Duurzame ontwikkeling: kan dat?

Definitie

Zoals ik al gezegd heb in een vorige voordracht over energie, gebruiken alle levensvormen energie, die ze "eten" uit hun omgeving, en produceren ze entropie, die ze moeten "uitschijten". Duurzame ontwikkeling is de keuze om te eten en te schijten, maar wel zo dat we nog lang kunnen blijven eten en schijten.

Een meer officiële definitie werd gegeven de commissie Brundtland van 1987, de VN-commissie over Milieu en Ontwikkeling. Volgens deze commissie is duurzame ontwikkeling een ontwikkeling die tegemoetkomt aan de noden van het heden, zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties om in hun behoeften te voorzien in het gedrang te brengen.

Is dat mogelijk?

Ik zou onmiddellijk kunnen antwoorden. Met wat we nu weten over de ontwikkeling van het heelal, en omwille van de wet van niet dalende entropie, is eeuwig leven niet mogelijk. Individuen leven niet eeuwig, soorten leven niet eeuwig, en het biologisch leven op aarde zal niet eeuwig blijven leven.

Op onze aarde zal het leven waarschijnlijk verdwijnen over een miljard jaar, want de zon zal dan zo warm zijn, en zo dichtbij, dat de oceanen zullen verdampen, en de atmosfeer zal weggeblazen worden.

Maar we kunnen ook minder veeleisend zijn. Kan het leven op aarde, kan het menselijk leven nog lang genoeg blijven bestaan? Ja, we kunnen nog heel lang blijven leven, als we ons maar bewust zijn van de problemen terzake. De problemen zijn ecologisch, technisch en maatschappelijk.

Ik zal vooral spreken over technische oplossingen voor ecologische problemen in verband met het gebruik van energie, maar ik zal ook enkele andere aspecten van duurzame ontwikkeling vermelden, waarover we daarna kunnen discussiëren.

Maar eerst zal ik het hebben over duurzame ontwikkeling als mode, als woorden die men moet uitspreken maar waar men niet noodzakelijk moet naar handelen.

Duurzame ontwikkeling als mode

Er bestaat een moderne religie die zegt dat een economie nooit volgroeid kan zijn. Economie moet altijd groeien, tot twee meter (ik toon die hoogte, meer dan twintig centimeter boven mijn hoofd), daarna drie, dan vijf.

Duurzame groei

Het is moeilijk zich zo een onophoudelijke groei voor te stellen op de beperkte oppervlakte van onze aarde. Onophoudelijke groei lijkt het tegenovergestelde van duurzame ontwikkeling. Toch zijn ze combineerbaar. De combinatie heet duurzame groei, en ze houdt zich vooral bezig met de vraag wat we moeten zeggen en wat niet.

Groene elektriciteit

Groene elektriciteit: een prachtige uitvinding. Iets waar iedereen bij wint.

Hoe werkt het systeem? Elektriciteit in de leiding is grijs: zij heeft geen kleur. Maar men kan wel een kleur toekennen aan de installaties die de elektriciteit produceren. Het is een systeem met twee kleuren, zonder tussenkleur voor twijfelgevallen, maar bij de meeste installaties is er geen discussie mogelijk: windmolens zijn groen, kerncentrales zijn bruin. Men weet hoeveel elektriciteit er gemaakt wordt van elke kleur, en zo kan men garanderen dat er op wereldschaal nooit meer groene elektriciteit zal verkocht worden dan er geproduceerd wordt.

In eerste instantie slaat de garantie op de verkopers, die tegelijk producenten zijn. Niemand mag meer groene elektriciteit verkopen dan hij zelf produceert. In tweede instantie mag een producent die meer groene elektriciteit produceert dan hij zelf verkoopt, op grond daarvan een certificaat verkopen. Bruine producenten mogen elektriciteit vergroenen met een aangekocht groenestroomcertificaat.

Praktisch: in Noorwegen komt alle elektriciteit uit waterkracht. Niemand twijfelt daaraan, en niemand twijfelt aan het groene karakter van die energie. Geen enkele Noor betaalt een supplement om groene stroom te krijgen. In België (de getallen hebben betrekking op 2012) komt 47,5 % van de elektriciteit uit kerncentrales, en 39,5 % uit fossiele brandstoffen. Samen genomen, is minstens 87 % van de elektriciteit bruin. Velen willen dat graag anders, en meer dan 30 % van de verbruikte elektriciteit wordt betaald als groene stroom. Resultaat: Noren gebruiken groene elektriciteit, maar betalen bruine, terwijl veel Belgen bruine elektriciteit gebruiken, maar groene betalen. Zoals ik al zei: iedereen wint erbij.

Energieovergang

Entropie is eigenlijk warmte gedeeld door temperatuur. Warmte is een vorm van energie, en hoe hoger haar temperatuur, hoe lager de entropie, dus hoe bruikbaarder de warmteenergie.

Maar nu serieus. In de vorige voordracht heb ik al gezegd wat energie is, en wat entropie. Energie is werk, en entropie, eenvoudig gezegd, is verloren, niet meer bruikbare energie.

Energie is beperkt: ze wordt noch bijgemaakt noch vernietigd, ze blijft constant. En entropie kan alleen maar groeien.

Ik heb ook gezegd dat we, om verschillende redenen, moeten proberen het gebruik te vermijden van fossiele brandstoffen en van kerncentrales. Het is moeilijk die twee te vergelijken, maar in wat volgt zal ik ze gewoon gelijkstellen op basis van de hoeveelheid energie: energie uit een kerncentrale is even schadelijk als dezelfde energie uit een kolencentrale. Maar zoals blijkt in Duitsland: uitstappen uit kernenergie en uit broeikasgassen is mogelijk, zelfs in landen die erg gelijken op het onze.

Elektrische energie

Kernenergie wordt gebruikt voor het leger: om bommen te maken, en als aandrijving voor onderzeeboten. Voor de rest wordt ze alleen gebruikt om elektrische stroom te produceren. Fossiele energie wordt gebruikt voor elektriciteit, verwarming, transport, en in andere industrietakken waarover ik het niet ga hebben.

Bij verwarming en transport is elektriciteit het belangrijkste alternatief voor fossiele brandstoffen, maar gezien de manier waarop elektriciteit nu gemaakt wordt, kan men voorlopig beter vasthouden aan de fossiele brandstoffen. Eerst moet de energieovergang gemaakt worden in de elektriciteitssector.

Ik zal enkele mogelijke bronnen beschrijven van hernieuwbare elektriciteit, en daarna beschrijf ik de aanpassingen die nodig zijn in het elektriciteitsnet om die bronnen volledig te kunnen benutten.

Bronnen van hernieuwbare elektriciteit

De eerste machines die een andere energiebron gebruikten dan de spierkracht van mensen en dieren, waren geen warmtemachines, maar water- en windmolens. Watermolens zijn nooit verdwenen, en vanaf het begin van de elektrische netwerken werden ze gebruikt om elektriciteit te produceren. Windmolens waren wel bijna verdwenen toen ze in de jaren 1950 heruitgevonden werden. Men noemt ze nu windturbines, maar de essentie blijft dezelfde: ze laten de wind werken.

Water

Waterturbines kunnen gebruikt worden overal waar water kan opgehouden worden bij zijn afdaling: vooral in bergstreken, maar ook op minder grote schaal bij sluizen en bij stuwen die de stroom van rivieren regelen om overstromingen te voorkomen. In Frankrijk, op de rivier Rance bij Saint-Malo in Bretagne, werd in 1966 een centrale van 240 MW geopend die getijdeënergie gebruikt. De getijden op die plaats zijn heel sterk (gemiddeld 8 m verschil tussen hoge en lage tij), en het natuurlijk reliëf maakte het mogelijk om met een stuwdam van 700 m een kunstmeer af te sluiten met een gemiddelde oppervlakte van 22 km2. Door water binnen en buiten te laten, maakt men elektriciteit. In 2011 werd een nog grotere getijdecentrale geopend in Zuid-Korea.

Wind

Windturbines kunnen op veel plaatsen gebruikt worden, maar vooral dicht bij zee, in vlakke gebieden en op bergtoppen. In België, is er 380 MW geïnstalleerd in zee, 420 MW in Vlaanderen, en 576 MW in Wallonië. Men moet een vergunning hebben om een windturbine te kunnen installeren. Natuurlijk worden ze nooit toegelaten vlak bij huizen: ze storen door hun geluid en door hun slagschaduw. Stel u voor dat een uur lang, als de zon in de juiste richting staat, uw kamer elke seconde even verduisterd wordt. Dat mag natuurlijk niet. Maar in Vlaanderen verbiedt men windturbines vaak ook wegens zogenaamde "visuele vervuiling". Dat is een ideologische keuze: ik hou niet van het vreedzaam gebruik van windenergie, dus wil ik het niet zien.

Zon

De belangrijkste energiebron op aarde is de zon. De zonneënergie die de aarde bereikt is 9000 maal de energie die de mensen op dit ogenblik gebruiken. De zon is de energiebron van de meeste levende wezens, ook van ons voedsel. Ze maakt het weer, en is dan ook de bron van de windenergie en van de meeste waterenergie (alleen de getijden komen vooral van de maan). Maar veel energie blijft nog beschikbaar als we maar een goede techniek hebben om ze op te vangen.

Om zonneënergie op te vangen, behalve door landbouw, zijn er drie grote systemen: warmte opvangen bij lage temperatuur, zonnestralen concentreren en opvangen op hoge temperatuur, en rechtstreeks zichtbaar licht omzetten in elektriciteit.

Elektriciteit maken gebeurt het meest efficiënt met warmte op hoge temperatuur. Maar dat is alleen mogelijk bij aanhoudend zonnig weer: de stralen moeten rechtstreeks van de zon komen, zodat ze met spiegels kunnen geconcentreerd worden op een centraal punt of lijn. Hogetemperatuurinstallaties zijn er in de woestijn in Californië, en worden gepland in verschillende landen van Noord-Afrika en in India. In Europa bevindt zich een dergelijke installatie bij Sevilla in Spanje.

Diffuus licht, bij bewolkt weer, kan alleen opgevangen worden met fotovoltaïsche panelen. In België is dat de enige manier om zonneëlektriciteit te maken. Hun rendement is ongeveer 10 %. Vergelijk dit met de 40 % van zonnehittecentrales, maar vergelijk ook met de 1 % van de fotosynthese van planten.

Aardwarmte en zeegolven

In vulkanische gebieden kan men aardwarmte gebruiken om elektriciteit te maken. In principe kan dat ook in niet vulkanische gebieden zoals België, als men maar een put boort die diep genoeg is. Maar de aarde straalt maar 0,032 watt aan aardwarmte uit per vierkante meter. Dat betekent dat een boorgat zal dienen als een warmtemijn. Men haalt de lokale warmte uit de omgeving van het gat, of uit een waterdoorlatende laag tussen twee boorgaten, en dertig jaar later, als de warmte op is, verlaat men de plaats. Pas na tweeduizend jaar zal de plaats opnieuw voldoende warm zijn.

Een andere, nog experimentele, energiebron, zijn zeegolven. Ze zal waarschijnlijk nooit op grote schaal gebruikt worden, maar ze kan nuttig zijn in de buurt van havens, waar dergelijke installaties tegelijk kunnen helpen bij de bescherming tegen te energierijke golven.

Aanpassingen in het elektriciteitsnet

Eerste fase

Tot nu toe is het elektriciteitsnet opgezet als een eenvoudig distributiesysteem, van de veelal grote productiecentrales, naar een groter aantal veelal kleine verbruikers. Binnen het land bestaan er meerdere dwarsverbindingen, zodat als een centrale uitvalt, andere centrales haar taak kunnen overnemen. Tussen naburige landen bestaan er ook enkele dergelijke verbindingen, maar minder veel. Om productie en vraag in de tijd op elkaar af te stellen bestaan er buffercentrales, zoals in België de pompcentrale van Coo.

Tot een bijdrage van maximaal 25 % kunnen hernieuwbare bronnen gewoon de traditionele centrales vervangen, zonder speciale aanpassingen aan het net.

Tweede fase

Bij een grotere bijdrage worden aanpassingen noodzakelijk. De belangrijkste bronnen van hernieuwbare energie zijn de zon en de wind. Beide hangen sterk af van het weer, en hoewel de mogelijkheid bestaat, schakelt men ze niet graag uit. Daarom zijn er speciale voorzieningen nodig om pieken en dalen in de productie uit te vlakken. Uitvlakken kan geografisch en in de tijd.

Geografisch kan de verbondenheid van netwerken in Europa uitgebreid worden, en niet alleen tussen naburige landen. Windturbines in Noord-Duitsland zouden elektriciteit kunnen leveren aan gebruikers in Spanje, en de volgende dag leveren zonnecentrales in Spanje aan gebruikers in Noord-Duitsland. Er wordt ook gedacht aan intercontinentale verbindingen, maar dat is voor een verdere toekomst.

Voor uitvlakking in de tijd kan men meer en grotere buffercentrales bouwen: in de eerste plaats pompcentrales, waar het reliëf ze mogelijk maakt, want zij hebben het grootste rendement. Minder efficiënt, maar vergelijkbaar, zijn persluchtcentrales, die lucht samenpersen en met de geperste lucht opnieuw elektriciteit maken. Men gebruikt ze in vlakke landen zoals Nederland. En er wordt zelfs gedacht aan het gebruik van de batterijen van elektrische auto's als buffer voor het net. Daarvoor zou men een zogenaamd intelligent netwerk gebruiken.

Intelligent elektriciteitsnet

Een intelligent elektriciteitsnet is een net waarin gebruikers en producenten informatie met elkaar uitwisselen. Om goed te werken, moet de informatieuitwisseling verlopen volgens een vastgelegde norm, die zegt welke informatie uitgewisseld wordt, en in welke vorm. Die norm bestaat nog niet, maar er zijn wel al proefprojecten geweest, beperkt in plaats en tijd, om de mogelijkheden uit te testen en problemen te ontdekken en op te lossen.

Het doel van een intelligent netwerk is de wederzijdse aanpassing van producenten en gebruikers. Meestal denkt men daarbij aan een regeling van het gebruik vanuit het netwerk, maar ook de regeling van de productie, en het beheer van het net zelf zouden kunnen verbeterd worden.

Informatie van de gebruikers naar het net zal waarschijnlijk enkel komen van de meters: de elektriciteitsmaatschappij zal op ieder moment het totale verbruik kunnen aflezen van elk huis, maar ook het momenteel gevraagde vermogen. Zo kan ze berekenen hoeveel stroom er loopt door elke verbinding, en waar er overbelasting dreigt op te treden.

Informatie van het net aan de gebruiker zou vooral gaan over tarieven. Er zouden meer tarieven zijn dan de huidige twee (nacht- en dagtarief). Het tarief zou op ieder moment afhangen van de beschikbare stroom, en aparaten die de boodschappen kunnen interpreteren zouden zich telkens kunnen aanpassen aan het toegepaste tarief. Een koelkast zou haar thermostaat iets lager kunnen zetten als de elektriciteit goedkoper is, om de opgeslagen koudevoorraad te gebruiken als de prijs hoger is. Een wasmachine kan geprogrammeerd zijn om klaar te zijn na vijf uur, hoewel een volledig wasprogramma maar een uur in beslag neemt. Wanneer ze dat programma in gang zet, bepaalt ze zelf in functie van de verwachte prijs. En elektrische auto's, die soms voor lange tijd verbonden blijven aan de lader, kunnen in die tijd niet alleen geladen worden bij laag tarief, maar ook gedeeltelijk ontladen aan hoog tarief.

Derde fase

Dergelijke buffers, en de intelligente regeling van het verbruik, kunnen wel dagelijkse pieken in productie en verbruik afvlakken, maar niet de seizoensgebonden onregelmatigheden. Vanaf 75 % hernieuwbare energie worden ook andere aanpassingen noodzakelijk. Men zal langdurige (seizoens)buffers invoeren.

Waarover gaat het? Om te beginnen kan men elektriciteitsoverschotten gebruiken om brandstoffen te produceren. In die fase zullen de meeste auto's al elektrische batterijen gebruiken als aandrijving. Maar er zijn ook voertuigen die nooit batterijen zullen kunnen gebruiken, bijvoorbeeld snelle vliegtuigen en raketten die nooit op elektriciteit kunnen werken, of oceaanschepen die te grote en te zware batterijen zouden nodig hebben om de nodige energie voor een enkele reis te kunnen opslaan. Die voertuigen kunnen wel aangepast worden om te kunnen werken met brandstoffen gemaakt met elektrochemie: gasvormig waterstof of methaan, of vloeibaar methanol. Deze elektrische brandstoffen kunnen ook gebruikt worden voor de gelijktijdige productie van elektriciteit en warmte.

Ten tweede kan men de elektriciteit die overblijft na het vullen van de kortetermijnbuffers en na de productie van voldoende brandstoffen, bewaren in de vorm van warmte. Zoals ik vorige keer al uitgelegd heb, is elektriciteit normaal gesproken veel meer waard dan dezelfde energie in de vorm van warmte. Maar omdat deze elektriciteit komt uit al bestaande en ook nodige windturbines, en een ander gebruik voorlopig niet mogelijk is, kan het opslaan van een onderaardse warmtereserve voor de komende winter wel een goede toepassing zijn.

En als ook de warmtereservoirs gevuld zijn, dan kan men turbines uitschakelen.

Verwarming

Over verwarming van huizen heb ik het vorige keer al gehad. Brandstoffen worden best gebruikt om tegelijk warmte en elektriciteit te maken. Omdat die techniek ingewikkeld is en veel plaats inneemt, gebruikt men hem best in kantoorgebouwen en serres, en voor de gemeenschappelijke verwarming van appartementsgebouwen en stadswijken. Het individueel gebruik van warmte moet wel gemeten worden en individueel betaald. In dat opzicht moet een warmtenet zoiets zijn als een elektriciteitsnet, alleen minder groot (per wijk en niet per land).

In plaats van fossiele brandstof kan men best brandbaar afval gebruiken, en geen speciaal geteelde brandstof. vruchtbare grond is te kostbaar om hem daaraan te verspillen. Vruchtbare grond gebruiken we best voor landbouw (telen van voedsel en van industriële grondstoffen zoals vezels voor textiel), voor bosbouw (hout voor papier en voor meubels), en verder voor natuur.

Men zegt soms dat een bietenveld jaarlijks evenveel zuurstof produceert als een hoog bos. En inderdaad, tijdens de groei maken bieten zuurstof uit kooldioxide en maken bomen zuurstof uit kooldioxide, en per hectare is hun productiehoeveelheid vergelijkbaar. Maar dat is niet de juiste vergelijking. Bieten groeien, en daarna worden ze opgegeten. Bomen groeien en sterven en rotten. Uiteindelijk hebben noch de ene, noch de andere, zuurstof gemaakt. Het grote verschil is dat een bos, en zeker een hoog tropisch regenwoud, meer koolstof bevat dan een bietenveld. Een hoog bos is een reserve aan koolstof dat niet omgevormd is tot kooldioxide. Hoge bossen moeten bewaard blijven, zoals ook ondergrondse reserves van petroleum en steenkool moeten bewaard blijven. En allerlei natuurgebieden, ook lage, zijn belangrijk voor ecologische diversiteit. Men vervangt ze best niet door velden waarop alleen maar brandstof groeit.

Afval zal niet volstaan voor de verwarming. Naast brandstof zal men hernieuwbare elektriciteit gebruiken, liefst niet om ze rechtstreeks om te zetten in warmte, maar om een warmtepomp aan te drijven. De opgepompte warmte kan komen uit de buitenlucht, maar enkel in landen die daar warm genoeg voor zijn. In België, en meer naar het noorden, zal men hoofdzakelijk onderaardse warmte gebruiken, liefst uit een voorraad die elke zomer opnieuw aangevuld wordt.

Vervoer

De auto van de toekomst is elektrisch. Maar men begint daar best niet te vroeg mee. Als alle elektriciteit uit fossiele brandstoffen komt, zullen elektrische auto's meer brandstof verbruiken in de centrales, dan andere auto's verbruiken op de weg. De enige uitzondering zijn spoorvoertuigen, omdat zij hun stroom rechtstreeks van het net kunnen halen. Elektrische centrales gebruiken hun brandstof heel efficiënt, en het net brengt de elektriciteit heel efficiënt naar de gebruiker. Batterijen zijn daar minder goed in: hun rendement bedraagt maar 70 % (in 2015). Bovenop de verliezen in de centrale, bovenop de verliezen in het net, laat de batterij nog eens 30 % van de energie die haar bereikt, verloren gaan. Voertuigen die enkel met batterijen werken kan men best niet invoeren voordat minstens 20 % van de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komt. Echt nuttig zijn ze pas vanaf 30 %. Er zijn landen die al zover zijn, maar België is daar niet bij. Hier zijn elektrische auto's grote vervuilers.

Bij de overgang naar elektrische wagens moet ook het belastingstelsel herbekeken worden. Op dit ogenblik betalen automobilisten een eenmalige belasting bij de aankoop van een voertuig, en verder een vaste jaarlijkse verkeersbelasting. Beide zijn afhankelijk van de mogelijkheden van het voertuig, maar helemaal niet van zijn werkelijk gebruik: voor een auto in de garage betaalt men evenveel als voor een auto op straat. Als compensatie betaalt men wel accijns op de brandstof. Tenminste in Europa, is deze accijns hoger dan de gewone belasting op de toegevoegde waarde, en ze geldt enkel voor brandstoffen voor voertuigen. Bij benzine is dat automatisch zo: benzine wordt alleen gebruikt voor voertuigen. Maar ook dieselolie is duurder dan stookolie, hoewel technisch gezien het enige verschil zit in de kleur. Aan stookolie is een moeilijk te verwijderen kleurstof toegevoegd. Als bij een controle deze kleurstof gevonden wordt in een voertuig, dan moet de automobilist niet alleen een boete betalen, maar ook achterstallige belastingen alsof hij nooit met iets anders gereden had dan met stookolie.

Dergelijk systeem is toepasbaar bij vloeibare brandstoffen, maar bij gassen gaat dat al moeilijker, en met elektriciteit is het helemaal onmogelijk. Elektriciteit heeft geen kleur, en kan die ook niet krijgen. Om elektrische voertuigen te laten betalen volgens het gebruik, is een heel nieuw systeem nodig. Het systeem om met satelieten het effectieve gebruik van de wegen te meten bestaat al voor vrachtwagens, en op termijn kan het uitgebreid worden naar personenwagens, om de belasting op autobrandstoffen te vervangen. Als vervanger voor deze accijns moet het dan wel een belasting worden op de verbruikte energie, geschat als het produkt van motorvermogen en afgelegde afstand, en niet louter een belasting op de afstand.

Andere problemen

Tot daar wat ik nog te zeggen had over energie. De volgende thema's vermeld ik maar kort, maar als iemand een idee heeft, kunnen we erover discussiêren.

Beperkte grondstofvoorraden

Gebrek aan grondstoffen is geen nieuw probleem. Toen mensen leerden vlees snijden en bomen omhakken, gebruikten ze daarvoor aangescherpte stenen. Maar er zijn maar enkele gesteentesoorten die scherp genoeg kunnen gemaakt worden. Het gebruik van metalen was oorspronkelijk een oplossing voor een groeiende schaarste aan goede stenen.

Gebrek aan grondstoffen heeft men altijd opgelost in drie stappen:

We zouden dit kunnen samenvatten als

Demografische problemen

We zijn zo stilaan met te veel mensen voor de kleine oppervlakte van onze planeet, en andere bereikbare planeten zijn niet echt bewoonbaar. Komt daarbij dat in sommige landen de bevolking sneller toeneemt dan in andere, wat onvermijdelijk tot conflicten zal leiden.

Kunnen we dat oplossen met oorlog? Een gevaarlijke gedachte. Oorlog was altijd de natuurlijke reactie van mensen als er in een ander land iets te vinden was dat ze zelf nodig hadden. Maar sinds er atoombommen bestaan, zou een echt grote oorlog ons naar een totale catastrofe kunnen leiden.

Maar bestaat er een andere oplossing? Men zegt dat in landen met een redelijk goede sociale zekerheid, mensen minder kinderen maken, omdat kinderen gedeeltelijk beschouwd worden als degenen die ons zullen onderhouden als we oud zijn. Georganiseerde solidariteit zou dus kunnen helpen. En natuurlijk moeten we ook spreken, en elkaar verstaan. En we moeten onze gedeelde situatie doorzien.

 


Datum waarop deze pagina laatst werd bijgewerkt: 2020-12-10