een meetinstrument. James Joule bouwde het in de jaren 1840 voor zijn beroemde meting van het mechanische equivalent van warmte: één calorie komt overeen met de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kubieke centimeter water met 1 graad celsius op te warmen. ⁹

In essentie is een warmtemolen een door de wind aangedreven mixer (de waterrem) in een goed geïsoleerde opslagtank gevuld met water

Het meest fascinerende aan de warmtemolen is dat hij in principe honderden of zelfs duizenden jaren geleden had kunnen worden gebouwd. De technologie vereist heel eenvoudige materialen: hout en/of metaal.

Maar hoewel het mogelijk is dat de warmtemolen al eerder werd gebruikt, duikt de eerste referentie naar de technologie pas op in de jaren 1970 tijdens de oliecrisis, met name in Denemarken. ⁶ De Denen waren in grote mate afhankelijk van ingevoerde olie voor verwarming, zodat de verstoring van de toevoer heel wat gezinnen in de kou zette.

Tekening: de warmtegenerator van een warmtemolen. Bron: [^7]

Omdat Denemarken toen al een sterke cultuur kende voor de zelfbouw van elektriciteit producerende windturbines op boerderijen, begonnen de Denen windmolens in te zetten voor warmteproductie. Een deel van die installaties volgde het indirecte pad van warmteproductie: elektriciteit van een windturbine werd omgezet naar warmte door middel van een elektrische verwarming. Maar een aantal knutselaars ontwikkelde warmtemolens.

Goedkoper en efficiënter

Directe warmte produceren is goedkoper, duurzamer en efficiënter dan het omzetten van door wind of zon geproduceerde elektriciteit in warmte door middel van elektrische verwarmingstechnologie. Daar zijn twee redenen voor. Ten eerste zijn warmtemolens minder complex dan windturbines. De productie en installatie ervan vraagt dus minder kapitaal en minder energie en grondstoffen, terwijl hun levensduur toeneemt.

De kost van thermische energieopslag ligt 60-70% lager dan de kost van elektrische energieopslag.

Er is geen nood aan een elektrische generator, een transformator of een versnellingsbak. Dat bespaart niet alleen kapitaal en energie maar ook gewicht, zodat de toren minder stevig moet worden gebouwd. De kost van thermische energieopslag ligt bovendien 60-70% lager dan de kost van chemische batterijen. ¹⁰ Ten tweede kan het direct omzetten van wind in warmte energie-efficiënter zijn dan wanneer de energie eerst naar elektriciteit wordt omgezet in een generator. Dat betekent dat er minder zonne- en windcentrales nodig zijn om een bepaalde hoeveelheid warmte te leveren.

Een warmtemolen met joule machine, gebouwd aan het Deense Instituut voor Landbouwtechnologie in 1974. Foto door Ricard Matzen. Bron: [^11]

De warmtemolen adresseert dus de belangrijkste nadelen van hernieuwbare energiebronnen: enerzijds hun lage vermogensdichtheid en anderzijds hun onvoorspelbare output. Warmteopslag is in tegenstelling tot elektriciteitsopslag een haalbare kaart met bestaande technologie, en de hogere efficiëntie van de energieproductie maakt dat er twee tot drie keer minder windmolens (en dus plaats en grondstoffen) nodig zijn om een bepaalde hoeveelheid warmte te leveren.

Directe warmteproductie maakt ook het gebruik van kleinere windmolens aantrekkelijker. Uit tests is gebleken dat kleine, elektriciteit producerende windturbines erg inefficiënt zijn en niet altijd evenveel energie opleveren dan de productie ervan heeft gekost. Worden ze evenwel ingezet voor directe warmteproductie, dan neemt de ingebedde energie af terwijl de efficiëntie, de energieopbrengst en de levensduur toenemen.

Tests van Deense warmtemolens

De Deense warmtemolen uit de jaren zeventig van de twintigste eeuw was een relatief kleine machine, met een rotordiameter van ongeveer zes meter en een hoogte van ongeveer twaalf meter. In de jaren tachtig werden grotere warmtemolens gebouwd. De meeste molens maakten gebruik van houten wieken. In totaal zijn er tenminste een dozijn verschillende molens gedocumenteerd, zowel zelfbouw als commerciële modellen. Er werd in de meeste gevallen gebruik gemaakt van tweedehands auto-onderdelen en andere afgedankte materialen. ⁶ ¹¹

De Calorius type 37 – een relatief kleine molen met een rotordiameter van 5 meter en een hoogte van 9 meter – werd als enige warmtemolen officieel getest en produceerde 3.5 kilowatt warmte bij een windsnelheid van 11 meter per seconde (6 Beaufort). Van 1993 tot 2000 bouwde de Deense firma Westrup in totaal 34 warmtemolens die op dit ontwerp waren gebaseerd, en in 2012 waren daar nog 17 van in gebruik. ⁶

Een Calorius warmtemolen die tot 4 kilowatt warmte produceert. Foto: [Nordic Folkecenter](http://folkecenter.eu), Denemarken.

Een veel grotere warmtemolen (7,5m rotordiameter, 17m hoog) werd in 1982 gebouwd door de gebroeders Svaneborg, en verwarmde het huis van een van de broers (de andere koos voor een windturbine en elektrische verwarming). De machine produceerde tot 8 kilowatt warmte volgens niet-officiële metingen. ⁶

Later in de jaren 1980 bouwde Knud Berthou de meest geavanceerde warmtemolen tot op de dag van vandaag: de LO-FA. In andere molens gebeurde de warmteproductie aan de voet van de toren – er was een mechanische verbinding van de rotor naar de waterrem beneden. Maar in de LO-FA werd alle mechaniek voor de energieomzetting naar de top van de toren verhuisd. De onderste tien meter van de twintig meter hoge toren werden gevuld met 15.000 liter water in een geïsoleerd reservoir. Bijgevolg kon het warme water letterlijk uit de windmolen worden getapt. ⁶

In totaal zijn er tenminste een dozijn verschillende molens gedocumenteerd, zowel zelfbouw als commerciële modellen

De LO-FA was ook de grootste warmtemolen ooit gebouwd, met een rotordiameter van 12 meter. De warmteopbrengst van de molen werd geschat op 90 kilowatt bij een windsnelheid van 14 m/s (7 Beaufort). Dat lijkt overdreven veel in vergelijking met de andere warmtemolens, maar de energieopbrengst van een windmolen neemt meer dan evenredig toe met de rotordiameter en de windsnelheid. Bovendien was de wrijvingsvloeistof in de waterrem geen water maar hydraulische olie, die tot een veel hogere temperatuur kan worden opgewarmd. De warmte van de olie werd vervolgens via een warmtewisselaar naar het waterreservoir overgebracht. ⁶

Hernieuwde interesse in de warmtemolen

De interesse in warmtemolens herleefde een aantal jaren geleden – al gaat het voorlopig slechts om een handvol wetenschappelijke artikels. In een studie uit 2011 schrijven Duitse en Britse wetenschappers dat “afgelegen huishoudens in noordelijke regio’s eerder thermische energie vragen dan elektriciteit, en dat daarom de windmolens in deze streek geen elektriciteit maar warmte moeten leveren”. ⁷

De onderzoekers leggen de werking van de warmtemolen uit en berekenen ook de optimale prestaties van de technologie: rotatiesnelheid en koppel van zowel windrotor als waterrem moeten overeenkomen om de maximale efficiëntie te bereiken. Bijvoorbeeld, voor de kleine Savonius windmolen (0,5 m rotor diameter, 2 meter hoog) die de onderzoekers als model gebruiken, werd uitgerekend dat de diameter van het schoepenrad 0.388m moet zijn.

De warmteopbrengst van een kleine Savonius windmolen. Bron: [^7]

De onderzoekers voeren vervolgens simulaties uit bij verschillende windsnelheden over een periode van vijftig uur. Hoewel de Savonius windmolen door zijn lage snelheid niet erg geschikt is voor de productie van elektriciteit, blijkt het wel een uitstekende producent van warmte te zijn. De erg kleine windmolen produceert tot 1 kilowatt warmte bij een windsnelheid van 15 m/s (7 Beaufort). [7] Een studie uit 2013 die gebruik maakt van een prototype, berekent de efficientie van het systeem op 91%. ⁸

Een warmtemolen met een waterrem in de voet van de toren. De molen werd gebouwd door Jorgen Andersen in 1975 en stond in Serritslev. Foto door Claus Nybroe. Bron: [^11]

Het stormt niet altijd, en dus is de gemiddelde windsnelheid van minstens even groot belang. Een studie uit 2015 onderzoekt de mogelijkheden van warmtemolens in Litouwen, een klein en koud Baltisch land dat afhankelijk is van dure ingevoerde fossiele brandstoffen voor de productie van warmte. ¹²

De onderzoekers berekenen dat bij de gemiddelde windsnelheid in het land (4 m/s of 3 Beaufort), de opwekking van 1 kW warmte een windmolen vereist met een rotor diameter van 8.2 meter. Ze vergelijken dit met de warmtevraag van een energie-efficiënt nieuw gebouw verwarmd volgens de huidige comfortnormen, en concluderen dat een warmtemolen 40-75% van de warmtevraag kan dekken, afhankelijk van het energielabel van het gebouw.

Warmteopslag

Ook de gemiddelde windsnelheid wordt niet altijd gehaald, en dus heeft elke warmtemolen warmteopslag nodig – zoniet is er alleen maar verwarming als het waait. Een kubieke meter water (1 ton, 1.000 liter) kan tot 90 kilowatt-uur warmte opslaan, wat ruwweg overeen komt met één tot twee dagen warmte voor een huishouden van vier personen.

Dezelfde windmolen als op de foto erboven, van onde bekeken. De as naar de waterrem is duidelijk zichtbaar. Bron: [^6]

Genoeg warmteopslag voor een week vereist dus zeven kubieke meter water in een goed geïsoleerd reservoir, echter zonder rekening te houden met warmteverliezen (“zelfontlading” van de warmtebatterij). De Deense warmtemolens beschikten daarom over reservoirs van 10.000 tot 20.000 liter water. ⁶¹¹

De combinatie van zonneboiler en warmtemolen verkleint de nood aan energieopslag.

Een warmtemolen kan ook worden gecombineerd met een zonneboiler, die gebruik maakt van hetzelfde opslagsysteem. In dit geval wordt het mogelijk om een relatief betrouwbare warmte-installatie te bouwen zonder een al te grote opslagtank, omdat de kansen op de directe warmtevoorziening toenemen.

Het nut van alleen maar een zonneboiler is in onze streken relatief beperkt. Er is veel meer zonne-energie beschikbaar tijdens de zomer, terwijl de winter de grootste vraag naar warmte kent. De warmtemolen en de zonneboiler zijn dus complementaire technologieën in gebieden met een wisselvallig klimaat.

De mechanische warmtepomp

De meest recente en uitgebreide studies over warmtemolens (2016, 2018) vergelijken verschillende vormen van directe warmteproductie met verschillende vormen van indirecte warmteproductie voor temperaturen beneden de honderd graden. In dit geval maken de warmtemolens niet langer gebruik van een joule machine: dit nieuwer type warmtemolen produceert warmte met een mechanische warmtepomp of een hydrodynamische “motorrem” of “uitlaatrem”. ¹¹³

Een mechanische warmtepomp is simpelweg een warmtepomp zonder elektrische motor – in plaats daarvan is de rotor van de windmolen rechtstreeks verbonden met de compressor(en) van de warmtepomp. Er vindt dus een energieconversie minder plaats, en dat bespaart ruim 10% energie in vergelijking met de combinatie windturbine en elektrische warmtepomp. De hydrodynamische motorrem wordt beschouwd als een onontwikkelde technologie voor verwarming, maar ze wordt op grote schaal toegepast als extra remsysteem in zware voertuigen.

Directe-indirecte-warmteproductie

Diverse vormen van warmteproductie onderzocht in studie [^13].

Net zoals een joule machine zet een hydrodynamische motorrem kinetische energie om in warmte zonder de tussenkomst van elektriciteit, en kan ze een temperatuur tot honderd graden behalen. De motorrem en de mechanische warmtepomp hebben dezelfde voordelen als de joule machine, in de zin dat ze een stuk lichter, kleiner, en goedkoper zijn dan een elektrische generator. Wel is er in dit geval een versnellingsbak nodig omdat deze machines een hogere rotatiesnelheid vereisen.

De studie vergelijkt warmtemolens gebaseerd op een motorrem en een mechanische warmtepomp met indirecte warmteproductie door middel van een elektrische boilers en een elektrische warmtepomp. Ze vergelijkt deze vier benaderingen voor drie verschillende schaalgroottes: een kleine windmolen gericht op het verwarmen van een autonoom huishouden, een grote windmolen voor het verwarmen van een dorp, en een windmolenpark voor het verwarmen van een kleine stad. De vier verwarmingsconcepten worden gerangschikt op basis van hun jaarlijks kapitaalkosten en operationele kosten, gebaseerd op een levensduur van twintig jaar.

Over de hele levensduur beschouwd is de combinatie van warmtemolen en mechanische warmtepomp goedkoper dan een gasboiler

Voor een “off the grid” huishouden is het direct koppelen van een mechanische windmolen aan een mechanische warmtepomp de goedkoopste optie, terwijl de combinatie van een elektrische windturbine met een elektrische boiler twee tot drie keer duurder is. Alle andere concepten zitten daar tussenin. De combinatie van warmtemolen en mechanische warmtepomp is even duur of goedkoper dan een gasboiler voor de typische prestaties van kleine windmolens, die over een periode van een jaar gemiddeld 12-22% van hun maximale vermogen leveren.

De indirecte weg, waarbij de elektriciteit van een kleine windturbine wordt gebruikt door een elektrische warmtepomp, vereist daarentegen een “capaciteitsfactor” van tenminste 30% om in prijs te kunnen concurreren met een gasboiler, en dat is weinig realistisch in de meeste omstandigheden.

Decentrale warmteproductie

Ook voor grotere systemen is de combinatie van mechanische windmolen en mechanische warmtepomp de goedkoopste optie – maar grotere systemen hebben ongeveer drie keer lagere investeringskosten dankzij de voordelen van schaalgrootte. Grotere windmolens hebben een hogere capaciteitsfactor (16-40%) dan kleine windmolens, en het resultaat is dat nog grotere kostenbesparingen kunnen worden gerealiseerd.

Maar grotere systemen hebben ook een nadeel. Het opslaan van warmte mag dan efficiënter zijn dan het opslaan van elektriciteit, maar het transport van warmte is minder efficient dan het transport van elektriciteit.

\"Water brake windmill developed by O. Helgason (left), water brake with variable load system (right). Images from “Test at very high wind speed of a windmill controlled by a water brake”, O. Helgason and A.S. Sigurdson, Science Institute, University of Iceland.\" Bron: [^6]

De wetenschappers berekenen de transportverliezen voor de combinatie van mechanische windmolens en mechanische warmtepompen en concluderen dat de maximum afstand die kostenefficient kan worden overbrugd onder optimale windomstandigheden 50 km bedraagt. ¹ ¹³

De warmtemolen is dus per definitie het best geschikt voor decentrale energieproductie, waarbij warmte wordt geleverd aan een enkel huishouden of –.optimaal – aan een gemeenschap of een industrieterrein. Van zodra het systeem groter wordt, moet energie in de vorm van elektriciteit worden getransporteerd, en dan heeft het direct opwekken van warmte geen zin meer.

Verblind door elektriciteit

Warmtemolens worden ook onderzocht voor de productie van hernieuwbare elektriciteit, hoofdzakelijk omdat ze in vergelijking met batterijen een veel goedkopere en ook duurzamere oplossing bieden voor de opslag van de opgewekte energie. In deze systemen wordt warmteproductie niet als doel gezien, maar als middel voor elektriciteitsproductie. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een stoomturbine. Het opslagsysteem is identiek aan dat van een thermische zonnecentrale, maar de zonnecollectoren zijn vervangen door warmtemolens. ¹⁴

Een \"eddy current heater\". Bron: [^8]

Omdat er hogere temperaturen nodig zijn om efficient elektriciteit te produceren met een stoomturbine, gebruiken deze systemen geen Joule machine of hydrodyamische motorrem, maar een ander type voertuigrem die temperaturen haalt van 600 graden celsius (de “eddy current heater”). Maar hoewel deze technologie wel degelijk geld en energie kan besparen in vergelijking met energieopslag in elektrische batterijen, is ze aanzienlijk duurder en minder duurzaam dan het gebruik van warmtemolens voor een directe warmteproductie.

Het omzetten van opgeslagen warmte in elektriciteit is hooguit 30% efficient, wat betekent dat twee derde van de windenergie verloren gaat. Directe warmteproductie maakt het dus mogelijk om drie zoveel CO2 en fossiele brandstoffen te besparen met evenveel windmolens, die bovendien goedkoper en duurzamer te bouwen zijn. Bovendien kan de eddy current heater ook worden ingezet voor het produceren van directe warmte met hogere temperaturen, zodat het potentieel van de warmtemolen in de industrie nog groter wordt.

Bronnen:

Nitto, Dipl-Ing Alejandro Nicolás, Carsten Agert, and Yvonne Scholz. “WIND POWERED THERMAL ENERGY SYSTEMS (WTES)”. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Warmte en koude in Nederland, Agentschap NL, Ministerie van Economische Zaken, 2013. ↩︎
Monitoring Warmte 2015, ECN & CBS, April 2017. ↩︎
Energieverbruik door huishoudens, 1990-2016. Compendium voor de Leefomgeving. ↩︎
Smil, Vaclav. Power density: a key to understanding energy sources and uses. MIT Press, 2015. ↩︎
The Rise of Modern Wind Energy: Wind Power for the World. Pan Stanford Publishing, 2013. Met name hoofdstuk 13 (“Water brake windmills”, Jorgen Krogsgaard) en hoofdstuk 16 (“Consigned to Oblivion”, Preben Maegaard). ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Chakirov, Roustiam, and Yuriy Vagapov. “Direct conversion of wind energy into heat using joule machine.” Fourth International Conference on Environmental and Computer Science (ICECS 2011), Singapore, Sept. 2011. ↩︎ ↩︎
SMALL WIND ENERGY SYSTEM WITH PERMANENT MAGNET EDDY CURRENT HEATER BY ION SOBOR, VASILE RACHIER, ANDREI CHICIUC and RODION CIUPERCĂ. BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI. Publicat de Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi Tomul LIX (LXIII), Fasc. 4, 2013 ↩︎ ↩︎
Joule’s experiment: An historico-critical approach, Marcos Pou Gallo Advisor. ↩︎
Integration of Thermal Energy Storage into Energy Network, Sharyar Ahmed, 2017 ↩︎
Selfbuilders, Winds of change website. ↩︎ ↩︎
Černeckienė, Jurgita, and Tadas Ždankus. “Usage of the Wind Energy for Heating of the Energy-Efficient Buildings: Analysis of Possibilities.” Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering 10.1 (2015): 58-65. ↩︎
Cao, Karl-Kiên, et al. “Expanding the horizons of power-to-heat: Cost assessment for new space heating concepts with Wind Powered Thermal Energy Systems.” Energy 164 (2018): 925-936. ↩︎ ↩︎
Okazaki, Toru, Yasuyuki Shirai, and Taketsune Nakamura. “Concept study of wind power utilizing direct thermal energy conversion and thermal energy storage.” Renewable energy 83 (2015): 332-338. ↩︎

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. ↩︎