Het wereldwijde energieverbruik is de laatste 20 jaar meer dan 50 procent toegenomen – en die ontwikkeling gaat maar door.
Vandaag de dag verbruiken de circa 7 miljard aardbewoners een hoeveelheid energie die overeenkomt met 14 miljard ton olie per jaar. Slechts een zevende is afkomstig van duurzame energiebronnen en kernenergie. Meer dan 80 procent wordt nog steeds geproduceerd door het verstoken van steenkool, olie en aardgas.
De aarde heeft er miljoenen jaren over gedaan om de voorraden steenkool, olie en aardgas in de bodem op te bouwen, terwijl we die fossiele brandstoffen in een geologische fractie van een seconde verstoken. Volgens de energiemaatschappij BP bevat de aarde steenkool genoeg voor nog 153 jaar bij het huidige verbruik, terwijl we nog 50 jaar kunnen putten uit bestaande oliebronnen.
Daarom moeten we nieuwe energiebronnen zien te vinden die niet kunnen opraken, zodat de lamp nog steeds licht geeft als we hem over 100 jaar aandoen.
Overal op aarde zijn ingenieurs en onderzoekers al bezig om uit te vogelen waar de energie van de toekomst vandaan moet komen.
DE GROENE ENERGIEBRON
Windmolens schieten de lucht in
Alleen al in Europa is er genoeg plaats om miljoenen windmolens te bouwen, die de hele wereld tot 2050 van energie kunnen voorzien.
Dat is de boodschap van een team internationale onderzoekers in het tijdschrift Energy Policy, dat zich bezighoudt met energiebeleid.
Het onderzoeksteam concludeert dat 4,9 miljoen vierkante kilometer land, verdeeld over Europa, kan worden omgevormd tot kleinere en grotere windmolenparken. Dat is 46 procent van het totale landoppervlak van Europa.
De parken moeten volgens de onderzoekers in totaal 11 miljoen windmolens huisvesten, die samen 497 exajoule energie opwekken.
Dat is genoeg om de hele wereld tot 2050 van stroom te voorzien, wanneer de wereldwijde energiebehoefte rond de 230 exajoule ligt.
Energie van getijdenverschil wordt afgetapt
Een indamming van 11,5 vierkante kilometer en 16 turbines moeten de Engelse baai in een energiecentrale veranderen.
Bij vloed stroomt het water over de dam, en als de waterstand bij eb 7 à 9 meter daalt, kan het water zich alleen terugtrekken via de turbines.
De centrale moet genoeg stroom opwekken voor 155.000 huishoudens.
De energiemaatschappij Tidal Lagoon Power, initiatiefnemer van het ambitieuze project, gaat ervan uit dat de getijdencentrale in 2024 of 2025 voltooid is en stroom kan gaan opwekken.
Andere artikelen voor echte nerds: De redding van het klimaat
DE DOOR MENSEN AANGEDREVEN ENERGIEBRON
Stoep is moderne tredmolen
Voetgangers op Bird Street in Londen lopen over de eerste stroomopwekkende stoep.
Bird Street in Londen kreeg in 2017 's werelds eerste stroomopwekkende stoep. Onder de knooppunten tussen de tegels zitten piëzo-elektrische generatoren, die de druk van de voeten omzetten in stroom.
De mechanische druk op de tegels creëert een elektrisch veld in het piëzo-elektrische materiaal en stuurt een stroom van elektronen door de generatoren.
Die stroom wordt opgeslagen in accu's, die daar 's avonds de straatverlichting mee laten branden. Als er in alle steden stroomstoepen komen, kunnen de voeten van de miljoenen inwoners genoeg energie produceren voor alle openbare stadsverlichting.
Reizigers verwarmen gebouw
Elke dag lopen er 250.000 treinreizigers door de hal van het CS in Stockholm. Hun warmteafgifte wordt afgevoerd via het ventilatiesysteem, dat is aangesloten op een warmtewisselaar.
Hierbij gaat de warmte over op water, dat via buizen naar een thermische installatie op een naburig kantoorgebouw van 13 verdiepingen loopt.
Zo bespaart het gebouw 20 procent op de stookkosten.
Stadsrumoer laat de lampen branden
Het stadslawaai van auto’s, mensen en vliegtuigen plant zich als geluidsgolven voort door de lucht.
De golven botsen op een deel van de circa 84.000 haartjes, die dicht op elkaar op een metalen skelet op de buitenkant van de wolkenkrabber zitten, en buigen ze af.
De bewegingsenergie van de geluidsgolven gaat door de haartjes heen en treft generatoren van piëzo-elektrisch materiaal.
Als zo’n generator wordt blootgesteld aan de mechanische druk van de golf, ontstaat er een elektrische spanning boven het materiaal.
Het spanningsveld zorgt ervoor dat er een stroom van elektronen door de generator gaat.
De stroom loopt van de generator door kleine kabels naar een hoofdleiding, die is verbonden met grote accu’s
Hier wordt de energie opgeslagen tot er behoefte is aan licht in de straatlantaarns.
Midden tussen de snelwegen staat de 100 meter hoge toren Soundscraper. Het geluid van de autobanden die over het asfalt razen is oorverdovend – maar is als muziek voor het gebouw.
Dat is namelijk bedekt met 84.000 tastharen die de beweging van de geluidsgolven omzetten in stroom.
De Soundscraper ligt nog op de tekentafel, maar deed in 2013 al mee aan een wolkenkrabberwedstrijd van een architectuurtijdschrift. Als het behaarde gebouw bij een klaverblad of in een drukke stad komt te staan, kan het lawaai van de omgeving worden omgezet in een vermogen van 150 MW.
Dat is het vermogen van 20 van de grootste windmolens. De stroomproductie kan voorzien in 10 procent van het verbruik voor straatverlichting in een stad als Los Angeles.
DE TOEKOMSTIGE ENERGIEBRON
Energie uit waterstof
Onze fossiele samenleving draait op olie, steenkool en gas. Maar in de toekomst gaat energie uit waterstof naar de consument.
Als alle energie ooit uit groene bronnen komt, zal de voorziening instabiel zijn: als het waait of als de zon schijnt, wekken windmolens en zonnepanelen veel meer stroom op dan we verbruiken.
Die stroom kunnen we nu slechts kleinschalig bewaren voor windstille en bewolkte dagen, maar in de toekomst slaan we alle energie op in waterstof tot er vraag naar is, zodat ook overtollige stroom kan worden benut.
Stroom splijt water in zuurstof en waterstof; de laatste wordt opgeslagen.
De stroom komt vrij als brandstofcellen de waterstof weer in water omzetten door toevoeging van zuurstof.
Kernenergie zonder uranium
THORIUMREACTOR
Thorium is dé brandstof voor toekomstige kerncentrales. In 2017 ging een Nederlands onderzoek van start met een reactor die uitsluitend thorium verbrandt.
De reactor zet het element om in splijtbaar uranium-233 door het te bestralen met neutronen, en als het proces eenmaal loopt komen er nieuwe neutronen vrij door kernsplitsing van het uranium.
Die neutronen zetten steeds meer thorium om, tot de stof vrijwel op is.
Huidige kerncentrales gebruiken maar een paar procent van het splijtbare uranium in de brandstof.
Zeewater drijft reactor aan
De reactorring van ITER krijgt een diameter van 19,4 meter en een 30 meter hoog betonnen schild.
Voor fusie-energie wordt zware waterstof uit zeewater gebruikt, dat een vrijwel onuitputtelijke bron vormt.
Als de ITER in 2025 begint met proeven met brandstof van zware waterstof, staan er allerlei fusierecords op het spel. Zo moet de brandstof worden verhit tot 150 à 200 miljoen °C en het huidige record van 140 miljoen °C breken.
Bovendien moet het plasma in de magnetische kooi per keer 8 minuten vastgehouden worden – en het huidige record is 6,5 minuut.
De eerste tien jaar wordt de ITER nader getest, zodat alles in 2035 klaar is voor de experimenten met fusiebrandstof van zware en superzware waterstof. Zo krijgen de heliumkernen die bij de fusie ontstaan, meer energie.
De zeer hete heliumkernen botsen met de waterstofkernen van het plasma, verhitten ze en leiden tot meer fusies, waarbij weer meer heliumkernen ontstaan.
Dan wordt het plasma ontstoken en draaien de fusies vanzelf verder – tot een uur per keer – en leveren ze meer energie dan in het proces is gestoken.