Doemscenario’s komen alleen uit als we er niks aan doen. Omdat we er met moderne technologie en elektrificatie wel degelijk iets aan doen om de opwarming van het klimaat tegen te gaan, is er geen reden voor paniek. Dat is zo ongeveer de gedachte van veel optimistisch ingestelde mensen als het over het klimaat gaat.
Indrukwekkende prestaties in perspectief
De voortvarendheid waarmee we de energietransitie aanpakken is inderdaad indrukwekkend. Iedereen kan zien dat de zonneparken en windparken als paddenstoelen uit de grond rijzen en iedereen ziet het aantal elektrische auto’s spectaculair toenemen. De prijzen voor groene stroom zijn zo ver gedaald dat die goedkoper is dan stroom uit bestaande steenkoolcentrales.
We hoeven niet te wachten op spectaculair nieuwe uitvindingen. Zelfs met de huidige technologische kennis zouden we overal in de hele wereld de uitstoot van broeikasgassen nog deze eeuw tot nul kunnen terugbrengen. De techniek staat bovendien ook nog niet stil en ontwikkelt zich onder druk nog razendsnel verder. De landen in Europa hebben zelfs al afgesproken dat ze al in 2050 klimaat neutraal zullen zijn. “Het komt allemaal goed.” Is een breed gedragen gedachte.
Wat mensen echter meestal niet zien is dat de ogenschijnlijk grote stappen in procentuele toename van duurzame energie, slechts kleine stapjes zijn in verhouding tot de immens grote hoeveelheid fossiele energie die we nog moeten vervangen.
Te kleine stapjes
In de tien jaar vanaf het jaar 2008 tot 2018 groeide de capaciteit van windparken met 17 % per jaar tot 590 gigawatt en in de volgende 5 jaar met 7 % per jaar tot 850 GW. De globale capaciteit van PV panelen groeide in die periode zelfs met 40 % per jaar tot 508 GW in 2018 en in de 5 jaar daarna met 15 % per jaar tot 1000 GW. China en de VS staan met 330 GW respectievelijk 133 GW aan de top van de hoeveelheid geïnstalleerd vermogen. De ontwikkeling van windturbines op zee is nog maar net op gang en is zeer veelbelovend.
Wind en zon leverden in 2021 samen 3000 Terawattuur (TWh) groene stroom aan de hele wereld.
Watt?
1 kilowattuur (kWh) = een verbruik of opwek met een capaciteit van 1000 watt per uur. Dat is de huishoudmaat. Telkens vermenigvuldigen met 1000 levert vervolgens megawattuur (MWh, 1000 kWh, gigawattuur (GWh, 1 miljoen kWh) en terawattuur (TWh 1 miljard kWh).
Daarmee was de totale opwekking van elektriciteit uit wind en zon gestegen tot 12 % van het wereldwijde gebruik van stroom. In verschillende landen is de procentuele bijdrage van alleen windenergie aan de elektriciteitsproductie al meer dan 25 %.
Alles bij elkaar, niets dan positieve ontwikkelingen!, maar….
Het wereld energieverbruik is met 14800 Mtoe (miljoen ton olie equivalenten) = 172124 TWh (of 172 petawattuur) echter nog fors hoger.
Het grootste deel (83 %) van het energiegebruik is nog afkomstig was van fossiele bronnen. Er is dus nog een eind te gaan voordat al het fossiele brandstofgebruik is vervangen.
Elektrificatie van de belangrijkste sectoren bij elkaar opgeteld
Ik heb hieronder voor de belangrijkste sectoren uitgerekend hoeveel er op wereldschaal nodig is voor de volledige elektrificatie met groene stroom.
Bij de elektrificatie van verkeer valt een enorme efficiëntie-slag te maken, omdat explosiemotoren maar gemiddeld 25 % rendement halen. Bij vervanging van aardgas voor verwarming van woningen en gebouwen door verwarming met elektrische waterpompen is de winst nog groter, omdat 75 % van de energie uit de omgeving wordt onttrokken. Bovendien valt er veel te winnen door isolatie. Bij overgang van gas op groene waterstof bij de zware industrie gaat echter weer energie verloren tijdens de elektrolyse.
- Als we binnen 25 jaar alle fossiele brandstoffen voor vervoer per auto, boot of vliegtuig willen vervangen door elektrische aandrijving via duurzame energie uit wind en zon hebben we daar 5000 TWh per jaar voor nodig.
- Om op die termijn ook het aardgas te vervangen voor verwarming van woningen en andere gebouwen door, na 30% besparing met isolatie, te verwarmen door middel van elektrische warmtepompen, hebben we daar 2500 TWh/j groene stroom voor nodig.
- Als we over 25 jaar de normale elektriciteitsvoorziening die niet op hydro of nucleair draait geheel op wind en zon zouden willen laten draaien hebben we daar 20000 TWh/j voor nodig
- Als we over 25 jaar de productie van staal, ijzer, aluminium, kunstmest en cement willen verduurzamen via groene waterstof dat via elektrolyse uit wind en zonne energie is gemaakt hebben we daar 33000 TWh/j voor nodig.
- We moeten er ook nog van uit gaan dat het totaal door 2 % economische groei per jaar na 25 jaar een factor 1,6 groter wordt.
- In totaal moeten we dan over 25 jaar 97000 TWh/j groene stroom opwekken. Dat is ruim 32 keer zo veel als in 2021.
- Een groei van 3000 naar 97000 TWh/j in 25 jaar kan alleen bereikt worden met een exponentiële groei van 15 % per jaar.
- Bij een lineaire groei zou er gedurende 25 jaar per jaar 3800 x TWh bij moeten komen. Dat is 12,5 keer zo veel als de jaarlijkse groei in de afgelopen jaren.
Afnemende snelheid
Die exponentiele groei van 15 % is weliswaar minder dan in de afgelopen 15 jaar is gerealiseerd, maar een dergelijke groei is waarschijnlijk niet vol te houden. De afgelopen periode in de transitie hebben we het laaghangend fruit al voor een groot deel geplukt waardoor het vervolg van de transitie moeilijker zal gaan.
Zo zal de verduurzaming van lucht- en scheepvaart nog heel moeilijk zijn. Daar is nog niet eens een begin mee gemaakt.
Om het hele wagenpark op de wereld elektrisch te maken zullen er nog 7 keer zo veel EV’s per jaar verkocht moeten worden als in 2021 en dan nog zal het nog minstens 25 jaar duren. Bovendien zullen er voordat al het verkeer elektrisch is veel meer en veel krachtiger accu’s moeten komen waar geen schaarse of giftige grondstoffen voor nodig zijn, die brandveilig zijn, sneller op te laden en goedkoper. Daar wordt weliswaar hard aan gewerkt en de resultaten in de laboratoria zijn veelbelovend, maar de ontwikkeling vanaf het laboratorium naar de massaproductie vergt nu eenmaal tijd.
Voor de vervanging van aardgas voor verwarming door warmtepompen moeten dan wel alle bestaande woningen en gebouwen in rap tempo beter geïsoleerd worden. Voorlopig voldoet nog geen 20 % van de bestaande woningen en gebouwen aan de eisen.
De alternatieven voor vlees zoals kweekvlees of namaakvlees met soja, peulvruchten en insecteneiwit zijn volop in ontwikkeling en zullen tot 2030 nog een enorme kwaliteitsverbetering doormaken. Tot nu toe wordt er echter nog geen kilogram minder vlees verkocht. Waarschijnlijk zullen pas omstreeks 2030 deze alternatieven de markt voor dierlijk vlees serieus gaan beconcurreren waardoor de consumptie van vlees en zuivel zou kunnen gaan dalen. Of de vervanging van vlees zal doorzetten, hangt echter niet alleen af van de technologie maar van de wereldwijde cultuurverandering bij consumenten. Als grote bevolkingen zoals in China, Indië en Indonesië per persoon net zo veel vlees willen gaan eten als de mensen in Europa en de VS zal de wereldconsumptie nog heel veel toenemen.
China, de Noord Afrikaanse landen en de Arabische landen met veel woestijnen hebben heel veel zonnestraling en kunnen op termijn met grote PV centrales waterstof gaan maken. Het potentieel is meer dan genoeg voor de hele wereld, maar voorlopig zijn de benodigde investeringen gigantisch en is het energierendement nog te laag. Alleen als er een hoge CO2 belasting komt kan groene waterstof met fossiel gaan concurreren.
Op weg naar 2030 wordt er desondanks een enorme capaciteit ontwikkeld voor groene waterstof uit wind en zon. Deze waterstof wordt tegen die tijd de nieuwe universele energiedrager. Door waterstof in de vorm van ammoniak via schepen te transporteren worden werelddelen met overmaat zon en wind verbonden met alle andere delen van de wereld. De transitie van oliestaten met een wereldvloot van olietankers, terminals en raffinaderijen naar waterstof producenten in woestijngebieden en een wereldvloot met tankers en opslagtanks voor vloeibaar ammoniak vergt zeer grote investeringen. Het is een toekomstdroom die nog vele jaren zal vergen.
De invoer van wetgeving en belastingen op CO2 en methaan kunnen in de aanloop naar 2030 voor enorme kostenstijgingen zorgen voor de productie van kunstmest, beton, ijzer, staal en aluminium. Deze sectoren zullen moeten overstappen op groene waterstof, maar ook dat zal veel geld en tijd kosten en voorlopig is de CO2 heffing niet hoog genoeg om dat rendabel te maken.
Pas als de perspectieven voor olie en gas ongunstiger worden, zullen investeerders en beleggers zich uit deze markten terugtrekken en in duurzame technologie gaan beleggen. De kapitaalvlucht uit de sector fossiel naar de sector duurzaam kan in principe heel snel verlopen. Maar op grond van de berekeningen hierboven kunnen we echter verwachten dat er nog ver voorbij 2050 heel veel olie en gas verkocht kan worden. Bovendien is de macht van big fossil groot en voorlopig gaan er nog vele miljarden subsidies naar de winning van nieuwe olie- en gasbronnen en naar de stimulering van het gebruik door belastingvrijstellingen.
Er zijn weliswaar diverse voorbeelden waarbij een positieve groei van de economie gepaard kan gaan met een verlaging van de ecologische voetafdruk, de zogenaamde ontkoppeling. Het zou volgens optimisten slechts een kwestie zijn van een juiste verdeling van de belastingdruk. Met een hoge belasting op CO2 en Methaan en de uitstoot van Ammoniak en op rundvlees en tegelijk belastingvrijstelling van duurzame energie en biologisch voedsel zou de transitie als vanzelf tamelijk pijnloos kunnen verlopen. De ontwikkelingen op het gebied van schone energie en duurzame landbouw zouden dan voldoende inkomsten genereren om een economische recessie te voorkomen. Een eensgezindheid in de wereld omtrent energiebelastingen is echter voorlopig ver te zoeken en zonder gelijk speelveld zal geen enkel land mee willen doen.
Daar tegenover staan bovendien tal van nieuwe energie-slurpende activiteiten. Auto’s worden groter en zwaarder, het autobezit zal nog sterk groeien. In de afgelopen 60 jaar vertwaalfvoudigde het aantal personenauto’s in de wereld. Dat is een groei van 4,5 % per jaar. Vliegverkeer groeit (afgezien van de dip door Covid) met 5 à 7 % per jaar.
TV toestellen worden groter en staan langer aan. Het energiegebruik van datacenters groeit ook de pan uit en bedraagt anno 2020 al 1,5 % van het totale elektriciteitsgebruik van de wereld. Ook is te verwachten dat de wereldwijde consumptie van vlees nog sterk zal toenemen.
Blind vertrouwen in tech
Vertrouwen in de technologie van de toekomst en de snelheid van de technologische ontwikkeling is voor heel veel mensen, zowel consumenten, politici als ondernemers een reden om zich niet al te veel zorgen te maken. Dit is niet altijd een vorm van wegkijken maar een serieus vertrouwen in oplossingen. Toch worden daarbij de mogelijkheden vaak overschat en wordt de omvang van de gehele operatie zwaar onderschat. Bovendien onderschat men de vele bezwaren die nog zullen worden opgeworpen door de machtige fossiele industrie, de landbouw en omwonenden. Eigenlijk is het dus een blind vertrouwen.
Het gevolg van dit (blinde) vertrouwen kan zijn dat men het klimaatprobleem niet als het meest urgent beschouwt en men de zorgen van de dag net even belangrijker vindt. Als men daarbij alleen met korte terugverdientijden rekent alsof het bij de energietransitie alleen gaat om geld verdienen en men de gigantische kosten van klimaatverandering op de gemeenschap kan blijven afwentelen of naar de toekomst door kan schuiven, biedt dat weinig reden voor optimisme.
Han Blok
PS: voor wie mee wil rekenen, hieronder de calculaties:
Globale productie van duurzame stroom uit wind en zon
De globale productie groene stroom uit wind en solar is per 2021 gestegen tot 2000 TWh respectievelijk 1000 TWh per jaar. De hoeveelheid wind en zon neemt met 10 % per jaar toe. Dat is 300 TWh/j =0, 30 x 10 12 kWh
https://ourworldindata.org/grapher/renewable-energy-gen
Het totale wereld energieverbruik is met 14800 Mtoe = 172 x 10 12
https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_supply_and_consumption
Extra stroom voor elektrificatie van transport
De globale productie van aardolie is 100 MMb/d
Dat is een energie inhoud van 58 x 10 12 kWh/jaar
Er is elektriciteit nodig voor de boorputten en de raffinage zodat er ongeveer 40 x 10 12 overblijft
Ongeveer 50 % daarvan wordt gebruikt als brandstoffen voor transport (benzine, diesel, kerosine)
Rendement verbrandingsmotoren 25 %
Dat betekent dat er maximaal 5 x 10 12 kWh gebruikt wordt voor de beweging van auto’s, vliegtuigen en schepen.
Het aantal auto’s in de wereld is ca 1,5 miljard
Jaarlijs worden er ca 70 miljoen nieuwe auto’s verkocht. Het aantal verkochte elektrische auto’s bedraagt anno 2020 nog maar 10 miljoen/j
Extra stroom voor duurzaam verwarmen van gebouwen
Het gasgebruik voor verwarming van woningen en gebouwen levert wereldwijd 2,5 GT CO2
https://www.iea.org/fuels-and-technologies/heating
Dit komt overeen met een energie inhoud van het gebruikte gas van 14 x 10 12 kWh
Als dat 30 % minder wordt tgv isolatie en daarna via warmtepompen elektrisch gebeurt is daar 0,7 x 14/4 x 10 12 = 2,5 x 10 12 kWh stroom voor nodig.
Normale stroomvoorzieningen
De totale productie van elektriciteit van ca 2021 27,782 TWh
In 2021 bereikte zon en wind 11% van het globale stroom productie
https://yearbook.enerdata.net/renewables/wind-solar-share-electricity-production.html
Hydro en Nuclear droegen samen voor 15 % bij
Als we de rest ook met wind en solar willen doen, moet er dus nog 74 % van 27,7 x 10 12 = 20 x 10 12 KWh bij.
Elektrificatie zware industrie
Staal en ijzer
Energie gebruik 800 Mtoe/j = 800 x 11,6 x 10 9 KWh = 9,3 x 10 12 KWh/j
Kunstmestproductie (vnl ammoniak)
Totale energy wereld 580 milion terajoules/j = 221 x 1012 KWh
Daarvan fertiliser 1,2 % = 2,65 x 10 12 KWh/j
tps://fertiliser-society.org/store/energy-consumption-and-greenhouse-gas-emissions-in-fertiliser-production
Productie cement
Cement 4,1 x 109 ton x 4-6 GJ/t = 5,7 x 10 12 kWh
Productie Aluminium
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/aluminum-production
17000 KWh/t x 141 x 10 6 ton = 2,4 x 10 12 KWh/j
Zware industrie samen
Samen 9,3 + 2,65 + 5,7 + 2,4 = 20 x 10 12 kWh/l
Via groene waterstof rendement 60 % wordt dat 33 x 1012 KWh
Extra stroom vanwege economische groei
Als bovendien de economie en daardoor het energiegebruik groeit met 2 % per jaar is er over 25 jaar ook 1,6 keer zo veel stroom nodig .
In totaal over 25 jaar nodig 33x 1012 +20 x 10 12 + 2,5 x 10 12 + 5 x 10 12 = 60,5 x 1,6 = 96,8 x 10 12 kWh/j nodig
Nu reeds geleverd door zon en wind 3 x 10 12 KWh/j
In 25 jaar moet er dus bij 94 x 10 12 kWh/j dus een groei met minimaal 3,76 x 10 12 KWh per jaar en dat is 12,5 keer zo snelle groei als de laatste jaren.
