Cijfers omtrent energie

Laboratory for Plasma Physics

ERM-KMS

Cijfers omtrent energie

J. Ongena, D. Van Eester en F. Durodié Vlaamse Wetenschapsweek, 19-24 oktober 1998



ERM-KMS

Energieverbruik Om aan de immer groeiende energiebehoeften van onze maatschappij te voldoen staan verschillende methodes ter beschikking om energie te “produceren”. Strikt genomen wordt energie echter niet “geproduceerd” doch slechts omgezet van één energievorm in een andere. Zo wordt mechanische windenergie door windmolens bvb. omgezet in elektrische stroom. Bij energieproductie wordt gebruik gemaakt van drie beschikbare energiereservoirs: -

de energie afkomstig van de zon (die ofwel direct kan afgetapt worden, ofwel onttrokken uit de wind, de rivieren, of -mits het aanspreken van een lang geleden door fotosynthese gecreëerd reservoir- fossiele brandstoffen), energie uit het systeem aarde-maan (getijden en geothermische energie) en energie uit atoomkernen (kernversmelting van lichte atoomkernen of splijting van zware atoomkernen).

Bij de bespreking van het energieverbruik dient men onderscheid te maken tussen de primaire energie beschikbaar aan het begin van het energieomzettingsproces en de energie die daadwerkelijk door de verbruiker benut kan worden. Deze twee grootheden verschillen van mekaar omdat energieomzetting van één energievorm naar een andere onvermijdelijk verliezen met zich meebrengt. Voor het specifieke geval van de opwekking van elektriciteit wordt bvb. slechts de helft tot één derde van de energie effectief omgezet in op het elektriciteitsnet beschikbare energie. Niet alle primaire energie wordt aangewend om elektriciteit te produceren. Zo wordt in ons land slechts ongeveer een derde daarvoor gebruikt. Het overige deel wordt gebruikt in de vervoerssector, voor verwarming, in de industrie, enz....



ERM-KMS

Gemiddeld verbruik van primaire energie per persoon De onderstaande tabel geeft een idee van de jaarlijkse energiebehoeften. De eerste kolom geeft het land aan, de tweede het aantal inwoners en de derde het gemiddeld jaarlijks verbruik van primaire energie per persoon in 1996. Merk op dat de levensstandaard van een land nauw samenhangt met het energieverbruik: - In een relatief arm land zoals China verbruikt de gemiddelde inwoner veel minder energie dan in een land met een hogere levensstandaard zoals België. - In landen die autonoom in hun energiebehoeften kunnen voorzien (denk bvb. aan Canada), zijn de energieprijzen lager en wordt gemiddeld meer energie verbruikt.

Land

Bevolking [106 inwoners]

Verbruik/inwoner

1

[kW]

Canada 29.96 13.61 Noorwegen 4.38 13.28 USA 265.28 11.76 België 10.16 8.26 Ver. Koninkrijk 58.78 5.71 Japan 125.76 5.68 Frankrijk 58.37 5.65 China 1232.08 1.00 India 939.42 0.41 ______________________________________________________________ Wereld

5787.04

2.17

1

De door de elektriciteitsmaatschappijen gebruikte energie-eenheid is de kilowattuur (kWh). Een jaarlijks verbruik van 1kWh = 3.6 × 106J stemt overeen met een gemiddeld vermogen van ongeveer 0.11W. De tabel geeft het verbruik aan primaire energie per inwoner in kW. In 1996 bedroeg de totale wereldwijde (primaire) energieproductie 3.96 × 1020J, terwijl de totale elektriciteitsproductie 4.34 × 1019J bedroeg. Op wereldschaal is dus ongeveer 1/9 van de geproduceerde primaire energie in de vorm van elektriciteit beschikbaar. Voor het specifieke geval van België ligt dit cijfer rond de 1/10: Uit bovenstaande tabel blijkt dat de in 1996 aangewende primaire energie 7.35 × 1011kWh bedraagt. De productiecijfers van Electrabel en SPE geven aan dat hun totaalproductie in 1996 7.24 × 1010kWh bedroeg (waarvan ruwweg 60% werd opgewekt in nucleaire centrales, 38% door verbranding van fossiele brandstoffen en de rest uit hernieuwbare energiebronnen betrokken werd), wat overeenstemt met een gemiddeld elektriciteitsverbruik per inwoner van 0.812kW.



ERM-KMS

Aandeel van de verschillende methodes van energieproductie in de wereld Methode/grondstof

Vermogen [TW]

Relatief aandeel (%)

Olie Steenkool Aardgas Hydro-elec. Nucleair Geothermisch/zon/wind

4.60 3.12 3.02 0.88 0.81 0.11

36.6 24.9 24.1 7.0 6.5 0.9

De tabel geeft de wereldproductie van primaire energie weer voor het jaar 1996. Er werd geen rekening gehouden met de directe verbranding van biomassa omdat de hoeveelheid hout die wereldwijd (en vooral in de ontwikkelingslanden) wordt gebruikt voor verwarming/huishouding moeilijk geschat kan worden. Men vermoedt dat het aandeel van deze energieproductiemethode rond de 12% ligt. Het belang van energiebesparing De natuur legt limieten op aan de efficiëntie waarmee energie kan omgezet worden van één vorm in een andere. Zowel aan de kant van de producent als aan de kant van de gebruiker gaat het energieomzettingsproces gepaard met verliezen. In 1995 bedroeg de totale primaire energie opgewekt door kernreactoren op wereldschaal 24.59 × 1018J, terwijl de door deze reactoren in de vorm van elektriciteit voortgebrachte energie 7.92 × 1018J was. Het rendement van deze vorm van energieproductie is op wereldschaal dus ongeveer 33%. Voor fotovoltaïsche cellen ligt dit cijfer rond de 10%, in een brandhaard rond de 90% en bij een elektriciteitsgenerator is dit 98%. Bij het transport tussen producent en verbruiker gaat eveneens energie verloren. In 1997 bedroegen de netverliezen bij transport en distributie van elektriciteit in België ongeveer 5%. Wanneer de energie door de gebruiker terug wordt omgezet in licht, warmte, beweging, ... treden nogmaals verliezen op. In een elektrische motor wordt bijvoorbeeld 93% van de energie omgezet in bewegingsenergie, terwijl in een gloeilamp slechts 3% van de energie wordt omgezet in licht. De rest van de energie gaat verloren in de vorm van warmte. Ook in de auto gaat het grootste deel van de energie verloren in de vorm van warmte: Beschouw bvb. een personenauto die op een vlakke weg aan 95km/h rijdt. Bij een brandstofverbruik van 8l/100km bedraagt zijn chemisch vermogen 71kW. Hiervan gaat 80% verloren in de vorm van thermische energie in de motor en wordt slechts een klein deel gebruikt voor de lichten, de ventilator, ... Van het resterend vermogen gaat 25% thermisch verloren in de transmissie. Tenslotte is er slechts 9kW dat effectief wordt gebruikt om de wagen aan te drijven: 4.6kW om de luchtweerstand te overwinnen en 4.4kW om de wielen aan te drijven. De maximale efficiëntie van een energieomzettingsproces kan, tot op zekere hoogte, verhoogd worden. Technologische verbeteringen om de verliezen te verminderen vereisen onderzoek en kosten dus geld. Zulke investeringen worden vaak pas nuttig geacht als ze economisch aantrekkelijk zijn (bvb. doordat de grondstof schaars wordt). De onderstaande grafiek geeft het relatieve aandeel van de verschillende energieproductiemethodes alsook de effectief benutte primaire energie in 101 8J weer voor de USA in 1979.



Hoeveelheid brandstof nodig voor een centrale van 1GWel ______________________________________________ Steenkool Olie Fissie Fusie

2.7 109 kg 2.5 109 kg 2.8 104 kg 102 kg D en 1.5 102 kg T

Typische vermogens van een aantal apparaten Toestel

Vermogen [kW]

Lamp Spotlicht Muziekinstallatie Kroonluchter (5 lampen) Strijkijzer Waterboiler Verwarmingstoestel Kookvuur Auto

0.06 0.1 0.2 0.3 1.0 1.5 1.5 4.0 80.0


ERM-KMS


ERM-KMS

Het energieprobleem Brandstofvoorraad Het leeuwenaandeel aan energie wordt momenteel betrokken uit fossiele brandstoffen. De voorraden hiervan zijn niet onuitputtelijk. De onderstaande tabel geeft aan hoeveel bewezen en ontginbare brandstof er voorradig is en hoelang deze voorraad ons nog toelaat aan onze energienoden te voldoen aan het verbruik van 1996. Hoewel men er mag van uitgaan dat er nog extra voorraden gevonden zullen worden en de in de tabel weergegeven cijfers ietwat pessimistisch zijn, is het onontkoombaar dat er op een bepaald moment in de toekomst onvoldoende brandstof zal zijn om aan onze energiebehoefte te voldoen (zie figuur). Grondstof

Reserve [102 1J]

Voorraad [jaar] __________

Olie Gas Steenkool

7.34 5.46 24.1

50 63 220



ERM-KMS

Het broeikaseffect De beperkte hoeveelheid brandstof die voorradig is om de voor de maatschappij onontbeerlijke energie te leveren, stelt op zich reeds een probleem. Lang voor deze voorraad zal uitgeput zijn, kan het vrijzetten van broeikasgassen tijdens de verbranding van fossiele brandstoffen bovendien aanleiding geven tot een ander probleem: de globale opwarming van de aarde. De verbranding van fossiele brandstoffen zet grote hoeveelheden CO2 vrij in de atmosfeer. De natuur draagt er echter zorg voor dat dit gas zich niet opstapelt in de atmosfeer. Een aanzienlijk deel wordt door de oceanen opgenomen, en planten kunnen het gas d.m.v. fotosynthese afbreken en omzetten in de voor hen en ons nuttige bestanddelen zetmeel en zuurstof. Grote woudgebieden zoals de regenwouden aan de Amazone worden dan ook de “longen” van de aarde genoemd. Hoewel de mens slechts een klein deel CO2 toevoegt aan de atmosfeer, verstoort dit het natuurlijk evenwicht en heeft het een stijging van de gemiddelde CO2concentratie tot gevolg. Onderzoek heeft uitgewezen dat er een correlatie bestaat tussen de CO2-concentratie en de temperatuur: een verhoogde CO2-concentratie geeft aanleiding tot een globale opwarming van de aarde en de atmosfeer. Een waarneembaar gevolg van deze opwarming is het smelten van de poolkappen (denk aan de afscheuring van de ijsmassa aan de zuidpool in 1998) en ijsbergen. De heftigheid van de jaarlijks weerkerende El Niño wordt door sommigen tevens aan de opwarming van de atmosfeer geweten. Onderzoekers en politci zijn het er wereldwijd over eens dat de concentratie van broeikasgassen dus niet ongestraft mag aangroeien. Om dit te bewerkstelligen moeten methodes ontwikkeld worden om het vrijkomen van broeikasgassen in de atmosfeer tegen te gaan, of moet de verbranding van fossiele brandstoffen stopgezet worden (en energie dus op een andere manier geproduceerd worden).

E v o l u t i e

v a n

d e


C O2 -concentratie


ERM-KMS

Geografische distributie van de CO2 -uitstoot door verbranding van fossiele brandstoffen [1996] Hoeveelheid [109 T] %

Land

USA 5.38 25 USSR 2.25 10 West-Europa 3.56 16 China 2.95 13 Oost-Europa 0.76 3 Japan 1.07 5 India 0.85 4 Canada 0.52 2 Andere 4.82 22 __________________________________________________________ Totaal

22.16

100

CO2 uitstoot [109 T] voor verschillende brandstoffen [1996] Natuurlijke gassen 4.43 Vloeibare brandstof op basis van ruwe olie 9.12 Kolen 8.61 _____________________________________________________ Totaal

22.16

De opwekking van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen lijkt op het eerste gezicht uitermate milieuvriendelijk. Afgezien van de verstoring van het landschap treedt weinig of geen directe verontreiniging op en wordt brandstof gespaard. Wanneer de milieu-impact over de gehele levensloop van de hernieuwbare installatie (constructiefase inbegrepen) wordt berekend, dient dit beeld echter genuanceerd te worden. De onderstaande tabel geeft weer hoeveel CO2 vrijkomt bij de bouwfase en gedurende de productiefase van verschillende elektriciteitsproductiemethoden; het cijfer voor windenergie is berekend op basis van de gemiddelde windsterkte aan de kust en het cijfer voor de zonne-energie heeft betrekking op het jaar 1996: CO2-emissies [g/kWh]

kolen

gas

nucleair

wind (kust)

zon (1996)

Bouwfase Productiefase

2 900

2 390

2 0

30 0

200 0



ERM-KMS

Energieproductiemethodes: Energie kan onttrokken worden aan de zon, aan het systeem aarde-maan en aan atoomkernen. De eerste categorie omvat niet alleen de “klassieke” technieken om zonne-energie te benutten (elektriciteit opgewekt met fotovoltaïsche cellen of warmte betrokken uit zonnepanelen) maar ook alle systemen die indirect werken op basis van zonne-energie (windenergie, hydro-energie, biomassa, fossiele brandstoffen). De tweede categorie heeft betrekking op technieken die de getijdenenergie en de aardwarmte benutten. De laatste categorie omvat kernfissie (kernsplijting) en kernfusie (kernversmelting).

Zonne-energie

Zonnestraling in de wereld. De lijnen die gebieden ingekleurd met twee verschillende tinten afscheiden, zijn lijnen met een constante ingestraalde zonne-energie. Van lichte naar donkere tinten komen ze overeen met 3, 4, 5, 6, 7 en 8 109 J/m2 /jaar; 109 J/m2 /jaar =32W/m2 .



Bilan van de ingestraalde zonne-energie


ERM-KMS


ERM-KMS

Fotovoltaïsche elektriciteitswinning: (Maximaal) spectraal rendement ηs: (Maximaal) collectierendement ηc: (Maximaal) globaal rendement ηs ηc: Rendement in de praktijk: Rendement in de toekomst:

45% 75% 34% ±10% 20%?

Praktisch voorbeeld: oppervlakte nodig om België van elektriciteit te voorzien d.m.v. fotovoltaïsche cellen Op jaarbasis en voor een horizontaal vlak, levert zonne-energie in België gemiddeld een ingestraald vermogen van 110W/m2; in december is dit slechts 20W/m2 en in de zomer 200W/m2 . Ongeveer 60% van het ingevangen vermogen komt van diffuse straling terwijl 40% het resultaat is van directe instraling. Van deze 110W/m2 kan 11W/m2 effectief in stroom omgezet worden (efficiëntie van energieomzetting: 10%). Rekening houdend met een gemiddeld elektriciteitsverbruik in ons land van 812W/inwoner, volgt hieruit dat 74m2 aan fotovoltaïsche cellen nodig zijn om aan de elektriciteitsbehoefte van 1 Belg te voldoen. Voor gans België dient 740km2 (27km x 27 km) vrijgemaakt te worden. Deze berekening veronderstelt dat de panelen horizontaal liggen. Het piekvermogen op het middaguur in de zomer, bij heldere lucht en met een collector waarop de zonnestralen loodrecht invallen is veel groter: 1000W/m2 . Om meer straling in te vangen, plaatst men de panelen schuin en richt men ze op het zuiden. Uit onderstaande figuur blijkt dat een hellingshoek van 60o een goede instraling in de winter garandeert zonder in de zomer al te veel te moeten inboeten aan opgevangen energie. Omdat de positie van de zon aan de hemel voortdurend verandert en om te vermijden dat de panelen 's morgens en 's avonds in mekaars schaduw liggen, dient bij hellende vlakken in een “zonnefarm” in de praktijk een groter oppervlak (typisch een factor 3-4) voorzien te worden om eenzelfde energie op te vangen.



ERM-KMS

Door de zonnepanelen horizontaal te leggen (1), valt het zonlicht in gedurende de ganse periode tussen zonsop- en ondergang, maar is de instraling in de wintermaanden beperkt (wanneer de vraag naar energie het grootst is). Door de panelen schuin te plaatsen en op het zuiden te richten wordt dit nadeel deels opgevangen, maar gaat een deel van het zonlicht verloren. De curven 2 en 3 geven het resultaat voor resp. 30o en 60o helling. Curve 4 tenslotte geeft aan wat wordt opgevangen als de panelen vertikaal staan. Discussie opslagkosten Zonnecellen leveren het meest vermogen wanneer we ze het minst nodig hebben: in de zomer, als we geen verwarmingskosten hebben. Rekening houdend met de huidige stand van de technologie kost zonne-energie ongeveer 10fr/kWh in zonnige streken; in andere streken moet de energie opgeslagen worden. Dit doet de prijs snel stijgen: in ons land is de prijs dan van de orde van 40-50fr/kWh. [Ter vergelijking: voor particulieren en rekening houdend met dag- en nachttarief, was de elektriciteitsprijs in 1998 ongeveer 5fr/kWh]. De aanzienlijke kosten voor opslag zijn deels te wijten aan het feit dat de energie in een andere vorm dient omgezet te worden (cf. de discussie rond de relatieve inefficiëntie van energieomzetting). Deze omzetting vereist verder een bijkomende investering in materiaal en ruimte.

Foto van een zonnefarm



ERM-KMS

Waterkrachtenergie Opgewekt vermogen: P = Q g h [W] Q : debiet [kg/s] g : gravitatieconstante (9.8m/s2 ) h : verval [m] Foto van een stuwdam Het totaal massadebiet van alle rivieren ter wereld is 8 105 m3/s en het gemiddeld verval is 880m. Het maximaal vermogen uit waterkracht is dus 5 TW. Momenteel wordt daar 6% effectief van geëxploiteerd. België heeft 16 waterkrachtcentrales met een (maximaal) ontwikkelbaar vermogen van 86.7MW en 2 spaarbekkencentrales die gedurende een korte periode van een 6-tal uur een vermogen van 1164MW kunnen leveren. In 1997 leverden de waterkrachtcentrales 2.83 × 105MWh (wat overeenstemt met een gemiddeld vermogen van 32.3MW) en de spaarbekkens 9.24 × 105MWh (wat neerkomt op een gemiddeld vermogen op jaarbasis van 105.5MW) Overzicht van de door waterkracht opgewekte elektrische energie in 1996 Land

Energie [TWh]

Gemiddeld vermogen [GW]

Aandeel [%]

Canada USA Brazilië China Noorwegen Japan India Frankrijk Zweden Italië België

349.2 348.3 263.1 181.3 102.6 79.0 72.0 62.1 50.7 41.4 0.2

39.9 39.8 30.1 20.7 11.7 9.0 8.2 7.1 5.8 4.7 0.023

13.8 13.8 10.4 7.2 4.1 3.1 2.8 2.4 2.0 1.6 8 10-3

Wereld

2530.2

288.84

100



ERM-KMS

Windenergie Opgewekt vermogen: 1 P = 2 η ρ A vin3 η ρ A vin vuit

: efficiëntie : massadichtheid van lucht (≈ 1.2kg/m3 ) : oppervlak dat de draaiende rotorbladen bedekken (m2) : windsnelheid voor de windmolen (m/s) : windsnelheid achter de windmolen (m/s)

b De theoretische efficiëntie zonder verliezen is [2 (2-b) 2] met vuit = vin(1-b). Deze factor is maximaal als b=1/3. De overeenkomstige optimale efficiëntie is 60%. In de praktijk treden er echter verliezen op omdat de wind niet terugvalt tot op twee derden van zijn snelheid achter de molen en omdat er wrijvingsverliezen zijn. Hiermee rekening houdend is de eigenlijke efficiëntie ongeveer 36%. Praktisch voorbeeld: Het is slechts zinvol een windmolenpark aan te leggen op een plaats waar er een voldoende krachtige wind blaast: het opgewekt vermogen wordt 8 maal kleiner (groter) als de wind 2 keer zwakker (sterker) blaast. De hoogste windsnelheden worden steeds opgemeten op plaatsten waar er zich weinig obstakels bevinden (aan de kust of op grote vlakten). In België bedraagt de gemiddelde windsnelheid aan de kust 6ms-1; de snelheid valt terug tot 70% van deze waarde 60km in het binnenland. Om aan de kust een vermogen van 1kW op te wekken is dus een molen met rotorbladen van 2.6m nodig. Windmolens worden typisch gebouwd om energie te leveren tot een bepaalde maximumsnelheid: hoe hoger de maximum toelaatbare snelheid, hoe robuuster het ontwerp moet zijn en hoe kostbaarder de machine wordt. Bij te hoge windsnelheden worden molens niet gebruikt om structurele schade door torsie van de bladen en de as te vermijden. Gezien de wind niet steeds en soms te hard blaast, kan een windmolen slechts gedurende 25-30% van de tijd gebruikt worden om energie te leveren. Om op ieder moment aan de energiebehoeften te kunnen voorzien, dient men dus tegelijkertijd over andere, meer betrouwbare (conventionele) energiebronnen te beschikken. De meeste windenergie wordt opgewekt in turbines met een gemiddeld vermogen van 125kW (500kW piekvermogen). Aan de Belgische kust België vereist dit rotorbladen (halve diameter van de machine) van 25-30m; het vervangen van één typische hedendaagse elektriciteitscentrale (1GW) vraagt dan een inplanting van 8000 molens. Er bestaan reeds prototypes met een piekvermogen van 1.6MW (400kW gemiddeld vermogen).



ERM-KMS

De onderstaande figuur toont de vermogendichtheid (W/m2 ) van de wind in België, en geeft een aantal karakteristieke waarden van het windpark in Zeebrugge.



ERM-KMS

Verbranding van fossiele brandstoffen voorbeeld van verbranding van een vaste fossiele brandstof: C + O2 → CO2 + 15eV Het verbranden van 1kg C vereist 2.66kg (=1.85m3) zuurstof O2 (=8.8m3 lucht) en zet een thermische energie E=1.2 108J vrij. Rekening houdend met een efficiëntie van 36% van het omzettingsproces thermische energie → elektrische energie geeft dit een elektrische energie van 4.3 107J (=12kWh). Er wordt 3.67kg (1.85m3) CO2 gevormd. Koolstof (zuivere antraciet) komt weinig in de natuur voor. Doordat de in planten bewerkstelligde fotosynthese 6 CO2 + 5 H2O → C6H10O5 + 6 O2 aan de basis van de vorming van de fossiele brandstoffen ligt, bevat steenkool naast zuivere koolstof tevens grote hoeveelheden waterstof en zuurstof. Verder treft men in steenkool een groot aantal andere elementen waaronder zwavel en stikstof aan. voorbeeld van een gasvormige fossiele brandstof: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 25eV CH4: methaan (90% v. aardgas) Het verbranden van 1kg CH4 vereist 2.77m3 zuurstof en zet een thermische energie E=1.5 108J vrij. Rekening houdend met dezelfde efficiëntie als boven, geeft dit een elektrische energie van 5.4 107J t.t.z. 15kWh. Er wordt 1.39m3 CO2 gevormd.

Calorische waarde van een aantal fossiele brandstoffen Brandstof

Calorische waarde [MJ/kg]

turf bruinkool stadsgas steenkool benzine&stookolie

16 19 29 30 42



ERM-KMS

Energie uit atoomkernen: kernfusie en kernsplijting

Kernversmelting De massa van lichte atoomkernen wordt in energie omgezet op basis van de beroemde formule van Einstein: ΔE = Δm c2 voorbeeld van een fusiereactie: D + T → 4He + n + 17.6MeV Deuterium D is een niet-radioactieve waterstofisotoop aanwezig in water (33gr D per ton water). Tritium T is een radioactieve waterstofisotoop die niet vrij in de natuur voorkomt. Deze brandstof wordt, gebruik makend van het neutron n dat in de D-T reactie vrijkomt, aangemaakt in de Li-mantel van de reactor volgens de reactie 6Li

+ n → 4He + T + 4.78MeV 7Li + n → 4He + T + n - 2.47MeV Tritium vervalt tot 3He door emissie van een elektron (β-straler): T → 3He + e + 18.7keV Tritium heeft een halfwaardetijd van 12.3jaar. De voorraad D op aarde laat in principe toe 1010jaar energie uit fusie voort te brengen. Omdat T dient aangemaakt te worden, is Li indirect echter ook een brandstof voor de reactor. De momenteel gekende Li-voorraad laat toe ongeveer 3000jaar energie voort te brengen uit fusie. Door Li uit zeewater te onttrekken wordt deze tijd verlengd tot 6 107 jaar.



ERM-KMS

Kernsplijting De massa van zware atoomkernen wordt in energie omgezet op basis van de beroemde formule van Einstein: ΔE = Δm c2 voorbeeld van een splijtingsreactie: 235U

+ n → … → fissiefragmenten + 2 of 3 neutronen + 200MeV

Met de momenteel gekende voorraad uranium kan, aan huidig verbruik, nog ongeveer 50 jaar (3000jaar indien gebruik gemaakt wordt van kweekreactortechnologie) energie voortgebracht worden door gebruik te maken van kernsplijting. Het voornaamste nadeel van kernsplijting is het feit dat het afval radioactief is en gedurende zeer lange tijd zal stralen. De halfwaardetijden van enkele van de langst stralende stoffen uit het splijtingsproces zijn weergegeven in de onderstaande tabel: moederkern

uitgestoten deeltje

nieuwe kern

halfwaardetijd (jaar)

238U

α α α α α

234Th

4.5 109 7.5 108 1.5 105 8.0 104 1.6 103

235U 234U 230Th

226Ra

231Th 230Th 226Ra 222Rn

Bij de berging van dit afval dienen dan ook strenge veiligheidsnormen in acht genomen te worden. Ongeacht de gehanteerde strengheid vinden sommigen het onverantwoord dat wij vele toekomstige generaties met “ons” gevaarlijk afval opzadelen. De hoeveelheid afval is echter beperkt: voor een reactor met een elektrisch vermogen van 1GWel gaat het jaarlijks om 50l hoogradioactief afval dat, verpakt, een volume van enkele m3 inneemt, en om een 100-tal m3 laagradioactief afval. In België wordt 66% van alle elektriciteit geleverd door 7 kernreactoren (Doel & Tihange) van het PWR (Pressurized Water Reactor) type; op twee na (Doel 1 & 2: 400MWel) heeft elk van deze reactoren een vermogen van ongeveer 1GWel.



ERM-KMS

Bedenkingen bij de verschillende energieproductiemethodes Fossiele brandstoffen - Beperkte voorraad (enkele honderden jaren) - Meest gebruikte primaire brandstof - Enorme hoeveelheden brandstof zijn vereist; deze zou nuttiger gebruikt kunnen worden in de chemische en farmaceutische industrie - Massale productie van schadelijke afvalgassen; van overheidswege worden normen opgelegd om deze uitstoot te verminderen - Gekende technologie; rendementverbeteringen niet triviaal Kernsplijting - Zeer weinig brandstof nodig - Brandstof strekt voor lange tijd (3000 jaar) als kweekreactortechnologie aangewend wordt - Hoogradioactief, langlevend afval + laagradioactief afval met beperkte omvang - Complexiteit en activering vereisen in acht nemen van hoge veiligheidsnormen Kernfusie - Onuitputtelijk - Zeer weinig brandstof nodig - Geactiveerde reactorwand die straalt gedurende ±100jaar (de generatie die het afval produceert, verwerkt ze ook) - Fysische haalbaarheid bewezen doch economische haalbaarheid nog lang niet - Complexiteit en activering vereisen in acht nemen van hoge veiligheidsnormen Hernieuwbare energie - Onuitputtelijk - Lage energiedichtheid: grote oppervlakken nodig - Wind, zonneschijn, … niet altijd beschikbaar; stockagekosten niet verwaarloosbaar - Milieuvriendelijk? - Technologische verbeteringen kunnen rendement vergroten en de huidige kostprijs verminderen



ERM-KMS

Referenties: -

“International Energy Annual 1996”, DOE/EIA-0219(96), Energy Information Administration, Washington DC (1998) “The Energy Sourcebook”, R. Howes & A. Fainberg, AIP, New York (1991) “Learning About Energy”, D.J.Rose, Plenum Press, New York (1986) “Energie: Fysische Beginselen van Energieproductie en –conversie”, R. Weynants, ERMKMS, Brussel (1997) “Energy for Future Centuries”, J.Ongena & G. Van Oost, Proc. 3rd Carolus Magnus Summer School on Plasma Physics, Transactions of Fusion Technology, Illinois (1998) “Milieurapport 1997”, Electrabel & SPE, Brussel (1998) “Met energie leven, 1. Energie gebruiken, 1.2 Natuurlijke bronnen van energie”, Onderwijsmap Electrabel, Brussel (1997)

Een paar nuttige INTERNET-adressen: -

http://europa.eu.int/en/comm/dg17/599fi_en.htm http://fusion.rma.ac.be http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html http://www.iea.org/homechoi.htm http://zebu.uoregon.edu/energy.html http://zebu.uoregon.edu/1998/phys162.html

Dankwoord Bij het samenstellen van de informatiebundel inzake energieproductie en –verbruik werd zeer dankbaar gebruik gemaakt van de informatie van en gesprekken met Mr. Lemmens, Mr. Thoumsin en Mr. Verbeeck van Electrabel.


Cijfers omtrent energie

Recommend Documents