Openbare consultatie Rli Bijdrage op persoonlijke titel van J.B.R.M. de Jong en C.J. Arthers, beide met een lange ervaring in de energiesector (innovatie, duurzame energie, energiebesparing in industrie en gebouwde omgeving).
1. Inleiding Om voor toekomstige generaties blijvend een leefbare wereld achter te laten, dient de gemiddelde temperatuurstijging te worden beperkt tot circa twee graden. Hiertoe moet de CO2-concentratie in de aardatmosfeer rond het jaar 2100 stabiliseren op circa 450 ppm. Dit is het allesoverheersende concrete doel waar het energietransitie-beleid op gericht moet worden. Beleidskeuzes dienen dan te worden bezien in het licht van de effectieve bijdrage die ze aan dit doel leveren. Het compleet ombuigen van de Nederlandse energiesector om vrijwel geen CO2 meer uit te stoten in 2050 is een zeer grote uitdaging die enorme investeringen zal vergen. De inspanningen en de resultaten tot nu toe zijn verhoudingsgewijs niet meer dan een voorzichtige aanzet. De benodigde inspanningen en beoogde resultaten van het Energie-Akkoord zijn al van een andere orde maar brengen ons nog niet veel verder dan tot ca. een vijfde van het doel dat we voor 2050 nastreven; het leeuwendeel blijft traditioneel fossiel met navenante CO2-emissies.. De omslag, de transitie, van marginaal via klein naar de situatie dat het leeuwendeel CO2-vrij is moet nu gemaakt worden. Dat vergt ook een omslag in de benadering, het beleid, om hiertoe te komen . Ook is duidelijk dat Nederlandse inspanningen alleen zin hebben in de context van wereldwijde inspanningen – klimaatverandering is geen lokaal of regionaal fenomeen maar moet globaal worden aangepakt. En gezien de verwachte forse toename van de wereldbevolking en het even logische als terechte streven van het armere deel van de wereldbevolking om een welvaartsniveau vergelijkbaar met het onze, is een forse stijging van het globale energieverbruik onvermijdelijk, wat de CO2-opgave nog moeilijker maakt.
2. Ons advies Gegeven de geschetste problematiek, willen wij 3 hoofdinzichten onder uw aandacht brengen: 1. om de transitie mogelijk te maken moet kosteneffectiviteit op macro-economisch niveau leidend zijn in het beleid. 2. niet alleen het resultaat in 2050 is relevant als bijdrage aan de beperking van de CO2concentratie in de atmosfeer maar de cumulatieve emissiereductie tot dan (en daarna): iedere ton telt.. 3. deze transitie is van een andere orde dan wat we tot nu toe gezien hebben op dit terrein Het zal niet vanzelf gaan maar er moet worden geduwd en getrokken. Dit vereist een ongekende politieke wil en een grote mate van consensus en daadkracht van alle stakeholders. Een pragmatisme benadering is vereist van industrie tot en met NGO’s.. In het vervolg lichten wij eerst deze 3 hoofdinzichten toe (hoofdstuk 3). Daarna geven we adviezen op diverse meer specifieke aandachtsgebieden Hoofdstuk 4).
3. Drie hoofdinzichten 3.1 De noodzaak van macro-economische kosteneffectiviteit Bij het beoordelen van maatregelen en beleidsvoorstellen dient veel meer dan voorheen macroeconomische CO2-kosteneffectiviteit het leidende uitgangspunt te zijn. Dat wil zeggen de kosteneffectiviteit in termen van euro’s per bereikte ton CO2-reductie waarbij de kosten primair zonder subsidies, belasting- en/of accijnseffecten worden berekend. Er zijn meerdere redenen om dit uitgangspunt aan te houden:
Een belangrijk principe van “duurzaamheid” is zuinig omgaan met schaarse middelen. De komende decennia is veel publiek geld nodig voor het realiseren van de energietransitie. Het is uit politiek en maatschappelijk overweging noodzakelijk dat de overheid erop stuurt om de noodzakelijke bijdrage via publieke middelen te minimaliseren – en dat wordt op deze wijze bereikt.
Niet alleen om deze principiële reden, maar ook puur pragmatisch is deze benadering feitelijk onvermijdelijk. Want er zijn ook andere “concurrerende” beleidsterreinen die veel schaars publiek geld vragen om onze welvaart en ons welzijn duurzaam op peil te houden; bijvoorbeeld gezondheidszorg, infrastructuur en defensie.
Op basis van macro-economische kosteneffectiviteit kunnen verschillende maatregelen eerlijk met elkaar worden vergeleken: besparing op het eindverbruik, besparing op conversie-verliezen ( exergieverliezen), substitutie van fossiele brandstoffen door CO2-arme varianten, CCS, het inzetten van duurzame energiebronnen, ...
Met dit uitgangspunt worden sub-optimalisaties en marktverstoringen zoveel mogelijk voorkomen (verdringing van effectieve door veel minder effectieve maatregelen). Perverse effecten van stimuleringsmaatregelen kunnen hiermee worden vermeden (bijvoorbeeld dat wind- of zonneenergie installaties met subsidie (stel 10 c/kWh) zonder ingrijpen van de TSO pas afschakelen als de marktprijs tot op -10 c/kWh gedaald is, of dat enorme investeringen in duurzame elektriciteitsproductie feitelijk geen resultaat behalen omdat hiermee meer ruimte ontstaat onder het emissiehandelssysteem. Een derde voorbeeld: warmtepompen die, hoewel macroeconomisch erg effectief, nu “gestraft” worden doordat per saldo meer energiebelasting betaald moet worden. Het gescheiden houden van productie en verbruik is in dit verband ook belangrijk; de impliciete subsidiëring van bijvoorbeeld productie met zon-PV via verminderde belasting op elektriciteitsverbruik terwijl het elektriciteitsverbruik daardoor niet minder wordt, is zo’n “verdoezelend” voorbeeld. Maak de subsidie in de toekomst zoveel mogelijk expliciet (voorbeeld: EEG in Duitsland).
Bij het berekenen van de kosteneffectiviteit staat in de noemer de CO2-emissiereductie. Om die correct te bepalen is een juiste keuze van de referentiesituatie essentieel (wat wordt de toekomstige emissie als de maatregel wel en wat als die niet wordt uitgevoerd?). Met name bij elektriciteit speelt het probleem dat minder of meer verbruik ergens in dat grote (internationaal) verbonden systeem tot meer of minder emissie leidt. Bovendien leiden maatregelen ook tot structurele effecten: ze beïnvloeden niet alleen de bedrijfsvoering maar ook investeringen in het “referentiesysteem” en daarmee de toekomstige bedrijfsvoering en emissies. Dit is een vrij complex geheel met de nodige onzekerheden. Belangrijk is een goed onderbouwde en uniforme systematiek te hanteren. Situaties zoals die zich tot nu toe veel voorgedaan hebben, waarbij er nogal willekeurig “geshopt” wordt uit beschikbare referenties (keuze voor wat het best past) moeten voorkomen worden; veelal wordt de geclaimde emissiereductie van maatregelen nu niet alleen bepaald door de getroffen maatregel en wat er fysiek gebeurt, maar voor een belangrijk deel door zoiets irreëels als de branche of sector/het bedrijf/de instelling waar de maatregel wordt getroffen. Voortzetting van deze praktijk leidt tot ongewenste en dure sub-optimalisaties. Een bekend/berucht voorbeeld is WKK waar 2 sectoren elkaar qua elektriciteitsproductie ontmoeten (energie en industrie) en grote verschillen in energiebesparing/CO2-emissiereductie berekend worden als gevolg van fors verschillende referentierendementen voor elektriciteit). Het gaat hierbij om ingesleten gewoontes en om grote belangen; deskundigheid en sterk leiderschap zijn derhalve ook hier noodzakelijk.
3.2. Niet alleen de reductie in het jaar 2050 alléén zou de doestelling moeten zijn, maar tevens maximalisatie van de cumulatieve reductie Het moet niet alléén gaan om de CO2-emissie reductie in enig jaar (2050). Voor het effect op de globale gemiddelde temperaturen gaat het om de maximalisatie van de cumulatieve reductie tot 2100 (de datum wanneer de globale temperatuur gestabiliseerd moet zijn op een niveau 2 graden hoger dan nu). Anders gezegd: hoe sneller de emissiereductie gerealiseerd wordt, hoe meer er gereduceerd wordt, hoe beter. Het formuleren van minimale tussendoelen en het incorporeren van incentives voor snellere realisatie moet daartoe in het beleid opgenomen worden. Voor te snelle uitvoering van maatregelen hoeft in dit verband geen angst te bestaan, omdat eventuele onrijpheid van technologieën in ontwikkeling zich automatisch vertalen in lagere kosteneffectiviteit (hoge investering,
korte afschrijftermijnen, hoge kosten voor onderhoud, risico-opslag, …). Innovatie ter bevordering van potentieel waardevolle technologieën blijft wel een belangrijk beleidsterrein (zie onderstaand). Een goede strategie in deze is om reeds kosteneffectieve technologieën (bijvoorbeeld energiebesparing) direct op grote schaal in te zetten en daarnaast innovatie te stimuleren in veelbelovende technologieën. Elke nieuwe technologie wordt dan op grotere schaal ingezet op het moment dat deze rijp wordt en (relatief) kosteneffectief. Deze strategie zal hoogstwaarschijnlijk een andere prioritering opleveren dan met het huidige duurzaamheidsbeleid. Innovatie Het belang van innovatie kan niet genoeg benadrukt worden. Er zijn diverse hoopvolle technologische ontwikkelingen die potentieel een grote bijdrage aan het (versneld) kosteneffectief bereiken van de doelstellingen kunnen leveren, maar het voorlopig in een strikte macro-economische benadering nog niet redden en zonder steun wellicht helemaal niet. Dergelijke innovaties moeten derhalve met publieke middelen in hun ontwikkeling tot rijpheid gesteund worden; echter: daarbij dienen wel de “kans op succes”, de potentiele reductiemogelijkheden en de kosten voortdurend kritisch gemonitord te worden met de nodige go/no-go beslismomenten voor vervolgsteun. Die monitoring dient door deskundigen te gebeuren waarbij onafhankelijkheid belangrijk is - niet (geleid) door onderzoeksinstituten/ universiteiten/bedrijven die zelf een belang hebben bij R&D en bij het verkrijgen van fondsen daarvoor op dat gebied. Overigens is goede internationale samenwerking vereist want dat kan erg bijdragen aan effectieve ontwikkeling: maximale synergie nastreven (niet allemaal afzonderlijk aan dezelfde ontwikkeling werken of opnieuw het wiel uitvinden). Omgang met onzekerheden Inzet van excellente deskundigheid en tegelijk onafhankelijkheid op alle gebieden die in dit traject van belang zijn is essentieel. Echter zelfs dan zijn onzekerheden in onderliggende factoren bij de berekening van de macro-economische kosteneffectiviteit onvermijdelijk. Aannames moeten gedaan worden. Allerlei onvoorziene ontwikkelingen zowel nationaal als in EU verband als op mondiaal niveau kunnen er in de loop der jaren toe leiden dat deze aannames bijgesteld moeten worden. Dit kan bijvoorbeeld gelden voor brandstofprijzen, macro-economische factoren, maar ook de ontwikkeling van referentie rendementen, snellere of juist tragere technologische ontwikkelingen, enz. Daarom is het zaak om regelmatig de aannames te toetsen en zo nodig bij te stellen ten behoeve van toekomstige projectkeuzes. Dit zou om de 5 jaar gedaan kunnen worden, maar sneller kan ook; belangrijk is wel dat het de voortgang van de uitvoering om tot het doel te geraken niet (wezenlijk) in de weg staat.
3.3 Deze energietransitie gaat niet vanzelf Vorige energietransities zoals van paardenkracht naar olie of van kolenkachel naar aardgas waren ingegeven door de economische voordelen van de nieuwe technologie en genereerden derhalve hun eigen momentum. De huidige energietransitie is echter anders. Die brengt juist hogere kosten met zich mee. Het beleid tot nu toe op dit terrein is niet meer dan een voorzichtige aanzet. De uitvoering van het Energie-Akkoord moet al tot een beduidend groter aandeel leiden, maar het leeuwendeel van de energievoorziening blijft dan nog op de traditionele, fossiele, basis plaatsvinden met navenante CO2-emissies. Tot 2050 moet de echte ommekeer in de verhoudingen plaatsvinden, waarbij de niet fossiele, CO2-vrije, energievoorziening heel dominant wordt. . Om deze uitdaging aan te pakken is een sterke politieke wil en leiderschap nodig. Moeilijke besluiten zullen moeten worden genomen en leiderschap getoond om de hoge kosten te rechtvaardigen en om gevoelige projecten goed en deskundig, onderbouwd een kans te geven (bijvoorbeeld bij NIMBY gevoelige zaken of het geven van een tweede kans aan CCS in Nederland of een nieuwe generatie intrinsiek veilige kerncentrales). De politiek dient transparant en expliciet te zijn over doel en de noodzaak daartoe, effecten en echte kosten van maatregelen. Weliswaar kan dit op korte termijn in politiek en publieke opinie tot
(negatieve) “schrik”-effecten leiden, maar door consequent het doel en de noodzaak helder te blijven maken zal dit op den duur een veel erger publiek/politiek boemerangeffect kunnen voorkomen. In het internationale debat is het belangrijk dat Nederland een actieve rol speelt in het tot stand brengen van de afspraken die noodzakelijk zijn voor het aanpakken van klimaatverandering (Parijs, eind 2015). Internationale samenwerking komt de macro-economische effectiviteit ten goede op mondiale schaal en ook in Nederland.
4. Specifieke aandachtsgebieden In dit hoofdstuk geven we adviezen voor specifieke aandachtsgebieden.
4.1 Energiebesparing Energiebesparing is de meest kosteneffectief aanpak om bij te dragen aan het halen van de doelstelling. Publiek geld in energiebesparing gestoken is (macro economisch) vrijwel altijd beter besteed dan in grootschalige duurzame energie. En energiebesparingstechnologieën en ervaringen kunnen net zo goed innovatief en exporteerbaar zijn als andere duurzame technologieën. Zie praktische voorbeelden bij Industrie en Gebouwde Omgeving hieronder. Ook in andere sectoren kunnen grote reducties in energieverbruik worden behaald. Denk bijvoorbeeld aan de landbouw- en voedselsector waar succesvolle innovatie in productie en marketing van vleesvervangers sleutel zou kunnen zijn tot een efficiënter keten en lagere energievraag (naast de nog grotere voordelen voor landgebruik, watergebruik, etc).
4.2 Warmte Warmte speelt een belangrijke rol als het gaat om CO2-emissies in ons land niet alleen als nuttig product, maar het is ook de vorm waarin energie/exergie verloren gaat. Als product wordt het vrijwel uitsluitend met aardgas geproduceerd; er was immers lange tijd ontzettend veel tegen lage kosten beschikbaar. Aardbevingen in Groningen en de ongewenstheid van schalie- en Russisch gas hebben deze gedachte definitief tot staan gebracht. Vanwege de hoge kosten van transport en lage kosten van productie is warmte-opwekking typisch iets dat decentraal, dicht bij de eindgebruiker, plaatsvindt (enkele grootschalige stadsverwarmings-projecten en eventueel warmtenetten op grote industriële complexen zouden anders getypeerd kunnen worden). Hieronder wordt op 2 hoofdgroepen van warmtegebruikers ingegaan: Ruimteverwarming (Gebouwde omgeving en Glastuinbouw)
We moeten zo snel mogelijk af van de enorme exergieverspilling (en bijbehorende CO2-emissie) die hier decennia lang heeft plaatsgevonden. Bij nieuwbouw is dat al in meer of mindere mate het geval: vooral in de gebouwde omgeving, maar ook in de glastuinbouw zijn hier hoopvolle ontwikkelingen gaande
Vergaande isolatie in de bestaande bouw (macro-economisch in het algemeen erg kosteneffectief) in combinatie met het gebruik van warmtepompen is hier, specifieke uitzonderingen daargelaten, de weg. Door de isolatie gaat het bestaande verwarmingssysteem vanzelf richting lage-temperatuur hetgeen gunstig is voor de COP van de warmtepomp en daarmee voor de CO2-emissiereductie. Meest kosteneffectief lijken hier (ook hier specifieke uitzonderingen daargelaten) lucht/water warmtepompen te zijn waarbij primair eventueel aanwezige mechanische afzuiglucht (mechanische ventilatie wordt om gezondheidsredenen bij isolatie steeds belangrijker) aangevuld met buitenlucht of anders buitenlucht alleen als duurzame bron dient. Hier is overigens vanwege de aanwezigheid van de waardevolle aardgasinfrastructuur nog wel een rol voor aardgas weggelegd: in geval van een piekvraag naar warmte kan de ketel dan bijspringen. De capaciteit van de warmtepomp kan hiermee beperkt worden hetgeen de kosteneffectiviteit ten goede komt. Voorbeeld: met 40% van de max gevraagde capaciteit kan een warmtepomp ca. 80% van de jaarlijkse warmtebehoefte voor verwarming dekken. Kortom: een optimalisatie vraagstuk. Belangrijk is wel dat het kennisniveau in de installatiebranche structureel verbetert en de neiging om installaties met een te grootte capaciteit te verkopen/installeren wordt beteugeld (uiteraard de goede bedrijven niet te na gesproken). In elk geval ligt er een groot
potentieel in de bestaande bouw met name in de periode tot 2050 omdat dan het gebouwenbestand dat nu al 25 jaar of ouder is dan vrijwel vervangen zal zijn. Dat geldt ook in de glastuinbouw, maar onzekere marktomstandigheden en het micro-economisch hanteren van korte afschrijvingstermijnen maken hier de macro-economische benadering mogelijk des te belangrijker.
Het beter gebruikmaken van (passieve) zonne-energie in de bestaande bouw (ramen op het zuiden) en vooral in de glastuinbouw (een grote zonnecollector) biedt ook veel mogelijkheden die kosten-effectiever kunnen zijn dan actieve systemen
Het gebruik maken van eventueel beschikbare restwarmte in de omgeving kan aantrekkelijk zijn, mits hoeveelheid en kwaliteit (temperatuur) niet het gevolg zijn van een exergetisch slecht proces bij de leverancier. In dat geval moet bekeken worden wat het verstandigste is: restwarmte afnemen, proces verbeteren + woningen isoleren + warmtepompen, of combinaties van beiden. In de glastuinbouw kan geothermie nog een interessante optie zijn hoewel het een eindige bron is. Belangrijk aspect daar: hoe te voorzien in CO2 bemesting.
Industrie De warmtevraag kent hier in tegenstelling tot ruimteverwarming een hoge equivalente vollastbedrijfstijd (= warmtehoeveelheid (kWh)/ max. capaciteit (kW); typische waarde 4000- 8000 uur per jaar tegen typisch 1000-1500 voor ruimteverwarming) en de exergetische kwaliteit, temperatuur en soort (latent (stoom) en voelbaar) van de warmte zijn aanmerkelijk hoger (d.w.z. verder verwijderd van omgevingstemperatuur).
Hier ligt nog een groot macro-economisch interessant emissiereductiepotentieel. Er zijn echter enkele redenen waarom dit braak blijft liggen: de industrie hanteert hierbij heel korte terugverdientijden (max 3 jaar). Daarenboven zijn de energietarieven laag (weinig energiebelasting) waardoor op micro-economisch niveau de kostenbesparing gering is. En tenslotte gaat de energie-intensieve industrie vaak nogal “creatief” om met referenties. De noodzaak van het hanteren van uniforme referenties en van een macro-economische benadering is hier duidelijk.
Het internationale concurrentieveld speelt hier een voorname rol. Voorkomen moet worden dat door (beleids-)maatregelen emissies zich verplaatsen naar het buitenland zonder dat ze werkelijk tot CO2-emissiereductie leiden en wij hier alleen met welvaartsverlies blijven zitten.
De energie-intensieve industrie kan ook een belangrijke kosteneffectieve bijdrage leveren om het elektriciteitssysteem in kritische situaties flexibeler te maken. En dat niet alleen met afschakelcontracten, maar ook door in geval van zeer lage marktprijzen (bij heel veel wind en/of PV) zogenaamde Power to Heat (P2H) toe te passen om stoom te maken (elektrische stoomgeneratoren zijn relatief erg goedkoop). Weliswaar is dit exergetisch gezien niet optimaal, maar als het alternatief is dat vanwege systeemeisen (minimale regelmarges) windparken teruggeregeld of stilgezet moeten worden is dit de betere optie. Bovendien zijn bij deze industrie vaak WK-installaties in bedrijf die zeker in genoemde omstandigheden zeer onrendabel zijn. Door deze dan stil te zetten snijdt het mes aan 2 kanten (inzet “overschot”- elektriciteit van wind/PV én tegelijk beperking “overschot”-productie WK). Exergieverlies minimalisatie, debottlenecking en procesintensificatie zijn belangrijke aanknopingspunten voor kosteneffectieve maatregelen.
Er ligt nog steeds een groot WK-potentieel in de industrie (“Het vergeten WK-potentieel”) met name wat betreft proces-geïntegreerde WKK. WKK wordt in ons land vrijwel vereenzelvigd met aardgas als brandstof. Ondanks de momentaan hoge gasprijs en lage waarde van elektriciteit zou ontsluiting van dit potentieel macro-economisch weleens erg effectief kunnen zijn. Maar bovendien kan WKK ook met andere brandstoffen bedreven worden (bv. biomassa en/of industriële rest-gassen/-stoffen).
4.3 Elektriciteitsopwekking Elektriciteitsproductie via de thermische route
Ruim 90% van de elektriciteit wordt in ons land nu via deze route geproduceerd (fossiel, afval, biomassa, kernenergie). De economy-of-scale is hier sterk positief van invloed op de kosteneffectiviteit: Specifieke investering (€ /kW) zijn laag evenals specifieke bedrijfskosten (onderhoud en bedrijfsvoering) Exergieverliezen zijn kleiner waardoor hogere rendementen behaald worden (relatief geringe spleet-, lek- en turbulentieverliezen door gunstigere volume/oppervlakte en oppervlakte/diameter verhoudingen). Tevens kunnen daardoor zowel aan de hoge temperatuurkant van de thermodynamische cyclus (bv met gasturbines) als aan de lage temperatuurkant (condensor) kosteneffectief extremere condities behaald worden waardoor veel meer exergie benut wordt . Dit geldt ook bij WKK zij het dat hier de warmtevraag limiterend kan zijn. Maar industriële WKK (zie onder Industrie) is daarom, maar zeker ook vanwege de hoge bedrijfstijd, macro-economisch beduidend kosten-effectiever dan bij toepassing voor ruimteverwarming en is in het licht van de doelstellingen wellicht rijp voor een revival. De beleidspijlers “Betaalbaar-Betrouwbaar-Schoon” zijn al vele decennia van kracht en hebben geleid tot de relatief goedkope en vooral betrouwbare voorziening die we nu hebben. Het lijkt echter enigszins “pervers” dat in de huidige marktsystematiek de partijen die de goedkoopste stroom maken en zorgen voor betrouwbaarheid van het systeem verliezen leiden, terwijl degenen die alleen op het punt “schoon” goed scoren met behulp van publiek geld wel zwarte cijfers kunnen schrijven. De hoge leveringszekerheid is echter geen vanzelfsprekendheid en er zal waardering voor moeten komen (het huidige marktmechanisme lost dit niet op). Een capacity-tariff zoals nu al in enkele landen geïntroduceerd zou een oplossing kunnen zijn, waarbij marktprikkels de kosten wel zoveel mogelijk moeten minimaliseren. Belangrijk is tevens een uniforme benadering met ons omringende landen maar nog beter op EU niveau in plaats van verschillen in benadering, want die leiden tot dure suboptimalisaties. Duurzame elektriciteitsopwekking met wind en zon Voor het bepalen van de grote van de rol van deze bronnen in de toekomst is de macro-economische benadering wederom van essentieel belang. Naast de kosten van de technologie zelf dient hierbij rekening gehouden te worden met de noodzaak voor extra net infrastructuur, opslag, en back-up capaciteit die met deze bronnen onlosmakelijk verbonden zijn. Een recente studie van het CPB liet zien dat zonne-energie door de mismatch tussen vraag (peak = winter) en aanbod (80% in zomer) in NW Europa niet verwacht mag worden meer dan een paar procent van de energievoorziening in 2050 voor zijn rekening te nemen. Windenergie is voor deze regio een meer geschikt duurzame bron. Afvalverbrandingsinstallaties (AVI’s ) 1
De huidige (eerste) generatie AVI’s kennen een bescheiden elektrisch rendement van typisch 22% . Belangrijke oorzaak hiervoor is de samenstelling van het afval waardoor hoge temperaturen (en daarmee rendementen) niet toelaatbaar zijn in de thermodynamische cyclus. Ook aan de lagetemperatuur kant gaat veel exergie verloren (hoge condensortemperaturen). Met warmtelevering worden de matige elektrische prestaties soms gecompenseerd: brandstofbesparing elders leidt in de hele keten tot energiebesparing/CO2-emissiereductie Maar mede omdat AVI’s tot nu typisch 80% van hun inkomsten binnenkrijgen met het afval van de leveranciers (burgers) is de aandacht voor energetische verbetering beperkt. Mede daarom is hun streven veelal om liever laagcalorisch afval te verbranden omdat daarmee (binnen de technische marges van de installaties) en bij dezelfde thermische belasting van de installatie veel meer tonnen (lees: meer inkomsten) verwerkt kunnen worden. Door betere scheiding neemt het afvalaanbod voor AVI’s af. Mede daarom is er nu overcapaciteit. Als de huidige generatie afgeschreven is, is het echter tijd voor een nieuwe generatie met veel betere energetische prestaties. Vergassing van afval kan niet alleen tot hogere elektrische rendementen 1
Door een slimme thermodynamische koppeling met een elektriciteitscentrale (WKC) haalt de bestaande AVI-Moerdijk overigens een beduidend hoger rendement (ca. 28%).
leiden, maar de tussenproducten H2 en CO kunnen ook de basis vormen van vele andere waardevolle producten (chemische (tussen-)producten, meststoffen, vloeibare brandstoffen , etc.). Omdat er veel parallellen zijn met de behandeling van (rest-)biomassa wordt daar verder naar verwezen (zie onder) Flexibiliteit Meer flexibiliteit is benodigd gezien alle plannen met intermitterende bronnen. Er bestaan verschillende opties hiervoor. De een kan een grotere bijdrage leveren dan de andere. Het ziet ernaar uit dat een combinatie van alle opties nodig is: het vergroten van internationale transportmogelijkheden/verminderen van transportbeperkingen (“op naar de koperen plaat”) lijkt een kosteneffectieve manier om veel meer zon-PV en windenergie te kunnen accommoderen. Het gebruik maken van de IT-mogelijkheden (die steeds goedkoper worden en daardoor rendabeler op steeds kleinere schaal) maakt dynamic pricing mogelijk en bevordert demand-sidemanagement tot op particulier huisniveau en draagt bij aan meer flexibiliteit). steekwoorden: smart homes, smart grids, …. Omdat er bij veel zon-PV belemmeringen in de distributienetten ontstaan kan ook hier IT (en pricing) voor enige verlichting zorgen. Vanwege de lange perioden die moeten worden overbrugd (typisch de tijd dat een periode met lage luchtdruk gebieden in onze contreien wordt afgewisseld door hoge luchtdruk, dus orde grootte weken ) is echte opslag (uitgezonderd de bestaande reservoirs in het midden- en hooggebergte) niet haalbaar. Het eerder genoemde Power-to-Heat bij de industrie kan een kosteneffectieve bijdrage leveren. Hoewel er in R&D kringen veel belangtelling is voor Power-toGas (P2G) lijkt het een erg dure optie met een laag energetisch rendement. Accu’s: lijken macro-economisch niet erg aantrekkelijk (zie onder 4.4). Wel kunnen accu’s in elektrische voertuigen in combinatie met bv smart homes in enige flexibiliteit voorzien (slim laden en eventueel ook ontladen) Een belangrijke en kosteneffectieve rol zullen de komende decennia thermische elektriciteitsproductie-installaties blijven spelen. Er is nu al veel aandacht om bestaande installaties op dit punt nog flexibeler te maken Next generation kernenergie Een veelbelovende nieuwe technologie die opdoemt lijkt de MSR (Molten-Salt-Reactor) te zijn. Deze kan ofwel met thorium als splijtstof ofwel met radioactief afval van conventionele kernenergie gevoed worden. Bijkomend belangrijk voordeel van het laatste is dat het een belangrijke bijdrage kan leveren aan de oplossing van het hardnekkige probleem van het bestaande kernafval. De technologie kent in tegenstelling tot conventionele kernenergie nauwelijks veiligheids- of afvalproblemen hetgeen op het gebied van investeringskosten een groot voordeel oplevert. Er is nog wel ontwikkeling nodig, maar de procescondities zijn dusdanig moderaat dat die zeker overkomelijk lijken (in tegenstelling tot bij de reeds lang bestaande belofte kernfusie waar uiterst extreme temperaturen en daarmee problemen overwonnen moeten worden). Internationaal zijn er al diverse bedrijven actief op dit vlak; wellicht dat NL-participatie in de ontwikkeling (volgens de eerder onder Innovatie aangegeven benadering) niet alleen tot het kosten-effectiever bereiken van de doelstelling kan leiden, maar ook tot andere economische voordelen voor NL kan leiden.
4.4 Transport Behalve bij railvervoer (aantrekkelijk over korte én lange afstanden) lijkt elektriciteit bij vervoer (personen en vracht) alleen over korte afstanden aantrekkelijk te kunnen zijn. Bottleneck om de gebruikelijke actieradius (ca. 1000 km) te kunnen bereiken: de (elektrochemische) accu. Er is (nog) geen zicht op doorbraaktechnologieën die er voor zorgen dat dit vervoer mogelijk is voor beduidend minder dan 200 kg accu per 100 km actieradius (personenauto), maar ook fundamenteel gezien lijkt een dergelijke doorbraak onwaarschijnlijk. Bovendien is laden een tamelijk tijdrovende bezigheid. Hoogstens zijn er incrementele verbeteringen mogelijk. Ook zijn deze accu’s duur (minstens € 200/kWh), vergen ze schaarse grondstoffen (recycling noodzakelijk) en zijn de CO2-emissies bij de productie niet te veronachtzamen . Kortom: macro-economisch is de haalbaarheid en wenselijkheid van dit soort elektrisch vervoer twijfelachtig. Besparing via slimme aanleg van infrastructuur en slimme besturing van verkeersstromen (interactief met individuele voertuigen) zullen in de nabije toekomst
macro-economisch meer aantrekkelijk zijn. De brandstofcel zou macro-economisch een aantrekkelijke optie kunnen worden. Echter daar is gezien de huidige status nog veel ontwikkeling in de hele keten (brandstofproductie en brandstofcel) nodig om het de gesubsidieerde nichemarkt te laten ontgroeien. In de vervoersector (inclusief lucht- en scheepvaart) zullen vloeibare brandstoffen een belangrijke rol blijven spelen. (Rest-)Biomassa kan in principe voor vervanging van fossiel zorgen: zie hieronder. Via de vergassingsroute kunnen hoogwaardige brandstoffen gemaakt worden (zoals voor luchtvaart en wegtransport) en via pyrolyse goedkopere minder-hoogwaardige brandstoffen voor bijvoorbeeld de (internationale) scheepvaart. Bij de verbrandingsmotoren zoals nu in gebruik zijn hoogstens nog incrementele verbeteringen te verwachten. Theoretisch zijn er zeker nog flinke stappen mogelijk, maar praktisch sneuvelen die vanwege het gevecht om besparing op massa en volume die met het voertuig meegesleept moeten worden en energie vergen. 4.5 Biomassa In verhouding tot onze energiebehoefte beschikt NL over relatief weinig biomassa voor energietoepassingen (dichtbevolkt, hoog ontwikkeld,..). De schaarse dure grond die we beschikbaar hebben wordt gebruikt voor de teelt van hoogwaardige biomassa (voedsel, veevoer, bloemen en planten, farmacie, ..). Verder is een belangrijk deel van onze grond voor natuur ontwikkeling bestemd; puur macro-economisch beschouwd erg duur maar dat wordt gecompenseerd door de waarde die we aan deze natuur om diverse redenen (kunnen) toekennen. Belangrijk is wel dat we met het restant van de teelt en verwerking van de hoogwaardige biomassa zo effectief mogelijk omgaan. Dat geldt ook voor andere reststromen. De aloude “Ladder van Lansink” is hier nog steeds op zijn plaats, maar kan inmiddels net voor de stap verbranding met nuttige energie terugwinning aangevuld worden met (bio-) raffinage en daarmee zijn we bij wat de Bio-Based-Economy wordt genoemd. Daar vinden internationaal hoopvolle ontwikkelingen plaats, maar in algemene termen is ook hier nog veel ontwikkeling (Innovatie, zie ) benodigd. Wereldwijd bezien is de situatie anders. Er is in principe nog veel biomassa beschikbaar. Wel zijn er restricties in het gebruik ervan. Voorwaarde voor het inzetten van biomassa tegen klimaatverandering is wel dat er sprake is van duurzaam geproduceerde biomassa waarbij rekening is gehouden met alle broeikasgasemissies in de keten (life-cycle analysis) en aspecten als indirect land use change en koolstofschuld. Anders is het risico aanwezig dat er niet minder maar meer CO2-emissies resulteren. Emissies in de keten zijn in de huidige praktijk niet een spelbreker. De emissies van o.a. pelletisering en vervoer over het Atlantisch oceaan voor houtpellets uit British Columbia en Zuidoost VS zijn in de orde van 10%-20% van de emissies van het verbranden van kolen zodat op LCA basis CO2-reducties van 80-90% gerealiseerd kunnen worden door directe vervanging van kolen in Nederlandse kolencentrales. Het risico van ILUC treedt op vooral bij vloeibare biobrandstoffen die geteeld worden op landbouwgrond en agrarische (voedsel) productie kunnen verdringen. Recente onderzoek laat zien dat bewuste inspanningen om tot productiviteitsverhoging en beter benutting van bestaande areaal te komen, ILUC kunnen voorkomen. Voor houtige biomassa (in de komende plm. twintig jaar effectief in te zetten voor elektriciteitsproductie – daarna is de technologie waarschijnlijk ontwikkeld om uit houtige biomassa de veel waardevoller vloeibare brandstoffen te maken) is de risico van direct of indirecte verdringen van voedsel of voeder in het algemeen laag. Dit omdat de relatief lage opbrengsten per jaar per hectare betekenen dat bosbouw landbouw niet kan verdringen. Carbon debt terugverdientijden daarentegen kunnen wel een risico zijn gezien de relatief lange omloopsnelheid van bosbouw. Om een werkelijke bijdrage aan atmosferische CO2-reducties te bereiken in de benodigde tijdschaal (d.w.z. vóór 2100) is noodzakelijk dat het gebruik van houtige biomassa substantieel meer fossiele CO2-emissies vermijdt dan anders door natuurlijke groei (of andere relevante “business as usual” scenario zonder biomassaproductie) zou worden vermeden. Bij gebruik van primaire en secondaire reststromen van de bosbouw en houtindustrie wereldwijd en de laagwaardige co-producten (dunningen en kleinere bomen bij eindkap) van snelgroeiende productie bossen in klimaatzones zoals het zuiden van de VS wordt aan deze voorwaarden voldaan. Het is niet wenselijk uit klimaat oogpunt langzaam groeiende bossen primaire in te zetten voor energie. Ten eerste duurt het in dit soort bossen te lang voordat carbon debt terugverdiend wordt en ten tweede is het gebruik van het hoge kwaliteit hout uit het bos voor
constructie doeleinden altijd CO2-technisch een beter alternatief. Voor dit soort bossen is het dus alleen wenselijk het kwalitatief minder hout in te zetten voor energie. De recent afgesproken Nederlandse biomassa duurzaamheidscriteria zorgen dat aan deze eisen voor ILUC en carbon debt worden voldaan. Biomassa en dan vooral jonge biomassa (eenjarige biomassa zoals agro-producten en residuen) bevat waardevolle, en, voor alle levensvormen, essentiële mineralen waaronder fosfor. Tot nog toe gaat een belangrijk deel hiervan verloren en belandt uiteindelijk opgelost in zeeën en oceanen. De voorraden winbare fosforverbindingen in de wereld zijn eindig en bovendien slechts in enkele landen voorradig. Terugwinning ervan zal overal waar biomassa gebruikt wordt een belangrijk onderdeel van duurzaamheidsbeleid; bijvoorbeeld bij restanten van voeding nadat deze mens en dier (veeteelt) hebben verlaten, maar ook bij andere vormen van biomassa gebruik tot en met thermische conversie. Het relatief hoge gehalte aan mineralen zorgt voor een laag smeltpunt van de assen waardoor deze jonge biomassa niet erg geschikt is om (mee) te verbranden; dit in tegenstelling tot oude biomassa (hout). Voor een optimale bio-based economy zijn de volgende technologieën belangrijk: (bio-) raffinage: het op fysische en bio-chemische manier onttrekken van waardevolle componenten Pyrolyse: dit maakt het mogelijk om agro-residuen bijvoorbeeld van graan- en rijstteelt geschikt te maken voor transport waarbij: o De mineralen upstream blijven en als meststoffen hergebruikt kunnen worden; vanwege de moderate temperatuur van het proces blijven deze goed ontsluitbaar. o Om uit de pyrolyse olie effectief waardevolle bio-chemische bouwstenen uit de (rest)biomassa te halen, maar bijvoorbeeld ook brandstoffen met een kwaliteit zoals voor de scheepvaart voldoende is (via een lichte thermo-chemische behandeling) o Te gebruiken als brandstof voor elektriciteitsproductie al dan niet via meestoken o Het kan ook een voorbehandeling voor vergassing (zie hierna) zijn, die de hele keten kosteneffectiever maakt; Vergassing (met geconcentreerde zuurstof): hierbij worden de koolwaterstof-verbindingen in de (rest-) biomassa afgebroken tot elementaire H2 en tot CO. Van daaruit kunnen met bekende technieken weer diverse waardevolle en zuivere moleculen opgebouwd worden tot hoogwaardige producten: chemische producten, kunstmest (via NH3), hoogwaardige brandstoffen en ook elektriciteit (flexibel en met een hoog rendement). Vergisting van daarvoor in aanmerking komende rest-biomassa kan een stap zijn, maar blijft veelal een deeloplossing: het meeste organische materiaal blijft in het digestaat achter. Een integrale behandeling na mechanische en thermo-fysische scheiding (ontwateren en drogen) kan daarom aantrekkelijker zijn (minder stappen). 4.6 CCS Deze technologie waarbij koolstof als CO2 en dus als gas (volumineus) met veel massa (dus met ca. 2,5 maal zijn eigen gewicht) terug in de bodem gestopt wordt kan mogelijk toch uiteindelijk een kosteneffectieve en noodzakelijke stap zijn om de doelstelling te halen. De afvang zal moeten beginnen bij industriële processen waar CO2 in geconcentreerde vorm en in voldoende mate beschikbaar komt om wellicht via rookgassen uit steenkool en biomassa (negatieve emissies mogelijk) te eindigen bij rookgassen met lage CO2-concentraties (bv bij aardgasverbranding). Daar waar CO2 nodig is zoals in de glastuinbouw (en bij algenteelt) moet productie via verbranding voorkomen zien te worden door vrijkomende CO2 te benutten. Hergebruik van CO2 (CCU) kan mogelijk ook elders zinvol zijn om per saldo kosteneffectief emissiereductie te bewerkstellingen. Het mineraliseren van CO2 (bv met olivijn) kan verder ook nog een interessante route blijken te zijn waarbij het product gebruikt kan worden bijvoorbeeld als grondstof voor weg- en waterbouw (dijkverhoging).).
