Opinie

Met alleen zonnecellen en windturbines halen we het niet

Hoe moet ons energiesysteem er in 2050 uitzien? Die vraag staat centraal op de Klimaatconferentie COP23, deze week in Bonn. bespreekt een recent wetenschappelijk dispuut daarover.

Mijnsheerenland - Huis wordt voorzien van zonnepanelen. Foto Sander Koning / ANP

Een temperatuurstijging van ruim onder de twee graden (ten opzichte van de pre-industriële tijd). Dat was de afspraak op de Klimaatconferentie van Parijs in 2015. Gestreefd werd naar een stijging van maximaal anderhalve graad. Dat vraagt, in Europa, om een enorme vermindering van uitstoot van broeikasgassen – met circa 50 procent in 2030 en met 100 procent In 2050. Ook zullen we een grote hoeveelheid broeikasgassen weer uit de lucht moeten halen. Met andere woorden: ons energiesysteem mag in 2050 geen CO2 meer uitstoten. Maar hoe doen we dat?

In 2015 publiceerde een groep onderzoekers onder leiding van Stanford-hoogleraar Mark Z. Jacobson een studie in het gerenommeerde tijdschrift PNAS waaruit zou blijken dat de Amerikaanse energiewinning in 2050 geheel op zon, wind en water kan draaien – tegen nauwelijks hogere kosten. Afgelopen juni publiceerde PNAS harde kritiek op die studie, geschreven door 21 Amerikaanse onderzoekers waarvan velen spraakmakend. Jacobson voelde zich in zijn eer en goede naam aangetast en spande een rechtszaak aan tegen de hoofdauteur, Chris Clack, en tegen de uitgever van PNAS. Een zeer ongebruikelijke stap. Zijn eis: terugtrekking van het artikel en tien miljoen dollar schadevergoeding.

Ondertussen publiceerde de groep rond Jacobsen een nieuwe studie over ‘100 procent energie uit zon, wind en water’ (Joule, 6 september). Daarin gaat hij nog verder: een dergelijke energiewinning zou in 2050 niet alleen in de VS, maar ook in 138 andere landen mogelijk zijn. Nederland zou de benodigde energie zelfs vrijwel uitsluitend uit zon (53 procent) en wind (47 procent) kunnen halen. Vele milieugroepen – zoals Greenpeace, Milieudefensie en Urgenda – en diverse politici hadden dit idee al eerder omarmd en gepropageerd. De vraag blijft echter: hoe serieus moeten we dit nemen?

Als de zon niet schijnt, de wind niet waait

In Nederland was het finale energiegebruik in 2015 ongeveer 2100 PJ (petajoule). Volgens Jacobson c.s. kan dit door energiebesparing, gebruik van andere energiebronnen en omschakeling naar elektrische systemen in 2050 iets gedaald zijn, tot 2000 PJ, ondanks de groei van de economie tot 2050. Dat klinkt niet onredelijk. Maar hij lijkt te vergeten dat een systeem dat alleen op zon en wind draait, veel meer energie moet opwekken dan we jaarlijks gebruiken. Een groot deel van de opgewekte energie moet namelijk worden opgeslagen voor de dagen dat de zon onvoldoende schijnt en de wind nauwelijks waait. Die opslag en alle omzettingen daarbij gaan gepaard met grote energieverliezen, tot wel dertig procent.

Jacobson denkt ook dat je in het jaar 2050 per kilowatt zonnecelvermogen, op daken van huizen, 80 procent meer elektriciteit kunt produceren dan het Planbureau voor de Leefomgeving voor Nederland veronderstelt. Fysisch is zo’n toename echter onmogelijk. De hoeveelheid zonne-energie die per vierkante meter wordt ingestraald is daarvoor te laag. Wel kunnen we op onze daken meer zonnecelvermogen kwijt dan Jacobson heeft aangenomen.

Om al het zonnecelvermogen kwijt te kunnen, zegt Jacobson anderhalf keer het oppervlak van de provincie Utrecht nodig te hebben. Gezien de beperkingen van zijn becijferingen (energieverliezen niet verdisconteerd, te optimistisch over de hoeveelheid zon) moet eerder aan twee tot drie keer dit oppervlak worden gedacht. Op alleen grond lijkt dit onhaalbaar, maar Jacobson denkt ook aan zee. Dit is een interessante gedachte, maar kosten en haalbaarheid ervan heeft hij niet onderzocht.

Sluit kernenergie niet uit

Jacobson neemt ook aan dat 12 procent van onze energiebehoefte kan worden gedekt met energie die door Concentrated Solar Power-systemen (concentratie middels spiegel en lenzen) wordt opgewekt. Daarvoor heb je echter zonnestraling nodig die ongehinderd op het aardoppervlak valt. In Nederland hebben we vooral diffuus zonlicht en het is onwaarschijnlijk dat dit in 2050 anders zal zijn. Plaatsing van dergelijke systemen zou dus in bijvoorbeeld de Sahara moeten gebeuren waarbij de energie naar Nederland wordt geëxporteerd.

Naast 70 tot 100 gigawatt windvermogen en de 300 tot 400 gigawatt zonnecelvermogen, zal in het plan van Jacobson ook een paar honderd gigawatt voor elektrolysesystemen nodig zijn, om elektriciteit van zon en wind om te zetten in waterstof op momenten dat er overschotten zijn. Verder is nog zo’n 100 gigawatt aan elektrisch vermogen nodig om deze waterstof weer in stroom om te zetten op momenten dat daar vraag naar is. Ook is er veel nieuwe infrastructuur, waaronder hoogspanningsnetten en pijpleidingen, nodig voor transport en opslag van elektriciteit, waterstof en warmte. Aan een adequate beschrijving van dit alles is Jacobson niet toegekomen, noch aan een goede berekening van de kosten.

De conclusie is duidelijk: de studie van Jacobson c.s. kan de toets der kritiek niet doorstaan. En een energiesysteem dat in ons land in 2050 kosteneffectief draait op alleen ‘eigen zonne- en windenergie’ is niet echt voorstelbaar en vrijwel onmogelijk te realiseren. Daarom zullen ook andere bronnen, technieken en aanpakken een grote rol moeten spelen om in dertig jaar tijd tot een klimaatvriendelijke samenleving te komen, zoals nog meer energiebesparing, het duurzaam inzetten van bioenergie, het afvangen en ondergronds opslaan van CO2 bij gebruik van fossiele brandstof, en het verwijderen van het teveel aan CO2 uit de atmosfeer. Ook kernenergie kan een rol spelen mits economisch en duurzaam inzetbaar. Met een uiterste inspanning van alle landen lukt het dan misschien om de temperatuurstijging op aarde tot ruim onder de twee graden Celsius te beperken. Ook voor het behoud van Nederland is dit van levensbelang.