Dames en heren, Het is mij een bijzondere eer en een groot genoegen om vanavond de derde Earthship lezing te mogen verzorgen. Het doel van de Stichting Earthship, die deze lezingencyclus organiseert, is om “het begrip duurzaamheid, in de meeste brede zin van het woord, uit te dragen in samenhang met de milieu-educatieve doelstelling van Doepark Nooterhof”. In de komende drie kwartier zal blijken dat het thema van deze lezing “Energievoorziening - Fundament onder maatschappij en economie in het brandpunt van de aandacht” uitstekend bij deze doelstelling past. Daarnaast doet het mij deugd de Stichting een wederdienst te kunnen bewijzen door het verzorgen van deze Earthship lezing. Ik woon hier namelijk om de hoek en ben met mijn kinderen met grote regelmaat in de waterspeeltuin rond dit gebouw te vinden. In deze lezing wil ik u meenemen in een tour d’horizon van de belangrijke, veelzijdige en complexe thematiek van energie en energievoorziening. Allereerst zal ik ingaan op het begrip energie en dit beschouwen vanuit verschillende invalshoeken. Vervolgens zal ik kort ingaan op de technologische grondslagen van het energiesysteem. Daarna besteed ik in vogelvlucht aandacht aan de historische ontwikkeling van de energievoorziening die is uitgemond in het energiesysteem zoals dit vandaag de dag in grote delen van de wereld, maar zeker niet overal, voorhanden is. Tot slot zal ik betogen dat de ontwikkeling van het energiesysteem zich bevindt op een kruispunt en dat, om te spreken met een citaat dat op internet aan een groot aantal verschillende personen wordt toegeschreven “de toekomst van de energievoorziening niet meer is wat hij geweest is”. Ik schets de contouren van het duurzame energiesysteem van de toekomst, waarbij bijzondere aandacht is voor de elektriciteitsvoorziening omdat deze in het toekomstige energiesysteem een nog belangrijker rol zal spelen dan nu al het geval is. Etymologisch gezien stamt het woord energie af van het Griekse woord “energeia” of “energos” dat actief of werkzaam betekent. Energie zet dingen in beweging. Energie schept mogelijkheden. Het woord wordt zowel in de letterlijke als in de overdrachtelijke zin gebruikt. In de letterlijke zin is energie een natuurkundige grootheid die bij een lineaire beweging gelijk is aan het product van de uitgeoefende kracht en de afgelegde afstand en bij een roterende beweging gelijk is aan het product van het koppel en de hoekverdraaiing. In de overdrachtelijke zin is energie het vermogen om zaken in gang te zetten en aan de gang te houden. Energieke persoonlijkheden nemen de boel op sleeptouw en bewerkstelligen dingen die moeite en inspanning kosten en niet zomaar voor iedereen haalbaar zijn. In de geschiedenis van de mensheid is er sprake van een voortdurende wisselwerking tussen energie in de letterlijke zin van het woord enerzijds en energie in de overdrachtelijk betekenis anderzijds. Het cruciale belang van de energievoorziening maakt dat de mensheid al sinds oude tijden zijn creatieve, mentale energie op dit thema heeft gericht. Dat heeft geresulteerd in een voortdurende ontwikkeling van het energiesysteem. Een ontwikkeling die op zijn beurt een veelheid aan nieuwe mogelijkheden voor de mensheid heeft ontsloten op het vlak van landbouw, mobiliteit, bouwnijverheid, industrie, verlichting en ICT. Door de eeuwen heen is er sprake van een patroon waarin de ontwikkeling van het energiesysteem leidt tot nieuwe technologische mogelijkheden en oplossingen, die op hun beurt wanneer toepassing ervan een hoge vlucht neemt weer leiden tot verdere ontwikkeling van het energiesysteem. De samenhang tussen beschikbaarheid en verbruik van energie enerzijds en welvaart, gemeten in economische grootheden anderzijds, komt treffend
tot uitdrukking wanneer een kaart waarop de kleur van een land wordt bepaald door het inkomen per hoofd van de bevolking wordt vergeleken met een kaart waarop de kleur wordt bepaald door het energieverbruik per hoofd van de bevolking. Zulke kaarten zijn namelijk vrijwel identiek. Een belangrijk onderscheid tussen energie in de letterlijke, natuurkundige zin van het woord en energie in de overdrachtelijk zin van het woord is dat het eerste wel, en het tweede niet onderworpen is aan de Wet van Behoud van Energie. In het natuurwetenschappelijke domein geldt dat energie vanwege deze wet nooit ontstaat en ook nooit verloren gaat. Energie kan uitsluitend worden omgezet van de ene vorm in de andere maar wordt niet geproduceerd of verbruikt. Voor creatieve, mentale energie geldt dit niet. Hiervoor geldt zelfs eerder het tegendeel. Creativiteit en daadkracht werken aanstekelijk en maken nog meer creativiteit en daadkracht los waardoor de energie toeneemt. Terwijl omgekeerd geldt dat wanneer behoudzucht en negativiteit de toon zetten, de energie weglekt en het niet meevalt om een keer ten goede te bewerkstelligen en perspectief te blijven zien. Terzijde zij opgemerkt dat ik denk dat het goed zou zijn als wij ons van deze laatste observatie collectief beter bewust zouden zijn en ons meer rekenschap zouden geven van de invloed van onze attitude op de mensen in onze omgeving. Als wij allemaal net even wat onbevangener en positiever in het leven zouden staan en wat vaker zouden uitgaan van de kansen en de mogelijkheden die zich voordoen in plaats van vooral de bezwaren en de onmogelijkheden te zien, zouden wij als maatschappij misschien minder klagerig, cynisch en pessimistisch zijn. Binnen het kader van deze lezing is echter in de eerste plaats energie in de letterlijke zin van het woord aan de orde. In het vervolg van deze lezing doel ik daarop als ik spreek over energie. Pas helemaal aan het einde van de lezing zal ik opnieuw de verbinding leggen met de overdrachtelijke betekenis van het woord energie. Want zoals nog zal blijken, zullen wij om de uitdagingen die de toekomst van onze energievoorziening ons stelt het hoofd te kunnen bieden, onze creativiteit en denkkracht hard nodig hebben. Daarover straks echter meer. Energie bestaat in een veelheid aan vormen. Als elektrotechnicus van huis uit denk ik uiteraard als eerste aan elektrische energie en dan vooral aan elektriciteit. Elektrische energie is opgeslagen in elektromagnetische velden. Niet alleen elektriciteit, maar ook licht is een vorm van elektrische energie. Een andere belangrijke energievorm is thermische energie, warmte, die wordt veroorzaakt door trillingen van microscopische deeltjes; hoe warmer een voorwerp hoe intensiever de trillingen op microscopische schaal. Op grote schaal heffen de effecten van de trillende deeltjes elkaar op, zodat een warm voorwerp als geheel niet trilt of beweegt maar gewoon stilstaat. Chemische energie is energie die is opgeslagen in de band tussen atomen. Deze energie komt vrij bij een herschikking van de atomen, zoals die onder andere plaatsvindt bij verbranding. Bij verbranding van aardgas worden waterstof-, koolstof- en zuurstofatomen herschikt tot nieuwe moleculen en komt energie vrij. Beweging van voorwerpen, maar ook van gassen in de vorm van geluid, representeert mechanische energie. In zeker zin is het verzorgen van deze lezing dus ook een vorm van energieomzetting. Chemische energie die ik recentelijk tot mij genomen heb in de vorm van voedsel wordt omgezet in akoestische energie: mijn stemgeluid. Dat wordt versterkt door elektrische energie met gebruikmaking van speakers om te zetten in akoestische energie. In het licht van de Wet van Behoud van energie is het energiesysteem dus een voortdurende aaneenschakeling van energieomzettingen. Gas of kolen worden verbrand in een
elektriciteitscentrale, die elektriciteit produceert, maar daartoe energie omzet. Bij de verbranding wordt de chemische energie die in de brandstof is opgeslagen vrijgemaakt en omgezet in warmte, die wordt gebruikt om stoom te produceren. Deze stoom drijft een turbine aan waarin thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. Die op zijn beurt in een generator in elektrische energie wordt omgezet die op het elektriciteitsnet wordt ingevoed. Dieselolie of benzine wordt verbrand in een verbrandingsmotor en omgezet in warmte: chemische energie wordt omgezet in thermische energie. De vrijgekomen warmte leidt tot het uitzetten van de verbrandingsgassen die de zuiger aandrijven: thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. Deze mechanische energie drijft de auto aan en wordt daartoe via diverse overbrengingen, waaronder de versnellingsbak, overgebracht op het wegdek. Een belangrijke karakteristiek van een energieomzetting is het rendement. Het rendement wordt gevormd door het quotiënt van de hoeveelheid nuttige energie die uit het systeem komt in de beoogde of gewenste vorm, gedeeld door de hoeveelheid energie die daartoe in het systeem moet worden ingevoerd. Het rendement van een elektriciteitscentrale wordt dus gevormd door de hoeveelheid geproduceerde elektrische energie gedeeld door de energie-inhoud van de brandstof die daartoe wordt verbrand. Het rendement van een verbrandingsmotor is de mechanische energie die de auto voortstuwt gedeeld door de energie-inhoud van de benzine of diesel die in de motor verbrandt. In het licht van de Wet van Behoud van Energie is het rendement maximaal 1 ofwel 100%. Een rendement hoger dan 100% zou immers betekenen dat de hoeveelheid energie toeneemt doordat er meer energie uit het systeem komt dan er wordt ingevoerd. In de praktijk is het rendement van een energieomzetting altijd lager dan de maximale waarde van 100%, omdat er als neveneffect van de gewenste energieomzetting ongewenste energieomzettingen plaatsvinden. Zo ontstaat er bij het verbranden van brandstof in een elektriciteitscentrale of verbrandingsmotor niet alleen warmte, maar ook licht en geluid. Die worden niet in mechanische energie omgezet maar uitgestraald naar de omgeving. En is er in mechanische overbrengingen altijd sprake van wrijving, waardoor mechanische energie onbedoeld wordt omgezet in warmte die naar de omgeving wordt uitgestraald. Het rendement van een moderne elektriciteitscentrale ligt rond de 50%. Dat betekent dat de helft van de energie-inhoud van de brandstof wordt omgezet in elektriciteit; de rest wordt omgezet in warmte. Het rendement van een verbrandingsmotor ligt op 25 à 30%. Dat betekent dat van de energie-inhoud van de benzine of de dieselolie die u tankt zo’n driekwart wordt omgezet in warmte en geluid en slechts een kwart in voortstuwing… In de winter kan de geproduceerde warmte deels worden gebruikt voor het verwarmen van het interieur van de auto, maar ’s zomers is het puur energieverlies. Gegeven de brandstofprijzen van tegenwoordig is dit geen erg prettige gedachte… Daarbij moet worden aangetekend dat deze lage rendementen onvermijdelijk zijn en dat er dus geen ontwerpfouten aan ten grondslag liggen. Wanneer chemische energie in elektriciteit wordt omgezet door middel van verbranding dan wordt het rendement van de omzetting begrensd door fysische wetmatigheden, meer specifiek de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Het is daarom onontkoombaar dat bij een dergelijk proces een groot deel van de chemische energie uit de brandstof in warmte wordt omgezet. Om het rendemente van deze omzetting te vergroten kan van andere omzettingsprocessen gebruik worden gemaakt, bijvoorbeeld van brandstofcellen met rendementen die kunnen oplopen tot zo’n 70%. Of moet de warmte die vrijkomt nuttig worden gebruikt in plaats van worden weggekoeld door toepassing van het concept van warmte-kracht
koppeling. Met dit concept wordt brandstof bespaard door de warmte die vrijkomt bij de omzetting van chemische energie in elektriciteit nuttig te gebruiken voor het verwarmen van huizen of in productieprocessen. Daardoor wordt de brandstof uitgespaard die anders extra nodig zou zijn geweest voor het produceren van warmte. Terzijde zij verder nog opgemerkt dat het feit dat voor HR CV-ketels een rendement hoger dan 1 wordt opgegeven, wordt veroorzaakt door een afwijkende definitie van het begrip rendement. In plaats van de gangbare definitie, geleverde nuttige energie gedeeld door toegevoerde energie, wordt bij CV-ketels het rendement bepaald door te vergelijken met een VR ketel. Met als gevolg dat het rendement van een CV-ketel die beter presteert dan een VR-ketel een rendement heeft dat hoger is dan 100%. Maar een inbreuk op de Wet van Behoud van Energie vormt dit niet. Zoals natuurlijk ook niet te verwachten valt… Onze energievoorziening komt dus in wezen neer op een keten van energie omzettingen, waarbij bepaalde vormen van energie via één of meer stappen worden omgezet in andere vormen van energie waaraan verbruikers behoefte hebben. De primaire bron van energie voor al deze energieomzettingen wordt gevormd door fossiele brandstoffen: olie, kolen en gas. Van het totale Nederlandse energieverbruik is zo’n 45% afkomstig van aardgas, 40% van aardolie, 10% van kolen en 5% uit duurzame bronnen. Aardgas wordt gebruikt voor verwarming en elektriciteitsproductie. Ook kolen worden hiertoe ingezet. Olie wordt vooral benut als energiebron voor mobiliteit ter land, ter zee en in de lucht. Op wereldschaal liggen deze verhoudingen iets anders. De fractie aardgas is lager, de fractie kolen hoger en de bijdrage van duurzame energie wat groter, onder andere doordat in bergachtige landen waterkracht wordt toegepast wat in Nederland niet of nauwelijks mogelijk is vanwege de geringe hoogteverschillen. Zowel in Nederland als op wereldschaal is het overgrote deel van de energie die wordt verbruikt echter afkomstig uit fossiele brandstoffen. Het mag bekend worden verondersteld dat het verbruik van fossiele brandstoffen belangrijke nadelen heeft. Ten eerste komt bij het verbranden van immense hoeveelheden fossiele brandstoffen het broeikasgas CO2 vrij. Ik ben op dit vlak weliswaar geen specialist, maar heb sterk de indruk dat er onder de klimaatwetenschappers een grote mate van consensus bestaat dat de toename van de CO2 concentratie in onze atmosfeer leidt tot verandering van het wereldwijde klimaat. Hetgeen op zijn beurt kan leiden tot natuurrampen, overstromingen en verwoestijning met alle gevolgen van dien. Ten tweede geldt dat de voorraden fossiele brandstoffen eindig zijn. Een hoogleraar bij wie ik een jaar of 20 geleden colleges volgde aan de Technische Universiteit in Delft drukte dit uit als volgt: “De aarde is een bolletje en als wij daar met genoeg mensen lang genoeg aan lurken, is hij een keer leeg. En om dat te begrijpen, hoef je geen professor te zijn!”. De discussie wanneer het zover is dat de fossiele brandstoffen schaarser en dus duurder worden is complex en de resultaten van analyses dienaangaande worden in belangrijke mate bepaald door de aannames die worden gedaan ten aanzien van de wel aanwezige maar nog niet gevonden voorraden enerzijds en de ontwikkeling van de vraag anderzijds. Aan het principiële punt dat de voorraden eindig zijn doet dit echter niets toe of af. Een toenemende schaarste van fossiele brandstoffen zal leiden tot een stijging van de prijzen. Prijsstijgingen doen zich al voor ruim voordat de laatste druppel olie is gewonnen, het laatste brokje steenkool naar boven is gehaald en de laatste molecuul methaan het gasnet ingepompt is. Wanneer
de delicate balans tussen vraag naar en aanbod van fossiele brandstoffen verstoord raakt, zal de prijs sterk stijgen; niet pas wanneer de voorraden geheel zijn uitgeput. In dit verband is de visie van de internationaal bekende “energiegoeroe” Jeremy Rifkin van belang. Rifkin is van mening dat wat bekend staat als de economische crisis of de schuldencrisis feitelijk een energiecrisis is. Kort voordat de crisis enkele jaren geleden uitbrak, kostte olie meer dan 150 dollar per vat. Olie is een essentiële productiefactor bij het produceren van een veelheid aan goederen en diensten en vormt de brandstof voor de volledige logistieke sector. De hoge olieprijzen resulteerden daardoor in een verhoging van het kostenniveau in een veelheid aan branches. Met als gevolg dat zwakkere bedrijven in de problemen kwamen door hogere kosten en een verminderde vraag. De bankensector financiert de gehele economie, waardoor de problemen die het gevolg waren van de hoge olieprijzen zich ophoopten bij de banken, die te maken kregen met betalingsachterstanden en afschrijvingen op debiteuren in de bedrijfsmatige en de particuliere sector. En die niet in alle gevallen voldoende vet op de botten hadden om te overleven in deze barre omstandigheden. Omdat de symptomen van de crisis vooral zichtbaar zijn geworden in de bankensector én omdat het aantal financiële professionals wereldwijde vele malen groter is dan het aantal energiedeskundigen en professionals vooral datgene zien waarvoor zij zijn opgeleid, wordt de crisis waarin wij verkeren beschouwd als een economische crisis. Volgens Rifkin is er echter veeleer sprake van een energiecrisis. Wanneer wij zijn redenering doortrekken, dan zou het op een andere leest schoeien van ons energiesysteem een uitweg uit de crisis kunnen bieden. Of het feit dat het bij onze Oosterburen, waar de bijdrage van duurzame energie in het totale verbruik een factor vijf hoger is dan in Nederland, economisch aanmerkelijk beter gaat dan in ons land een onderbouwing vormt van het standpunt van Rifkin laat ik ter beoordeling aan uzelf. Dat stijgende energieprijzen tot grote maatschappelijke onrust kunnen leiden, wordt ook geïllustreerd door de omvangrijke stakingen van vrachtwagenchauffeurs in 2008, kort voordat de crisis uitbrak. De inkomens van vrachtwagenchauffeurs behoren niet tot de hoogste en hangen nauw samen met de brandstofprijzen. Dat verklaart dat zij als één van de eerste beroepsgroepen door hoge olieprijzen worden getroffen en in het geweer komen. Wat echter verbazing wekt, is dat de discussie destijds niet ging over het minder afhankelijk maken van ons logistieke systeem van aardolie, maar over de kwestie of de brandstofaccijns voor vrachtwagens wel of niet diende te worden verlaagd. Een treffend voorbeeld van symptoombestrijding! En inmiddels is door de daling van de brandstofprijzen ten gevolge van de economische crisis het onderwerp weer van de agenda verdwenen. Mocht de economie weer aantrekken, dan is echter de vraag voor hoe lang… Naast de negatieve invloed van het verbranden van fossiele brandstoffen op het milieu en de economische en maatschappelijke risico’s die aan de orde zijn wanneer er schaarste optreedt, zijn er ook vanuit moreel perspectief kanttekeningen te plaatsen bij het verbruik van fossiele brandstoffen. Zo is het onmogelijk om kolen te winnen met inachtneming van Nederlandse wetgeving met betrekking tot arbeidsomstandigheden. De temperatuur in kolenmijnen is hoog, de luchtkwaliteit slecht en er is geen daglicht. Naar Nederlandse maatstaven zijn dergelijke arbeidsomstandigheden onacceptabel en niet toegestaan. Dit betekent dat het gebruik van steenkool voor de productie van elektriciteit in feite resulteert in overtreding van Nederlandse ARBO-wetgeving. Het feit dat deze overtredingen in het buitenland plaatsvinden, waar deze wetgeving niet geldt, mag juridisch gezien weliswaar een steekhoudend argument zijn, maar is vanuit moreel perspectief een twijfelachtig
standpunt. Waarom zouden immers medemensen in Zuid-Amerika of China mogen werken onder omstandigheden die in Nederland niet toegestaan zijn om te voorzien in onze energiebehoefte? Voor wat betreft olie en gas geldt dat de inkomsten die met de verkoop hiervan worden verworven repressieve regimes in Oost-Europa en het Midden-Oosten in het zadel houden. Ons verbruik van fossiele brandstoffen draagt zo bij aan de beknotting van de persoonlijke vrijheden van onze medemensen door niet-democratische regimes elders in de wereld. Logisch redeneren leidt tot de conclusie dat zo gauw als één van de drie belangrijke nadelen van fossiele brandstoffen – negatieve invloed op het milieu, risico’s als gevolg van schaarste en morele overwegingen – wat u betreft relevant zijn, dit zou moeten leiden tot steun voor en positieve betrokkenheid bij het streven naar een duurzamer energievoorziening. In de praktijk gaat de discussie nogal eens over de overwegingen waarover men het niet eens is en niet over de overwegingen waarover men het wel eens is. Zo wordt er gediscussieerd over de kwestie of de CO2 die vrijkomt bij het verbranden van fossiele brandstoffen nu wel of niet bijdraagt aan klimaatverandering. Wanneer men van mening is dat dat niet het geval is, is dat logisch gezien echter onvoldoende argument om te blijven inzetten op fossiele brandstoffen en het streven naar een duurzamer energievoorziening niet te steunen. Die positie is pas dan aan de orde wanneer men daarnaast óók van mening is dat er geen sprake is van risico’s als gevolg van een dreigende schaarste én de morele overwegingen die een rol spelen bij het verbruik van fossiele brandstoffen als irrelevant beschouwd worden. Op basis van de logica is de vraag dus niet of u de drie nadelen van het verbruik van fossiele brandstoffen allemaal onderschrijft; op basis van gezond redeneren is het al de moeite waard om te streven naar een verduurzaming van het energiesysteem wanneer op zijn minst één van de drie genoemde nadelen door u wordt herkend. Het is goed om dit in gedachten te houden, wanneer in discussies slechts één van de drie nadelen van fossiele brandstoffen geïsoleerd wordt behandeld. Het kan zo zijn dat deelnemers aan zo’n discussie zich in de overweging die onderwerp is van gesprek niet herkennen. Daaraan mag en kan dan echter niet meteen de conclusie worden verbonden dat zij dus ook het streven naar een duurzamer energiesysteem niet kunnen steunen. En dat door geen van beide partijen; niet door de partij die het nadeel van fossiele brandstoffen dat op dat moment onderwerp van gesprek is wel onderschrijft, maar evenmin door de partij die dat niet doet. Het innemen van standpunt inzake één van de drie wezenlijke kwesties met betrekking tot het verbruik van fossiele brandstoffen is logisch gezien onvoldoende om positie te kiezen ten aanzien van het vraagstuk van de verduurzaming van de energievoorziening. Zonder uitgebreid in te gaan op mijn persoonlijke visie inzake de drie nadelen van fossiele brandstoffen – negatieve invloed op het milieu, risico’s als gevolg van schaarste en morele overwegingen – wil ik duidelijk stellen dat voor mij zeker níet geldt dat ik ze alle drie irrelevant of niet van toepassing acht. En dat ik dus logischerwijs het streven naar een duurzamer energiesysteem ondersteun en mede om die reden binnen het brede vakgebied van de elektrotechniek heb gekozen voor een specialisatie in de elektrische energietechniek. Een deelgebied van de elektrotechniek dat bij uitstek een bijdrage kan leveren aan het verduurzamen van het energiesysteem. Ik kom hier zometeen nog op terug. De pijlers onder het verduurzamen van ons energiesysteem zijn eenvoudig. Het zijn er twee, namelijk:
- Energie zoveel mogelijk duurzaam produceren - Energie zo efficiënt mogelijk benutten Dit is echter makkelijker gezegd dan gedaan, omdat het energiesysteem dat wij in de afgelopen anderhalve eeuw hebben opgebouwd nu juist gebaseerd is op exact de tegenovergestelde uitgangspunten: energie wordt voor verreweg het grootste deel geproduceerd uit niet-duurzame bronnen en wordt buitengewoon inefficiënt benut. Al eerder gaf ik aan dat meer dan 90% van de wereldwijd verbruikte energie afkomstig is uit fossiele brandstoffen en dus niet duurzaam geproduceerd wordt. En refereerde ik aan het lage rendement van automotoren en elektriciteitscentrales: de helft tot tweederde van de energie-inhoud van de brandstof wordt hierin omgezet in energie die niet nuttig kan worden gebruikt, vooral in warmte. Verder is een groot deel van de Nederlandse huizen slecht geïsoleerd waardoor het aardgasverbruik aanmerkelijk hoger is dan nodig. En zo kunnen we nog wel even doorgaan. Het energiesysteem zoals wij dat kennen is opgebouwd in de vorige eeuw. In de eerste helft van de vorige eeuw heeft het verbruik van elektriciteit, geproduceerd uit steenkool, een hoge vlucht genomen en is de auto opgekomen die vloeibare fossiele brandstoffen als energiebron voor de voortstuwing benut. In de tweede helft van de eeuw is het elektriciteitsverbruik sterk gestegen en is de gasvoorziening opgebouwd, terwijl ook het aantal auto’s en daarmee het verbruik van benzine en diesel sterk is gestegen. Wanneer een systeem zich gedurende meer dan een eeuw in een bepaalde richting heeft ontwikkeld, valt het uiteraard niet mee om de koers radicaal te wijzigen. Door energie duurzaam te produceren en efficiënt te benutten. Vroeger of later zullen wij deze weg echter toch een keer moeten inslaan. Hetgeen gepaard zal gaan met een toenemend belang van het elektriciteitssysteem als onderdeel van het energiesysteem. Op dit moment wordt zo’n 20% van het finale energieverbruik in Nederland gedekt door elektriciteit. Aardgas voor verwarming en vloeibare brandstof voor mobiliteit dekken elk zo’n 40% van het verbruik. In de toekomst zal de bijdrage van elektriciteit toenemen. Oorzaak hiervan is dat natuurlijke hulpbronnen zoals wind en zonlicht makkelijk zijn om te zetten in elektriciteit dan in methaan of vloeibare brandstof. Uit een windmolen komt elektriciteit – geen aardgas. Uit een zonnepaneel komt elektriciteit – geen dieselolie. Vandaar dat ik zojuist opmerkte dat het vakgebied van de elektrische energietechniek belangrijker wordt naarmate de verduurzaming van het energiesysteem voortschrijdt. Door de geproduceerde duurzame elektriciteit ook als elektriciteit te verbruiken en niet om te zetten in bijv. waterstof wordt het aantal energie omzettingen beperkt. En omdat energie omzettingen altijd een rendement hebben dat lager is dan 100% beperkt deze benadering ook de energieverliezen en draagt zo bij aan het efficiënt benutten van de beschikbare energie. Wanneer elektriciteit wordt omgezet in waterstof of in methaan die dan vervolgens op een later moment in een brandstofcel weer in elektriciteit wordt omgezet, gaat tenminste de helft van de energie verloren in de vorm van nutteloze warmte. Wanneer de elektriciteit wordt opgeslagen in een accubatterij die later weer wordt ontladen, dan is dit minder dan 10%. Energetisch gezien is een elektrische auto die rijdt op duurzame elektriciteit dus een aanmerkelijk efficiëntere oplossing voor het verduurzamen van mobiliteit dan een auto die rijdt op waterstof. Op dit moment wordt in 20% van het finaal energieverbruik voorzien door elektriciteit, terwijl olie en gas elk zo’n 40% voor hun rekening nemen. Het streven naar een duurzamer energiesysteem dient
zich niet te concentreren op de 20% elektrische energie, maar op de twee keer 40% olie en gas. Daar is de grootste winst te behalen! Fundamentele stappen richting een duurzamer energievoorziening vergen een verandering van energievorm! Uiteraard laat dit onverlet dat het op korte termijn produceren van meer duurzame elektriciteit met windturbines en zonnepanelen en het besparen op elektriciteitsverbruik door energiezuinige apparatuur net zo goed een bijdrage levert. De route naar een duurzaam energiesysteem omvat zowel grote als kleine stappen en elke stap in de goede richting draagt bij aan het uiteindelijke doel. Als het gaat om substitutie van aardgas door duurzame elektriciteit dan is de technologie daartoe voorhanden in de vorm van een elektrische warmtepomp. Een warmtepomp produceert geen warmte, zoals een CV-ketel, maar verplaatst warmte tegen de natuurlijke richting in: van een omgeving waarin de temperatuur lager is naar een omgeving waarin de temperatuur hoger is. Een warmtepomp is dus een soort omgekeerde koelkast. Een koelkast maakt een koude omgeving nog kouder door tegen de natuurlijke richting in warmte vanuit de koelkast af te voeren naar de omgeving. Een warmtepomp maakt een warme omgeving nog warmer door warmte vanuit een koude omgeving tegen de natuurlijke richting in te transporteren naar een warme omgeving. Het verplaatsen van warmte tegen de natuurlijke richting in is energetisch gezien efficiënter dan het produceren van warmte en de techniek die daarvoor nodig is werkt op elektriciteit – de energievorm die het makkelijkst uit duurzame bronnen kan worden geproduceerd. Daarmee vormt de elektrische warmtepomp een cruciale technologie voor het verduurzamen van ons energiesysteem. Als het gaat om de substitutie van vloeibare fossiele brandstoffen door elektriciteit komt de elektrische auto in beeld. Op dit moment is de elektrische auto nog geen realistisch alternatief voor een auto met een verbrandingsmotor. Maar wat niet is kan nog komen. Aan auto’s met een verbrandingsmotor is sinds de T-Ford uit 1908 meer dan een eeuw gewerkt. Van serieuze ontwikkelingen op het vlak van elektrische auto’s is daarentegen pas sinds een decennium sprake. Wij zullen het niet meer meemaken, maar ik ben reuze benieuwd waar de elektrische auto staat over een eeuw en hoe de vergelijking met een auto met verbrandingsmotor tegen die tijd uitvalt. Het staat namelijk buiten kijf dat elektrische aandrijftechniek superieur is aan mechanische aandrijftechniek. Dit blijkt uit het feit dat alle stationaire aandrijvingen in productieprocessen elektrisch worden aangedreven. En al lang niet meer door stoommachines of verbrandingsmotoren. En reeds wanneer er een beperkt aantal treinen over een spoorlijn rijdt, wordt er geïnvesteerd in bovenleiding met als doel treinen met dieselaandrijving te kunnen inwisselen voor elektrische aangedreven materieel. Allemaal bewijzen dat elektrische aandrijftechniek superieur is aan mechanische aandrijftechniek en dat de toepassing van de verbrandingsmotor in mobiliteit van personen en goederen slechts overleeft bij de gratie van het feit dat mobiliteit het vervoeren van de eigen energievoorraad vergt. En dat gaat aanmerkelijk makkelijker met vloeibare brandstof dan met accu-batterijen. De afmetingen en het gewicht van een bepaalde hoeveelheid energie in de vorm van vloeibare brandstof zijn namelijk een factor honderd kleiner dan van dezelfde hoeveelheid energie in de vorm van elektriciteit. Zo gauw als compacte, lichte en betaalbare accubatterijen voorhanden zijn, zal de elektrische auto het echter winnen van de auto met verbrandingsmotor. Of het zover komt zal afhangen van de technologische ontwikkelingen. Wereldwijd wordt er veel geld geïnvesteerd in onderzoek naar accu’s en speculanten proberen de hand te leggen op Lithium voorraden aangezien Lithium een belangrijk bestanddeel vormt van moderne, compacte accu’s.
Saillant detail is overigens dat in de beginperiode van de ontwikkeling van auto’s, rond 1900, aanvankelijk de elektrische auto de overhand had. Doordat de verbrandingsmotor zich snel ontwikkelde en het aanmerkelijk eenvoudiger is om de energie die nodig is voor de voortstuwing mee te nemen in de vorm van vloeibare brandstof dan in de vorm van elektriciteit, delfde de elektrische auto rond 1910 het onderspit. Om vervolgens een eeuw later als een feniks uit de as te herrijzen! Gaandeweg ontstaan zo de contouren van het duurzame energiesysteem van de toekomst, waarin zoals ik al eerder aangaf energie zoveel mogelijk duurzaam wordt geproduceerd en efficiënt wordt benut. In het energievoorzieningssysteem van de toekomst neemt het belang van elektriciteit toe, doordat deze energievorm relatief makkelijk door duurzame bronnen geproduceerd kan worden. Voor het produceren van duurzame elektriciteit zullen steeds meer zonnepanelen en windturbines worden geïnstalleerd. En om deze elektriciteit zo efficiënt mogelijk te benutten en zo min mogelijk energie omzettingen met bijbehorend rendementsverlies te hoeven plegen worden gas en vloeibare brandstoffen met de tijd door elektriciteit vervangen als primaire bron van energie voor respectievelijk verwarming en mobiliteit door toepassing van warmtepompen en elektrisch vervoer. Dit toekomstbeeld vergt niet alleen technologische ontwikkelingen, zoals het verbeteren van de rendementen, het verlagen van de kosten en het verhogen van de betrouwbaarheid van technieken voor het produceren van duurzame elektriciteit. Dit toekomstbeeld heeft ook ingrijpende maatschappelijke consequenties. Eerder in deze lezing heb ik al betoogd dat het opslaan van elektriciteit in accu-batterijen een veel hoger rendement heeft dan omzetting in waterstof of methaan die dan in later stadium weer wordt verbrand. Eveneens heb ik aangegeven dat de energiedichtheid van accu-batterijen relatief laag is; met andere woorden, dat met het opslaan van een bepaalde hoeveelheid energie een flink volume aan accu’s gemoeid is. En ook een flink bedrag aan geld… Technisch en economisch gezien is het daarom het meest efficiënt om duurzame energie zoveel mogelijk te benutten op het moment dat deze beschikbaar is. Daardoor worden extra energieomzettingen met bijbehorende verliezen vermeden en worden de kosten die gemoeid zijn met het opslaan van energie zoveel mogelijk beperkt. En precies op dit punt ontstaan de maatschappelijke consequenties van de verduurzaming van ons energiesysteem. Eén van de belangrijke uitgangspunten van zowel de dimensionering als de bedrijfsvoering van het energiesysteem zoals wij dat in de afgelopen eeuw hebben opgebouwd is namelijk dat het aanbod van energie de energievraag volgt. Individueel en collectief leven wij ons leven en trekken wij ons plan. In de energievraag die daaruit voortvloeit wordt voorzien met fossiele brandstoffen: olie, gas en elektriciteit die wordt geproduceerd uit gas en kolen. Het honderd jaar oude paradigma “aanbod volgt vraag” staat en valt echter met het feit dat fossiele brandstoffen relatief makkelijk kunnen worden opgeslagen. Wanneer als gevolg van de verduurzaming van onze energievoorziening fossiele brandstoffen meer en meer worden vervangen door duurzame energie, waarvoor geldt dat de beschikbaarheid afhankelijk is van het weer, wordt het dus steeds lastiger en kostbaarder om op elk moment zonder meer te kunnen voorzien in de energievraag. Een energetisch en economisch efficiënte verduurzaming van het energiesysteem is er dus ten zeerste mee gediend als het paradigma “aanbod volgt vraag” zoveel mogelijk kan worden vervangen door het omgekeerde: “vraag volgt aanbod”. Uiteraard kan het niet zo zijn dat het alleen mogelijk is
om het licht aan te zetten als het waait op de Noordzee en het koffiezetapparaat het alleen doet als de zon schijnt en de zonnepanelen op het dak elektriciteit produceren. Verlichting, koffiezetapparaten , televisies en veel ander elektriciteitsverbruik is tijd-kritisch en kan niet worden verschoven om beter aan te sluiten bij de beschikbaarheid van duurzame energie. De voorziene substitutie van vloeibare en gasvormige brandstoffen als belangrijke energiebron voor respectievelijk verwarming en mobiliteit ten gunste van elektriciteit leidt echter tot een sterke toename van de flexibiliteit aan de vraagkant. Wanneer een goed geïsoleerd, modern huis gedurende enige tijd niet verwarmd wordt, heeft dit slechts weinig invloed op de temperatuur. En de gemiddelde auto staat zo’n 22 uur per dag stil, terwijl het opladen van de gemiddelde dagafstand van zo’n 50 kilometer slechts enkele uren kost. Dat alles biedt flexibiliteit die kan worden benut om de vraag naar elektriciteit te balanceren met het beschikbare aanbod. In plaats van het aanbod met de vraag, zoals tot nu toe. En wanneer het deze kant op gaat kan in huishoudens ook nu al beschikbare flexibiliteit, van bijvoorbeeld witgoed, worden ingezet. Hoewel conceptueel eenvoudig heeft deze benadering ingrijpende consequenties. Zo zullen verbruikers bereid moeten zijn om een deel van de regie over hun energieverbruik uit handen te geven om flexibiliteit beschikbaar te maken – iets dat tot nu toe nooit aan de orde is geweest; uiteraard kan hier financiële compensatie tegenover staan. En zullen zij via Informatie- en Communicatietechnologie informatie moeten geven over hun voorkeuren. Bijvoorbeeld met betrekking tot de gewenste temperatuur in huis of het geplande vertrektijdstip en de voorziene rijafstand. Deze informatie wordt vervolgens gebruikt als randvoorwaarde bij het balanceren van het beschikbare aanbod aan duurzame elektriciteit en het verbruik ervan om zeker te stellen dat te allen tijde aan de energiebehoefte van de verbruiker wordt voldaan. Dit heeft tot gevolg dat de hoeveelheid ICT in het energiesysteem, die traditioneel beperkt is, sterk zal toenemen. De uitrol van de Slimme Meter, waaraan de Nederlandse netbeheerders op dit moment werken, is in dit kader een belangrijke ontwikkeling richting de in de energiebranche veel besproken intelligente netten of Smart Grids. Het EcoNexis huis dat zich op een steenworp afstand hiervandaan bevindt op het terrein van mijn hoofdwerkgever Enexis geeft op een bijzonder aantrekkelijke manier een indruk van de impact van deze ontwikkelingen bij de consument. De wijze waarop een toekomstige, duurzame energievoorziening vorm moet krijgen, is naar mijn vaste overtuiging in het licht van dit alles geen technische of technisch-economische discussie maar een politiek- maatschappelijke discussie. Waarden als duurzaamheid, privacy en solidariteit spelen hierin immers een grote rol. Om de fundamentele uitdagingen die de toekomst van onze energievoorziening het hoofd te bieden zullen wij onze denkkracht, onze energie en inspiratie, hard nodig hebben. Ik eindig deze lezing met een citaat van Georg Christoph Lichtenberg, de eerste hoogleraar experimentele natuurkunde in Duitsland aan de universiteit van Göttingen die leefde van 1742 tot 1799. Naast zijn werk als hoogleraar schreef hij satire. Een combinatie die wat mij betreft blijk geeft van een gezonde zelfrelativering die mij wel aanspreekt. Met betrekking de stand van zaken op het vakgebied van de elektriciteitsleer heeft Lichtenberg gezegd: Het vakgebied van de elektriciteitsleer is op dit moment standaard, gewoontjes en uitgekauwd – langer voortgaan op gebaande wegen levert niets nieuws meer op. Het is tijd om ons te begeven op onontgonnen terrein en de hindernissen die wij daarbij tegenkomen te overwinnen.
Zijn uitspraak is vandaag de dag misschien wel meer van toepassing dan ooit tevoren, zoals denk ik blijkt uit deze lezing. Het feit dat de uitdagingen van destijds overwonnen zijn door de creativiteit en de inzet van Lichtenberg en vele anderen geeft vertrouwen dat ons dit in onze tijd opnieuw zal lukken! Ik dank u voor uw aandacht.
