Het woord energie komt uit de Griekse woorden ἐν ("in") en ἔργον ("arbeid"). Het wijst op de hoeveelheid arbeid die vervat zit in de toestand van een voorwerp.
In de mechanica is arbeid het product van een kracht met een afstand. Door mijn massa van 75 kg, trekt de aarde mij aan met een kracht van 736 Newton. Ik weersta aan die kracht, en blijf waar ik ben. Dat is geen arbeid. Maar om hier te komen, ben ik een trap opgegaan. Terwijl de aarde mij bleef aantrekken, bewoog ik mij in een richting tegengesteld aan die aantrekkingskracht. Dat is arbeid. Mijn huidige positie bevat deze arbeid.
Als ik uit het venster spring, laat ik die opgeslagen arbeid los. De aarde zal mij blijvend aantrekken, en doordat ik er mij niet tegen kan verzetten, zal ik vlugger en vlugger naar de aarde toegaan. De energie van mijn huidige positie zal zich omzetten in snelheid. Veronderstel dat ik 10 meter naar beneden val, en dat ik onderaan op harde aarde terechtkom. Over een korte afstand zal ik de val moeten stoppen en terugkeren naar snelheid nul. Laten we, gewoon voor de berekening, veronderstellen dat mijn lichaam stokstijf blijft, en dat de aarde 1 cm meegeeft, een duizendste van de valhoogte. De kracht nodig om zo plots te vertragen is duizendmaal mijn gewicht. Geen bot in mijn lichaam kan dat dragen.
Laten we daarom veronderstellen dat daar beneden een trampoline staat. De trampoline zal mij stoppen over een grotere afstand, met een kleinere kracht, en de energie van de val zal opgenomen worden door de rekkers van de trampoline. Die rekkers zullen mij daarna terug omhoogduwen. In het ideale geval kom ik terug op mijn huidige hoogte. Maar de wereld is niet ideaal: een deel van de energie zal onderweg verloren gaan.
Waar is de verloren energie? Al duizenden jaren weten we dat door wrijving warmte ontstaat: het is zo dat men vuur maakte. In de negentiende eeuw heeft James Prescott Joule het fenomeen gemeten. Met verschillende mechanische en elektrische systemen zette hij arbeid om in warmte, en mat hij het resultaat. Hij stelde vast dat telkens dezelfde hoeveelheid arbeid, dezelfde hoeveelheid warmte produceerde. Warmte is een van de vormen van energie. Energie gaat nooit verloren.
Rond dezelfde tijd vond Sadi Carnot toch een verschil. Arbeid kan altijd omgezet worden in warmte, maar het omgekeerde is niet het geval. Om arbeid te maken uit warmte, is er niet alleen een warmtebron nodig, maar ook een koudebron. In een stoommachine bijvoorbeeld, wordt water dat opgesloten werd toen het koud was, omgezet in stoom, die duwt op een zuiger. Om dit te herhalen, moeten we opnieuw aan koud water geraken.
De CarnotcyclusDe machine van Carnot is een theoretisch model, waarin een ideaal gas vier fasen doorloopt:
De tweede en vierde fase compenseren elkaar. De belangrijkste volumeveranderingen gebeuren in de twee andere fases, bij de constante temperaturen van de warme en de koude bron. De arbeid nodig voor die even grote volumeveranderingen hangt af van de druk tijdens de beweging. De druk is evenredig met de temperatuur, en dus groter bij de warme bron. Bij elke bron is de warmtestroom gelijk maar tegengesteld aan de arbeid. |
Algemeen gesproken, zet een warmtemachine maar een deel van de warmte die ze uit de warmtebron haalt, om in arbeid. Een ander deel moet verdwijnen in de koudebron. Het maximale rendement van een warmtemachine, dat is de grootst mogelijke verhouding tussen bekomen arbeid en geleverde warmte, hangt af van de absolute temperatuur van de warme en de koude bron. Het is gelijk aan het verschil tussen de hoge en de lage temperatuur, gedeeld door de hoge temperatuur. Het is altijd kleiner dan 1:
|
η = (T2 - T1) / T2 |
De temperatuur T1 is normaal iets hoger dan de omgevingstemperatuur (laten we zeggen, 27°C, of 300 K). De temperatuur T2 hangt af van de vlam, maar nog meer van de materialen, die stevig moeten blijven bij de werktemperatuur. De beste warmtemachines halen nu een rendement in de buurt van 50 %.
De Carnotcyclus, waaruit deze formule afgeleid werd, is omkeerbaar. In plaats van warmte te halen uit de warme bron, en die gedeeltelijk om te zetten in arbeid, kan men ook warmte halen uit de koude bron, en door toevoeging van arbeid, ze overpompen naar de warme bron. De meest efficiënte warmtepomp neemt warmte evenredig aan T1, geeft warmte evenredig aan T2, en gebruikt daarvoor arbeid evenredig aan het verschil T2 - T1. Zo werkt een koelkast.
Rudolf Clausius heeft het model van Carnot verder bestudeerd, en hij stelde vast dat in een gesloten systeem, een bepaalde variabele die hij entropie noemde, niet kon dalen. In een gesloten systeem zal na lange tijd elke beweging ophouden, want haar energie zal omgezet zijn in warmte. En elk temperatuurverschil zal verdwijnen, want warme delen zullen de koude delen verwarmen.
Na de algemene aanvaarding van de atoomtheorie, kwam de statistische mechanica met een statistische uitleg voor thermodynamische processen. Zij werden verklaard als het resultaat van de gemiddelde beweging van een groot aantal atomen. De entropie werd geherdefiniëerd als een maat voor de waarschijnlijkheid of de wanorde van een systeem. De wet van de niet-afnemende entropie zegt dat de totale waarschijnlijkheid van een gesloten systeem waarschijnlijk niet zal afnemen.
Het principe van niet afnemende entropie is ook toepasselijk op levensvormen. Op het eerste gezicht kan dat raar lijken. Een levend wezen is een eiland van orde midden in een chaotische wereld. Bekijk een levende cel: elke molecule heeft haar plaats en haar functie. In meercellige organismen groeperen verschillende cellen zich tot organen, elk met zijn eigen functie in het geheel. Spreekt dit dan de bewering niet tegen, dat entropie niet kan afnemen?
Niet echt, want een levend organisme is geen gesloten systeem. Levende dingen eten energie uit de wereld rondom. En ja, ze zijn geordend, maar om die orde te bereiken vernietigen ze geen entropie: ze schijten haar uit, vooral in de vorm van warmte. Het leven op Aarde kan een cyclisch terugkerend fenomeen lijken, maar uiteindelijk hangt het af van de energie van de zon, en de zon verbrandt haar waterstof niet cyclisch, maar definitief.
Deze formule hebt ge zeker al gezien:
|
E = m ∙ c2 |
Ze zegt dat energie een massa heeft. E is de energie, m is de massa, en c is de lichtsnelheid in vacuum. Als ge energie toevoegt aan een systeem, bijvoorbeeld door de beweging van een voorwerp te versnellen, dan zal zijn massa toenemen. En omgekeerd, neem energie weg, en er is ook massa weg.
|
Bij een snelheid v, wordt de oorspronkelijke massa gedeeld door de vierkantswortel van 1 - v2 / c2. |
Het gaat om een heel klein massaverschil, tenminste als de snelheid niet onvoorstelbaar groot is. Bij een snelheid van 100 km/h, zal de massa van een auto van 800 kg toegenomen zijn met 0,344 mikrogram. Pas bij een snelheid van 260 000 km/s is de massa verdubbeld. Maar bij 300 000 km/s is ze oneindig.
Maar voor massa geldt hetzelfde als voor warmte: energie heeft wel een massa, maar niet elke massa is bruikbaar als energie. Denk niet dat iemand ooit met een magisch gebaar deze 8,5 gram (ik toon een stukje van 2 euro) zal omzetten in 212 miljoen kilowattuur aan elektrische energie.
Massa kan wel een aanwijzing geven van de beschikbare energie. Niet als het gaat om chemische energie: chemische energie is zeer klein in vergelijking met de massa van de reagerende stoffen. Verbrand 2 kilogram waterstof met 16 kilogram zuurstof, en het resultaat is hete stoom. Koel die stoom af, en wat overblijft is geen volle 18 kilogram vloeibaar water, maar 3 mikrogram minder. Dat heb ik berekend. Bij mijn weten bestaat er geen weegtoestel dat voldoende precies is om het te controleren.
In de kernfysica zijn de relatieve energiewaarden veel groter, en wel meetbaar als massaverschil. Alle atomen zijn lichter dan de som van de massa's van de samenstellende protonen, neutronen en elektronen. Dit komt overeen met het feit dat er energie nodig is om die delen uit elkaar te halen.
Voor gewone waterstof, met enkel een proton in de kern, is het massaverschil heel klein, 1,5 tienmiljoenste van de massa. Maar voor zware waterstof, een proton en een neutron, is het verschil 1 percent van de massa. De binding tussen kerndeeltjes is een miljoen maal sterker dan die tussen de kern en de elektronen. Het massaverschil, de bindingsenergie van een atoom, is ongeveer gelijk aan de bindingsenergie van de kern alleen, en deze bindingsenergie is groot genoeg voor een weging.
Als we de bindingsenergie delen door de massa, blijkt dat de meest stabiele atoomkern een van de isotopen van ijzer is, met 26 protonen en 30 neutronen. Kleinere kernen kunnen theoretisch energie afgeven door te vergroten, en grotere kernen door te verkleinen. Het samensmelten van kernen heet fusie, en zij is het, die energie geeft aan de sterren. Voor die fusie zijn een hoge temperatuur en een grote druk vereist, want de kernen stoten elkaar elektrisch af, en alleen op heel korte afstand zal de sterke interactie tussen protonen en neutronen die afstoting overtreffen. De nodige druk komt uit de zwaartekracht, want sterren zijn altijd voldoende groot en zwaar.
Onze zon, zoals de meeste sterren die we kunnen zien, verbrandt nu waterstof, en maakt er helium van. Later zal ze zwaardere elementen maken zoals koolstof, stikstof, zuurstof, en uiteindelijk de meest stabiele kernen ijzer en nikkel. Bij de ontploffing van een ster, of bij een botsing tussen sterren, is de energie heel geconcentreerd, en de gebeurtenissen gaan heel snel. Daardoor ontstaat er onevenwicht en verspilling, en worden er grotere kernen dan ijzer gevormd. Een deel van die kernen is stabiel, want om ze om te vormen tot minder energierijke kernen zouden ingewikkelde herschikkingen nodig zijn. De meeste niet stabiele kernen vallen snel uit elkaar, maar enkele halfstabiele isotopen kunnen heel lang blijven bestaan. Bijvoorbeeld uranium 238, waarvan de halveringstijd 4,5 miljard jaar is, ongeveer de leeftijd van onze aarde. Het langzaam uiteenvallen van dergelijke elementen is wat nu het inwendige van de aarde verwarmt. Let wel: het splijtbare uranium dat nodig is voor kerncentrales is uranium 235, waarvan de halveringstijd maar 700 miljoen jaar is. Daardoor maakt het maar 0,7 % uit van het overgebleven uranium op Aarde.
We zijn levende wezens, en zoals alle levensvormen hebben we energie nodig om voort te bestaan.
Natuurlijk moeten we eten. Daarnaast gebruiken we ook buitenlichamelijke energie om ons te verwarmen, om licht te maken, om mensen en zaken te vervoeren, om verschillende stoffen en voorwerpen te fabriceren, en in de laatste generatie ook meer en meer voor computers en communicatiemiddelen. Hoewel, ook vroeger werd al een vierde van onze lichamelijke energie gebruikt door de hersenen, en de eerste marathon werd gelopen om een boodschap over te brengen.
Ik was bijna vergeten ook koken te vermelden. Wij zijn de enige diersoort die haar voedsel kookt, maar dat doen we intussen al zo lang, dat warme bereiding een deel geworden is van ons spijsverteringsstelsel. Zelfs koude voedingsmiddelen zijn vaak warm bereid, denk maar aan brood.
Over eten zal ik niet spreken, en ook niet over keukens, fabrieken of computers. Ik wil wel spreken over verwarming van huizen, over vervoer, en over het maken van elektrische stroom.
Ik begin met verwarming. In mijn eerste beroep was ik raadgever inzake isolatie en verwarming van huizen. De technieken zijn intussen al veel veranderd, maar ik kan wel enkele algemene raadgevingen geven die nog altijd geldig blijven.
In ons Belgisch klimaat is er geen twijfel mogelijk over het feit dat huizen moeten geïsoleerd worden tijdens de bouw. Een goed geïsoleerd huis is comfortabeler en minder duur om te verwarmen. Voor oude huizen is er een onderscheid te maken. Meestal loont het wel de moeite om een onbewoonde zolder te isoleren, en vensters met enkel glas te vervangen door dubbel glas. Maar buitenmuren zijn moeilijker aan te passen.
Een geïsoleerde buitenmuur bestaat, van binnen naar buiten, uit een draagmuur, een isolatielaag, een luchtspouw, en een buitenafwerking. Isolatie achter de draagmuur vergroot de warmtecapaciteit van het huis. Dat zou een nadeel zijn in een kasteel met heel dikke muren, dat maar een keer per jaar verwarmd wordt ter gelegenheid van een nieuwjaarsbal. Het opwarmen zou al een volle week voor het feest moeten beginnen. Maar in een normaal bewoond huis zorgt die warmtecapaciteit voor een gelijkmatiger temperatuur in tijd en in plaats. In de zomer geniet men overdag van de nachtelijke koelte. Ook beschermt de dragende muur de isolatielaag tegen de vochtigheid uit het huis. De buitenafwerking en de spouw beschermen de isolatie tegen de regen, en laten haar drogen.
Gebruik om een huis te verwarmen altijd warmte, geen elektriciteit. Herinner u wat ik zei over entropie: arbeid kan altijd omgezet worden in warmte, maar niet omgekeerd. Elektriciteit is hoogwaardige energie, want ze kan omgezet worden in arbeid. Van de warmte die gebruikt is om de elektriciteit te maken, is de helft verloren gegaan in koeltorens. Gebruik bij voorkeur brandstof, of warmte uit een zonnewarmtepaneel, of als ge een voldoende grote warmtebron hebt op een niet te lage temperatuur, gebruik dan wel elektriciteit, maar voor een warmtepomp.
Voor centrale verwarming gebruikt men in België meestal stookolie of aardgas. In beide gevallen komt het erop aan de stookketel een zo hoog mogelijk rendement te geven: genoeg luchttoevoer voor een volledige verbranding, niet te veel lucht om een hete vlam te krijgen, en van die vlam moet zoveel mogelijk warmte afgegeven worden aan het water in de ketel.
Een moderne condensatieketel koelt de verbrandingsgassen zozeer af, dat de waterdamp die ze bevatten condenseert en zijn verdampingswarmte afgeeft aan de ketel. Die ketel moet dan wel uit goed, roestbestendig materiaal zijn. Ook de schoorsteen is speciaal. Toen ik jong was, trok een schoorsteen de verbrandingsgassen omhoog doordat ze veel lichter waren dan koude lucht. Na een condensatieketel zijn de verbrandingsgassen niet warm genoeg meer daarvoor. Men gebruikt een ventilator en een dubbele schoorsteenbuis. De binnenste buis verwijdert de verbrandingsgassen, terwijl de buitenste buis de nodige verse lucht aanlevert. Onderweg geven de verbrandingsgassen hun laatste warmte af aan de binnengezogen lucht. Zo is het warmteverlies van het hele systeem heel beperkt.
Zonnecollectoren worden veel gebruikt voor sanitair warm water, maar voor de verwarming van een heel huis zijn ze meestal niet goed genoeg. Men kan ze wel combineren met een warmtepomp en een ondergrondse warmteopslag, in een systeem dat de zomerwarmte gebruikt voor winterse verwarming.
De meeste systemen met warmtepomp die nu verkocht worden, gebruiken de buitenlucht als warmtebron. Ik betwijfel hun rendement in België. In een warmer klimaat is zo een systeem heel goed, omdat het tegelijk dient als koeling in de zomer. In de winter, als de buitentemperatuur niet te laag is, geeft het veel warmte voor weinig elektriciteit. Maar vanaf 5 graden Celcius beginnen de problemen. De rooster die de buitenwarmte opneemt is altijd iets kouder dan de lucht. Vanaf 5° begint hij aan te vriezen. Een steeds dikkere ijslaag isoleert de rooster, en zijn temperatuur wordt lager en lager. Daardoor is er meer elektriciteit nodig om te pompen. Als het ijs te dik geworden is, moet de rooster ontvroren worden. Dat gebeurt automatisch, maar het vraagt wel bijkomende energie.
Een andere mogelijkheid: gecombineerde productie van warmte en elektriciteit. Dat is altijd mogelijk waar men warmte nodig heeft aan een lagere temperatuur dan wat bruikbaar is voor een warmtemachine. Men maakt elektriciteit met een warmtemachine die werkt tussen de hoge temperatuur en de gewenste lagere temperatuur. De machine heeft een lager elektrisch rendement dan gewoonlijk, omdat het temperatuurverschil kleiner is. Ook haalt men minder warmte uit de brandstof, omdat een deel ervan omgezet wordt in elektriciteit. Maar omdat men de warmte nodig heeft, en ook de elektriciteit kan gebruiken, is er uiteindelijk winst, want de gewonnen elektriciteit is meer waard dan de verloren warmte.
Het systeem werd oorspronkelijk gebruikt in de industrie. Ik heb ooit een papierfabriek bezocht waar de gewenste halfwarme temperatuur stoom was van 200°C. Maar bij lagere temperatuur is de winst groter. Het systeem is erg geschikt voor de verwarming van kantoorgebouwen. Voor eengezinswoningen is het te ingewikkeld, maar het wordt wel gebruikt voor de gemeenschappelijke verwarming van appartementen of van stadswijken. Er is wel een systeem nodig om het individuele warmtegebruik te meten. Doe niet zoals in Rusland, waar men niet alleen het verbruik niet meet, maar waar de techniek zelfs niet toelaat om het verbruik te beperken. Radiatoren hebben geen kraan, en als het te warm is moet men een venster openzetten.
Op het gebied van vervoer, ben ik een gelukkig mens. Ik heb nooit een firmawagen moeten aanvaarden in plaats van een deel van mijn wedde. Ik heb nooit zelf naar het werk moeten rijden, maar kon mij altijd laten vervoeren terwijl ik een krant las, of een boek.
Op die manier naar het werk gaan is niet alleen gerieflijk, het spaart ook energie. Dichter bij het werk wonen zou nog beter zijn. Maar als er vervoer nodig is, is gemeenschappelijk vervoer energiezuinig, op voorwaarde dat de voertuigen vol genoeg zitten over een voldoende groot deel van het traject, en dat ze de weg niet te veel verlengen om bijkomende passagiers op te halen of af te zetten.
Maar laten we het hebben over de voertuigen zelf. Over motoren weet ik niet zo veel, maar ik kan wel iets zeggen over wegen, en over de voertuigen die er gebruik van maken.
Arbeid is kracht maal afstand. Bij een gegeven afstand hangt de energie af van de kracht die nodig is om het voertuig in beweging te houden. Er is natuurlijk ook kracht nodig om te versnellen, en normaal is iedere afremming een verlies van energie. Maar ik zal veronderstellen dat de snelheid constant is en de weg vlak.
Voor een slede is de kracht die nodig is om een al begonnen beweging in stand te houden, gelijk aan F = µd ∙ FN. In die formule is FN het gewicht (of juister, de kracht loodrecht op de bewegingsrichting), en µd is een constante, de dynamische wrijvingscoëfficiënt. Deze coëfficiënt hangt af van het materiaal van de slede en van de weg. Voor staal op ijs is hij 0,015, voor staal op staal 0,2, en voor rubber op beton 0,8. Rubberen sleden worden verrassend veel gebruikt, maar enkel voor korte afstanden: meestal niet meer dan enkele meters, vlak voor een botsing.
Voor een rollend voertuig is dezelfde formule van toepassing, maar met een andere coëfficiënt. Men noemt hem de rolweerstandscoëfficiënt, en ook hij hangt af van de materialen van het wiel en van de weg. Bij luchtbanden hangt hij ook af van de interne luchtdruk, en in de totale rolweerstand zit naast een bijdrage van de weg ook een bijdrage van de wiellagers. Voor de wielen van een spoorvoertuig (staal op staal) ligt de totale coëfficiënt tussen 0,001 en 0,002, voor rubberbanden op beton is dat tien maal meer, tussen 0,01 en 0,02.
De kracht die nodig is om een boot te laten bewegen, is min of meer evenredig met het kwadraat van de snelheid. Bij lage snelheid heeft een boot altijd minder energie nodig dan een voertuig op het land, maar dit voordeel hangt sterk af van de snelheid. Bij landvoertuigen is er ook een bijkomende kracht die evenredig is met het kwadraat van de snelheid, wegens de luchtweerstand, maar die is veel kleiner dan de weerstand van water. Tot 30 km/h heeft hij bijna geen belang.
Voor vliegende tuigen heb ik geen eenvoudige formule, maar een vliegtuig heeft normaal meer energie nodig dan een snelle auto, en een helikopter, die nochtans trager is, verbruikt dubbel zoveel energie als een vliegtuig.
De keuze van een vervoermiddel hangt af van de beschikbare wegen en van de energiebehoefte van de voertuigen, maar ook van hun grootte en snelheid. Bij snelheid denken we aan beschikbare tijd. Aardbeien worden nooit per schip over de oceaan vervoerd, en bananen nooit per vliegtuig. Bij grootte, denk aan wat ik gezegd heb over het gemeenschappelijk vervoer van personen: probeer te reizen langs een rechte weg, met een vol voertuig. Bij treinen kan dit gaan om een volle trein, maar ook gewoon een volle wagon. Wagons zijn redelijk gemakkelijk te herschikken: een volle trein kan vertrekken met meer dan een bestemming, en een volle trein kan aankomen uit meer dan een vertrekpunt. Hetzelfde geldt voor een containerschip. Het grootste deel van de reis gebeurt met een groot schip, maar het begin en het einde kunnen gebeuren per rivierboot, per trein of per vrachtwagen. De eenheid is een container.
Het elektriciteitsnet wordt veel gebruikt, en zijn energie komt uit bijna alle gekende bronnen. Twee energiebronnen zijn erg omstreden, om verschillende redenen, en daarom niet altijd door dezelfde mensen: fossiele brandstoffen, en kernenergie. In België zijn ze nu de belangrijkste energiebronnen, daarom zal ik het hoofdzakelijk daarover hebben. Over alternatieve energiebronnen zal ik spreken in een andere voordracht, over "duurzame ontwikkeling". Maar eerst moet ik iets zeggen over het netwerk zelf.
Elektrische stroom wordt gemaakt tijdens het gebruik. Op ieder ogenblik moeten voldoende centrales klaar staan om de gewenste stroom te maken voor dat moment. Daarom zijn er centrales van verschillende types:
Sommige centrales die moeilijk aan en uit te zetten zijn, leveren de dag door het basisvermogen. In België zijn dat kerncentrales.
Centrales die stoom gebruiken uit een ketel, werken ook ononderbroken gedurende meerdere uren of dagen. Ook zij kunnen het basisvermogen leveren.
Op hetzelfde niveau bevinden zich generatoren die men wel kan, maar niet wil uitschakelen, omdat de marginale kosten voor stroomgeneratie heel klein zijn. Dat zijn bijvoorbeeld windturbines.
Waterkrachtcentrales hebben meestal ook een geringe marginale kost, maar de tijdelijk niet gebruikte energie gaat bij hen niet verloren. Daarom kunnen ze wel uitgeschakeld worden in de daluren.
Gasturbines en dieselmotoren leveren enkel elektriciteit op piekmomenten, gedurende een kwartier. Zij kunnen ook gaten vullen in de productie uit niet regelbare energiebronnen zoals zon en wind.
Een speciale rol is weggelegd voor centrales die overbodige elektriciteit bewaren en hergebruiken. In België is er maar een dergelijke centrale, ze bevindt zich in Coo, en het is een pompcentrale. Een pompcentrale is een omkeerbare waterkrachtcentrale. Naargelang de noden, pompt ze water naar boven, of gebruikt ze het opgepompte water om elektriciteit te maken. Een pompcentrale is geen energiebron, maar gewoon een middel om energie te bewaren.
Over het klimaat is er veel geweten en veel niet geweten. Zeker is, dat van 1880 tot 2012 de gemiddelde temperatuur van de lucht aan de aardoppervlakte verhoogd is met 0,85 °C (tussen 0,65 en 1,06), dat ze nog verder verhoogt en dat ze nog minstens een eeuw zal blijven verhogen. Zeker is ook, dat men dat kan beïnvloeden door meer of minder broeikasgassen in de atmosfeer te brengen, vooral koolstofdioxide en methaan.
Is die opwarming goed, slecht, niet belangrijk? Hierover verschillen de meningen. In Canada en in Rusland zijn er velen die twijfelen of die opwarming niet goed zou kunnen zijn. In lage landen bij de zee, en vooral op eilanden in de Stille Oceaan, is men er zeker van dat ze heel slecht is. De meeste klimatologen en paleontologen denken dat, minstens voor de eerstvolgende generaties, we beter de snelheid en omvang van de opwarming kunnen beperken. Daarvoor moeten we het gebruik van fossiele brandstoffen beperken.
Alle gebruikte brandstoffen bestaan uit koolstof en waterstof. Bij verbranding ontstaan koolstofdioxide en water.
Steenkool is bijna zuivere koolstof. Zij produceert alleen koolstofdioxide.
Bruinkool is minder zuivere steenkool. Zij bevat water, wat haar verwarmingswaarde vermindert. Daardoor produceert ze zelfs meer koolstofdioxide voor dezelfde energieafgifte, en daarbovenop komen nog schadelijkere gassen zoals zwaveloxides.
Metaan, aardgas, geeft voor dezelfde energie minder dan half zoveel koolstofdioxide als steenkool. Wel is het zelf een broeikasgas, en daarom is het belangrijk vanwaar het komt. Is het uit moerassen gehaald, of uit de mest van koeien, dan is het bijna aan de atmosfeer zelf onttrokken, en dus zuivere winst. Komt het uit de diepte, dan is de vraag hoeveel ervan ontsnapt tijdens de winning en de distributie.
Koolwaterstoffen, de verschillende fracties van petroleum, bevinden zich midden tussen steenkool en verliesloos gewonnen metaan: minder koolstofdioxide dan uit steenkool, maar meer dan uit metaan.
Het valt misschien op dat ik waterstof niet vermeld. Waterstof is een heel zuivere brandstof die helemaal geen koolstofdioxide produceert. Maar het is geen energiebron. Nergens op aarde is er een natuurlijke voorraad waterstofgas. Alle waterstof die gebruikt wordt, is tevoren gemaakt uit water en energie. Waterstof is een vervoermiddel voor energie, zoals elektrische stroom, en een bewaarmiddel, zoals een pompcentrale, maar het is geen bron.
En wat met hout, of plantaardige olie? Als brandstof verschillen ze niet veel van bruinkool of petroleumfracties. Dan men toch allen spreekt over het vermijden van fossiele brandstoffen, komt uit het idee van vervangbaarheid: koolstofdioxide uit plantaardig materiaal kan opnieuw opgenomen worden door planten, maar fossiele CO2 komt daar bovenop, het is een supplement dat de bestaande planten nooit zullen kunnen verwerken. Het gaat om de hoeveelheid, niet om een of andere eigenschap van de brandstof zelf.
Kernenergie is heel geconcentreerde energie. Ze is ideaal voor het maken van bommen. Een klein voorwerp, gemakkelijk te transporteren, bevat genoeg energie om een hele stad te verwoesten. Maar om dezelfde reden is die energie ook moeilijk te beteugelen. Probeer een krachtpatser er maar eens toe te brengen om elke seconde een pluimpje te verplaatsen. De technische problemen zijn niet opgelost, en het is alleen om ideologische redenen dat men, een halve eeuw geleden, het "vreedzaam gebruik van kernenergie" is gaan bevorderen.
Niet opgelost, heb ik gezegd. Als het over kernfusie gaat, zal niemand mij tegenspreken. Vijf landen hebben al een waterstofbom gemaakt. En ook de gecontroleerde fusie van atoomkernen is al gelukt. Maar voor die beperkte fusie, onder druk van magnetische velden, was zoveel energie nodig, en de opvang van de opgewekte energie was zo onhandig, dat er netto energie verloren ging. Men probeert nog altijd de techniek te verbeteren, maar verwacht nog niet dadelijk een bruikbaar resultaat.
Kernsplitsing wordt wel al op industriële schaal gebruikt, hoewel ook die techniek niet klaar is voor gebruik. Er zijn twee problemen, en beide zijn politiek opgelost, maar niet technisch.
Om te beginnen is er het radioactief afval. Uranium, zelfs het splijtbare uranium 235, heeft een lange halveringstijd. Het is dan ook relatief weinig radioactief. In en rondom de reactor worden veel radioactievere stoffen gevormd. Natuurlijk, radioactiever betekent ook minder bestendig. Maar de duurtijd waarmee we hier vergelijken is dan ook een miljard jaar. Gedurende tienduizend jaar is de totale radioactiviteit van het afval van een kerncentrale groter dan de radioactiviteit van de gebruikte grondstoffen zou geweest zijn.
Om toch het vreedzaam gebruik van kernenergie mogelijk te maken, neemt de staat de eeuwige verantwoordelijkheid voor dat afval op zich, tegen betaling van de jaarlijkse bewaarkosten zolang de centrale bestaat.
Ten tweede, het gevaar. Er zijn andere gevaarlijke fabrieken, bijvoorbeeld fabrieken die werken met giftige of explosieve stoffen. Maar de uitbaters van dergelijke fabrieken zijn verantwoordelijk voor elk ongeluk dat daar gebeurt. Ze moeten de schade herstellen, of als dat niet kan, een schadevergoeding betalen. Daarom zullen ze zoveel mogelijk proberen ongelukken te vermijden.
De uitbater zelf kan slachtoffer zijn van slechte materialen. Dan kan hij een deel van de schade verhalen op de leveranciers van die materialen. En bij een echt groot ongeluk zal de uitbater niet meer kunnen betalen, maar een verzekering betaalt wel in zijn plaats. Een fabriek mag niet opstarten als ze niet degelijk verzekerd is. De verzekeraar zal op voorhand het risico inschatten, en een overeenkomstige premie vastleggen. Zo zal hij uitbater en leveranciers tot voorzichtigheid manen.
Er is één uitzondering op heel dat stel wetten. Volgens een internationaal verdrag afgesloten in Parijs in 1960, zijn leveranciers niet verantwoordelijk bij een nucleair ongeval, en de verantwoordelijkheid van de uitbaters is beperkt. De grens zelf van hun verantwoordelijkheid is niet vastgelegd door het verdrag: elk land mag die zelf vastleggen op minstens 700 miljoen euro. In België is dat nu 1,2 miljard. Ter vergelijking: het kernongeluk van Fukushima kostte ongeveer 186 miljard euro, 155 maal wat de uitbater en zijn verzekering zullen moeten betalen als iets dergelijks gebeurt in België. Zonder dit uitzonderingsregime zou het vreedzame gebruik van kernenergie niet kunnen concurreren met minder dure energiebronnen.
Dit was het. Ik had het over energie. Energie is arbeid. Energie verdwijnt niet echt, maar verwordt wel tot warmte.
Hebben we energie nodig? Natuurlijk hebben we ze nodig, zelfs als de bronnen vervuilend of gevaarlijk zijn. Maar we moeten wel oplossingen vinden voor deze problemen. Daarover heb ik het een andere keer.
Datum waarop deze pagina laatst werd bijgewerkt: 2018-03-16