jordklode med solopgang

5 problemen staan energietransitie in de weg

Windmolens maken lawaai, accu’s zijn vervuilend en mijnwerkers verliezen hun baan. De energietransitie stuit in meerdere opzichten op verzet, maar wetenschappers lossen de problemen een voor een op.

Windmolens maken lawaai, accu’s zijn vervuilend en mijnwerkers verliezen hun baan. De energietransitie stuit in meerdere opzichten op verzet, maar wetenschappers lossen de problemen een voor een op.

Shutterstock
Vindmøller høreværn
© Shutterstock

Hoewel groene energie beter is voor klimaat én economie, verloopt de overgang niet zonder slag of stoot. Zo kan groene stroom paradoxaal genoeg vervuiling veroorzaken, doordat voor accu’s zeldzame grondstoffen moeten worden gewonnen.

Een ander probleem is dat energie uit duurzame bronnen alleen stabiel kan worden gedistribueerd door de elektriciteitsnetten van landen en continenten met elkaar te verbinden. Daardoor gaat een deel van de stroom verloren.

Maar de belangrijkste belemmeringen worden nu uit de weg geruimd. Zo kunnen er meer batterijen worden hergebruikt om aan lithium voor lithi­um­ion­ac­cu’s te komen en kan het energieverlies worden geminimaliseerd met supergeleidende kabels.

VERVUILING

Winning van zeldzame metalen

De winning van lithium voor accu’s veroorzaakt vervuiling in de mijngebieden in Argentinië, Bolivia en Chili.

© Reuters/Ritzau Scanpix

Minder zeldzame metalen nodig door hergebruik

Fossiele brandstoffen zijn vervuilend, maar ook groene energie heeft nadelen. Voor de halfgeleidertechnologie in zonnecellen en voor accu’s zijn zeldzame grondstoffen nodig.

Accu’s zijn cruciaal in de strijd tegen de opwarming van de aarde. Daarmee kunnen we groene stroom namelijk opslaan en draadloos gebruiken. Maar voor moderne accu’s zijn diverse grondstoffen nodig die in mijnen worden gewonnen en over grote afstanden worden vervoerd.

De grondstof lithium speelt een sleutelrol in de accuproductie, omdat die centraal staat in de veelgebruikte lithiumiontechnologie. Naar verwachting zal de vraag tot 2025 vervijfvoudigen. Helaas leidt de winning van lithium tot watervervuiling en -gebrek in de mijngebieden in Argentinië, Bolivia en Chili.

Maar er is een alternatief: lithium uit oude accu’s halen. Nu wordt wereldwijd zo’n 5 procent van de lithiumionbatterijen gerecycled, maar daar komt waarschijnlijk snel verandering in.

Hele batterij wordt gerecycled:

Lithiumionbatterijen, die onder meer in telefoons zitten, worden nauwelijks gerecycled. Met de gangbare, energievretende technieken wordt vooral koper teruggewonnen. Gelukkig worden er in onder meer China nieuwe technieken ontwikkeld waarmee alle stoffen uit een batterij kunnen worden gerecycled.

Een lithiumionbatterij bestaat uit:

  • Lithiumkobaltoxide in de kathode: 31%
  • Grafiet in de anode: 22%
  • Koper: 17%
  • Elektrolyt: 15%
  • Aluminium: 8%
  • Koolstof (carbon black) en bindmiddel: 4%
  • Plastic: 3%

LAWAAI

Windmolens en uilenvleugels

Het lawaai van windmolens kan sterk worden teruggedrongen door de stille manier na te bootsen waarop de vleugels van de kerkuil bewegen.

© Shutterstock

Stille molens bootsen uilen na

Een groot deel van de groene energie komt van windmolens, maar die zijn niet overal even populair. Vooral omwonenden kunnen last hebben van het geluid.

Windmolens zijn waarschijnlijk de groene technologie waartegen de meeste weerstand is. Zo moest de Noorse regering in 2019 haar plannen voor windmolens op het land intrekken na felle kritiek van de bevolking.

De molens vallen op in het landschap en de wieken maken lawaai. Daarom zoeken wetenschappers naar een manier om de rotorbladen zo vorm te geven dat ze stiller draaien, en ze laten zich inspireren door de kerkuil. Uit onderzoek blijkt dat het geluid van een vliegende kerkuil onder de menselijke gehoordrempel zit.

Dat de uil zo stil vliegt, komt door de manier waarop de lucht zijn vleugels treft en vooral weer loslaat. Als dit principe kan worden overgebracht op windmolens denken Britse onderzoekers het geluid van de rotorbladen met 10 dB te kunnen verminderen. Dat komt overeen met het verschil tussen een langsrijdende vrachtauto en een personenauto.

TRANSITIE

Gasleidingen

Aardgasleidingen kunnen relatief goedkoop worden aangepast voor waterstoftransport. Dat vergemakkelijkt de overgang naar groene energie.

© Shutterstock

Aardgasleidingen transporteren waterstof

Aardgas is de schoonste fossiele brandstof. Daarom adviseren experts op het gebied van energietransitie aardgas te gebruiken om aardolie zo snel mogelijk uit te faseren. Dat vereist echter wel grote investeringen in de infrastructuur.

Denk bijvoorbeeld aan drijvende boorplatforms zoals de Prelude van Shell – het grootste schip ter wereld – en aan gasleidingen, die worden gemaakt om 50 jaar mee te gaan en waarbij de bouwkosten pas na 30 jaar worden terugverdiend. Dat maakt investeringen in aardgas problematisch op de lange termijn, omdat het voor de maatschappij duur is de resterende levensduur terug te kopen wanneer de energiesector moet overgaan op groene energiebronnen.

Daarom sloegen de Duitse bedrijven Nowega, Gascade en Siemens Energy in 2020 de handen ineen om te onderzoeken hoe hun eigen gasleidingen kunnen worden aangepast voor het transport van waterstof. Het bleek dat dit slechts een zeer beperkte investering vergde.

Het onderzoek duidt erop dat een gewone gasleiding vergeleken met het elektriciteitsnet 10 keer zoveel energie kan transporteren in de vorm van waterstof voor een veertiende van de prijs.

WERKLOOSHEID

Demonstratie tegen sluiting kolenmijnen

In 2018 demonstreerden 20.000 Duitse mijnwerkers voor het behoud van hun baan. Maar groene energie creëert nieuwe werkgelegenheid.

© Henning Kaiser/AP/Ritzau Scanpix

Groene energie creëert nieuwe werkgelegenheid

Toen Donald Trump president werd, beloofde hij ‘steenkool weer groot te maken’. Dat deed hij omdat de VS enorme steenkoolreserves hebben en dus een exportpotentieel, en om de vele Amerikanen aan te spreken die hun baan hebben verloren of dreigen te verliezen als fossiele brandstoffen verdwijnen.

Desondanks verdwenen er vanaf 2016 tot aan de komst van corona meer dan 1000 banen in de Amerikaanse kolenmijnen.

Deze ontwikkelingen leidden tot grote demonstraties, ook in bijvoorbeeld Duitsland, waar in oktober 2018 20.000 mijnwerkers door Bergheim trokken om baanzekerheid te eisen.

In een groot onderzoek naar de mogelijkheden voor energietransitie onder leiding van Mark Z. Jacobson van Stanford University werd ook de werkgelegenheid meegenomen. De conclusie is positief: een volledige overgang naar groene energie zal wereldwijd 24,3 miljoen meer banen creëren dan er verloren gaan.

Weliswaar sluiten er kolenmijnen en olievelden, maar er ontstaan ook veel nieuwe banen in onder meer de elektriciteits- en windmolensector en bij de instanties die de complexe infrastructuur die nodig is om de sterk variërende groene-energieproductie in balans te houden, moeten onderhouden en monitoren.

ENERGIEVERLIES

Supergeleidend materiaal

Gewoonlijk is voor supergeleiders extreme kou nodig, maar nu is er een ontwikkeld die werkt bij kamertemperatuur.

© J. Adam Fenster/University of Rochester

Supergeleiders verbinden stroomnetten

Als we willen dat vrijwel de hele mondiale energiebehoefte door duurzame bronnen wordt gedekt, is daarvoor nodig dat elektriciteit over zeer grote afstanden worden vervoerd, misschien zelfs tussen continenten. Want hoe groter de gebieden die energie opwekken en uitwisselen, hoe stabieler de totale productie en het totale verbruik.

In de praktijk moeten zonnecellen in Zuidoost-Azië dus kunnen worden gebruikt om koffie te zetten in West-Europa. Helaas is de traditionele hoogspanningstechnologie niet klaar voor zo’n grote uitdaging, omdat zelfs de beste kabels te veel energie verliezen.

Bovendien blijkt uit een Amerikaans onderzoek dat in het krachtigste hoogspanningsnet van de VS, met een capaciteit van 765 kilovolt, 0,5-1,1 procent per 100 mijl (160 kilometer) verloren gaat. Als de stroom tussen continenten of zelfs over de hele wereld moet worden gedistribueerd, is het verlies dus een reëel probleem.

Een mogelijke oplossing waar al jaren over wordt gepraat, zijn supergeleiders. Dit is een kabeltechnologie met nauwelijks energieverlies, wat betekent dat elektriciteit over elke willekeurige afstand kan worden vervoerd.

De uitdaging is materialen te vinden die bij enigszins normale temperaturen supergeleidend zijn. Supergeleiders zijn namelijk vooral onderzocht dicht bij het absolute nulpunt, -273,15 °C. Maar eind 2020 was er een doorbraak dankzij een team van onderzoekers onder leiding van Elliot Snyder van de Amerikaanse universiteit van Rochester.

Zij vonden het perfecte mengsel van waterstof, koolstof en zwavel, dat zelfs bij 15 °C nog supergeleidend is. Daarvoor is wel een extreem hoge druk nodig, dus het is nog niet bruikbaar in elektriciteitsleidingen. Maar we zijn op de goede weg.