ALTERNATIEVEN

Zonder dat we ons daar misschien bewust van zijn, is alles wat we op aarde doen te danken aan de zon. Eigenlijk zijn we al duizenden jaren bezig deze te verstoken. Want niet alleen de elektrische energie die in zonnecellen wordt opgewekt of de warmte uit een zonnecollector vinden hun oorsprong in die gloeiendhete gasbol boven ons hoofd.

Ook fossiele brandstoffen als olie en kolen, de witte steenkool van de waterkrachtcentrale en de wind die steeds geavanceerdere windmolens laat draaien, danken hun bestaan aan de zon. De aarde zelf mag dan nog wat uranium leveren voor kerncentrales en in zijn binnenste wat warmte opwekken, terwijl ook de maan zijn best doet via de getijden, maar hun aandeel is te verwaarlozen. Een overzicht van alternatieve technologieën, die - ook al weer meestal dankzij de zon - belangrijke bijdragen aan de energievoorziening kunnen leveren, binnenkort of in de verre toekomst:

Kernfusie Dit is het proces waaraan de zon zelf haar energie ontleent en is daarom niet voor niets de heilige graal op het gebied van alternatieve energieën. Bij enorme temperaturen en dichtheden smelten lichte atoomkernen van waterstof samen tot zwaardere heliumkernen. Einstein leert dat hierbij energie vrijkomt, net zoals bij splitsing van zware uraniumkernen. De potentiële brandstofvoorraden zijn praktisch oneindig: een liter water bevat aan fusiebrandstof evenveel energie als 300 liter benzine. Al sinds de jaren dertig is kernfusie daarom dé energiebron van de toekomst, maar nog altijd bestaat er geen werkende fusiereactor. De positief geladen atoomkernen stoten elkaar namelijk af en moeten daarom heel sterk worden verhit én heel dicht op elkaar worden gedrukt. Al heel lang wordt geprobeerd dat te bereiken door ze op te sluiten met behulp van sterke magnetische velden. Onlangs werd op dat gebied weer een succesje geboekt, toen in de Engelse JET-reactor gedurende een halve seconde tien megawatt aan vermogen werd geproduceerd. Het nieuwste project op dit gebied is een de laatste tijd nogal omstreden, tien miljard dollar kostende reactor, ITER genaamd. Er bestaan grote twijfels of deze in de geplande vorm kán werken. Het staat dus nog helemaal niet vast of er ooit met de bouw zal worden begonnen. In Californië doen ze het daarom liever met behulp van de krachtigste laser ter wereld. Door een minuscuul bolletje met daarin een waterstofmengsel hiermee van alle kanten op precies hetzelfde moment te beschieten, zou dit zo snel tot temperaturen van ongeveer één miljoen graden worden verhit dat er een implosie ontstaat. Wanneer ook nog eens via een slimme truc röntgenstralen worden gegenereerd, zou het wel eens tot kernfusie kunnen komen. Dat zou moeten gebeuren binnen de muren van de National Ignition Facility, een laboratorium waaraan in Californië al wél drie jaar wordt gebouwd. Wellicht biedt dit de beste mogelijkheden zo omstreeks het midden van de volgende eeuw de eerste centrales op te leveren.

Brandstofcellen Bij de verbranding van fossiele brandstoffen is nog veel te winnen. Hoewel de warmte die vrijkomt bij verbranding bijvoorbeeld in een kolencentrale steeds efficiënter wordt benut, kan het ook anders. In een brandstofcel wordt een brandbare stof - alcohol, aardgas, waterstof - namelijk dírect omgezet in elektriciteit, zonder dat daarvoor verbranding nodig is en dus ook praktisch zonder dat er allerlei schadelijke bijproducten ontstaan. En dat met een efficiëntie van soms wel tachtig procent. Het heeft plaats aan het oppervlak van elektroden, waartussen een geleidend medium, een elektrolyt, is geplaatst. Aan de ene kant staat de brandstof elektronen af, die zich via een draadje naar de andere elektrode verplaatsen, waar ze worden opgenomen door zuurstof. De kring wordt gesloten doordat de ontstane positief en negatief geladen atomen in de elektrolyt samen water- of koolzuurgas vormen. De eerste elektrische auto's met een brandstofcel zijn onlangs op de markt verschenen, en hoewel ze op dit moment nog duurder zijn dan een gewone verbrandingsmotor, zijn de brandstofkosten per kilometer veel lager.

Fotovoltaïsche cellen Zonnecellen, die zonnewarmte kunnen omzetten in elektrische energie, waren tot voor kort uitsluitend gebaseerd op silicium. Door in lage concentraties hierin andere elementen op te nemen, ontstaan een elektronarm en een elektronrijk gebied. Wanneer daar licht op valt, worden de elektronen vrijgemaakt, waardoor er een stroompje gaat lopen. Hoewel dit met een redelijk hoge efficiëntie gebeurt - tot soms wel dertig procent - zijn zonnecellen nog altijd relatief duur. Het kristallijne silicium moet bijvoorbeeld heel zuiver zijn. Een simpele vorm van kostenbesparing is de zonnestralen over een groot gebied met behulp van lenzen te concentreren op het oppervlak van een fotocel. Ook wordt tegenwoordig het veel goedkopere amorf silicium verwerkt, dat in een heel dunne laag op een flexibele drager kan worden aangebracht en zo het licht veel efficiënter absorbeert. Bij AKZO-Nobel is daarvoor een uniek productieproces ontwikkeld, dat zonnecellen met een tien keer lagere kostprijs moet gaan opleveren. Een ander veelbelovend alternatief is de organische zonnecel, een uitvinding van de Zwitserse hoogleraar Michael Grätzel. Hierin is een lichtgevoelige stof aangebracht op een dunne laag pigmentbolletjes, een soort witte verf. Deze nemen de elektronen op die door het licht worden vrijgemaakt. Omdat de bolletjes samen een enorm oppervlak hebben, is het proces relatief efficiënt. Weliswaar laat de stabiliteit van deze zonnecellen vooral in sterk zonlicht nog wat te wensen over, maar wegens de extreem lage kosten zijn ze toch het meestbelovend.

Energie uit de oceaan De oceanen, die het aardoppervlak voor meer dan tweederde bedekken, vormen enorme energiereservoirs. Een van de manieren om deze energie te winnen is de Thermische Energie Conversie (TEC). Hierbij wordt gebruik gemaakt van het temperatuurverschil tussen het oppervlaktewater en het water op zo'n duizend meter diepte. Het warme water wordt gebruikt om stoom te maken of om een andere vloeistof aan de kook te brengen, zodat een turbine kan worden aangedreven. Met behulp van koud bodemwater wordt de damp weer tot vloeistof gecondenseerd, waarna de cyclus opnieuw kan beginnen. Ook de golven vormen een potentiële energiebron. Er zijn inmiddels al talloze manieren ontwikkeld om de op en neer gaande beweging van golven in een drijvend object om te zetten in elektriciteit. Bij andere methoden wordt dankbaar gebruikgemaakt van drukverschillen ónder het wateroppervlak. Slechts een heel klein deel van deze instrumenten is echter in de praktijk getest. Net als van de TEC-turbines zijn de kosten van de benodigde installaties bovendien nog veel te hoog om op korte termijn al een uitkomst te kunnen bieden.

Getijdenenergie Al in 1135 werd in Engeland de getijdenwerking gebruikt om molens aan te drijven. Deze vorm van energieopwekking lijkt op die van de meer standaard hydro-elektrische omzetting met behulp van een stuwdam. In dit geval is het zaak bijvoorbeeld een baai waar een behoorlijk verschil bestaat tussen eb en vloed, af te sluiten met een dam. Zodra er voldoende hoogteverschil is opgebouwd worden de sluizen geopend, waarna het stromende water via turbines elektriciteit kan opwekken. De grootste centrale van dit type bevindt zich sinds 1966 aan de noordkust van Frankrijk, maar dit bleef wel de enige, omdat kernenergie goedkoper bleek te zijn. Verder is er alleen sprake van kleinere proefopstellingen. De kosten verbonden aan getijdencentrales zijn namelijk zo hoog - een Engelse studie naar een centrale in de rivier Severn kwam uit op vijftien miljard dollar - dat deze vorm van energie-opwekking op korte termijn absoluut geen rol van betekenis zal spelen. Een nieuwe ontwikkeling is het idee turbines ónder water te plaatsen, bijvoorbeeld in een fjord. Zo zou wél op een goedkope manier met een soort onderzeese windmolens de energie van de getijdenstromingen kunnen worden 'geoogst'. Al moet het eerste echte prototype nog worden gebouwd.

Geothermische energie Onder meer door het verval van radioactieve elementen is het binnenste van onze aarde behoorlijk warm. Hoe dieper je de aarde ingaat, hoe heter het wordt. In gebieden met veel vulkanische activiteit is die toename erg groot, hetgeen betekent dat de 'aardwarmte' relatief dicht onder het oppervlak zit. Denk bijvoorbeeld aan hete bronnen of geisers. Dergelijke hydrothermische reservoirs zijn de voornaamste bronnen van geothermische energie. Op sommige plaatsen wordt ook water de aarde ingepompt om aan fijngemaakte hete gesteenten te worden opgewarmd. Helaas zit de meeste aardwarmte veel te diep om economisch winbare reserves te bieden. Alleen op bepaalde plaatsen - bijvoorbeeld in IJsland - wordt er voor de verwarming van huizen gebruik van gemaakt.