Eén van de Nederlandse klimaatdoelen is dat alle energie die we gebruiken in 2050 duurzaam is. Hoeveel energie is dat? Is het eigenlijk überhaupt mogelijk om die energie duurzaam op te wekken, en hoe gaan we dat doen? Is dat moeilijk, of juist makkelijk?
Hiervoor hebben we het Nationaal Plan Energiesysteem. Dit geeft informatie over hoeveel vermogen aan kerncentrales en windparken er in 2050 moet staan. Wat niet meteen duidelijk wordt, is de schaalgrootte en duurzaamheid van die oplossingen. Er is een limiet aan hoeveel zonneparken er in dit land passen en hoeveel windmolens er op zee passen. En wat is de invloed van kerncentrales precies op deze mix? Biedt dit inderdaad een oplossing? En op welke termijn?
Dat gaan we uitzoeken in dit artikel: hoe zou een volledig duurzaam energiesysteem er voor Nederland uit kunnen zien? We doen dit aan de hand van een heel aantal bierviltjesberekeningen, gebaseerd op een flink aantal aannames. Onderaan dit artikel vind je een aantal van die aannames. Een fundamentele aanname is dat we alle energie die we nu in Nederland gebruiken, in de toekomst in Nederland willen opwekken. Daarnaast gooien we alle energie op een hoop, dus we converteren simpelweg alle energie naar elektriciteit. (Binnenkort verschijnt er op deze website een artikel waarin we ook gaan kijken wat er gebeurt als je niet alles op één hoop gooit, dus meld je nu gelijk even aan voor de mailing rechtsboven op deze pagina).
Maar voor nu, laten we beginnen bij het begin: hoeveel energie hebben we eigenlijk nodig?
Hoeveel hebben we nodig?
Volgens het Internationaal Energie Agentschap was het totale energieverbruik in 2023 zo’n 106 kWh per persoon per dag. Als we dat omrekenen naar 2050, wanneer de bevolking is gegroeid naar 20 miljoen mensen, komt dat neer op een gemiddeld vermogen van iets meer dan 88 GigaWatt (GW). Dat is het getal dat we in dit artikel gaan proberen te bereiken met duurzame energiebronnen.
Het is belangrijk te beseffen wat dit getal betekent. Gemiddeld gezien, over het hele jaar, moeten we bijna 90 GW aan vermogen opwekken. Met bijvoorbeeld windenergie en zonne-energie is de opbrengst afhankelijk van het weer. In dit artikel gaan we niet kijken naar een maximum vermogen per energiebron, maar een gemiddeld vermogen over het hele jaar.
Het is ook belangrijk om te beseffen dat een groot deel van onze energieconsumptie hier helemaal nog niet in zit. Een groot deel van onze energie consumptie zit namelijk verscholen in de producten die we importeren. Willen we echt onafhankelijk zijn, zouden we die eigenlijk ook moeten meenemen in deze schatting. Maar die ‘geïmporteerde vastgelegde energie’ nemen we hier voor het gemak niet mee. Dit artikel gaat er dus al vanuit dat de landen die onze spullen maken (bijvoorbeeld China) ook de overstap maken naar groene energie.
Oké, we denken te weten hoeveel we gemiddeld gezien moeten opwekken. Hiervoor gaan we onderstaande figuur gebruiken. De 88 lege vakjes zijn elk 1 GW en alle vakjes moeten dus gevuld worden met energiebronnen. Nu gaan we kijken hoe we met verschillende duurzame bronnen alle vakjes kunnen vullen.
Windenergie op land
Laten we beginnen met windenergie op land. Nederland heeft een oppervlakte van 41850 vierkante kilometer. Welk deel van het land gebruiken we voor windenergie? Dit is natuurlijk een beleidskeuze. En een keuze die op aardig wat weerstand kan leiden als we te veel land gebruiken. Volgens onderzoek van het Internationaal Energie Agentschap lijkt 6% voorlopig het maximum.
Als we dan een gemiddelde windsnelheid in Nederland nemen van 18 km/h en een rendement van 80%, dan kan je uitrekenen dat je per vierkante meter Nederland, ongeveer 1 W aan vermogen kunt opwekken. Vermenigvuldigd met 6% van de oppervlakte van Nederland, is dit in totaal 2.5 GW. Dat schiet nog niet erg op:
Gelukkig is er de zee!
Windenergie op zee
In Nederland hebben we het geluk dat we een relatief ondiepe zee, de Noordzee, voor de deur hebben liggen. Tot 25 meter diepte kunnen we relatief goedkope ‘shallow offshore wind farms’ bouwen, en tot 50 m diepte de duurdere ‘deep offshore wind farms’. Bijna het hele Nederlandse deel van de Noordzee is minder dan 50 meter diep.
Op zee waait het gemiddeld wat harder dan op land. Afhankelijk van de hoogte, waait het gemiddeld zo’n 27-36 km/h. Dat betekent ook dat het vermogen dat we op kunnen wekken per vierkante meter groter is. Als we 20% van de Nederlandse Noordzee volbouwen met windmolens met een gemiddeld vermogen van 5W per vierkante meter, dan levert dat een gemiddeld totaal vermogen op van 58 GW. Dat zet al veel meer zoden aan de dijk:
(Merk hier tussendoor even op dat als we 30 % van de Noordzee vol zouden bouwen in plaats van 20%, we er nu zouden zijn. De vraag is of dat kan, maar de aannames in dit artikel zijn dus enorm belangrijk.)
Zonne-energie
Zonne-energie kunnen we opdelen in twee typen: elektriciteit en warmte. De eerste wek je op met behulp van zonnepanelen, de tweede met behulp van zonnecollectoren/zonneboilers.
Als we hier uitgaan van 20 vierkante meter zonnepaneel per persoon, 20% efficiëntie en gemiddeld 110 W per vierkante meter aan straling van de zon, dan kunnen we uitrekenen dat het gemiddeld totaal vermogen aan zonnepanelen gelijk is aan 8.7 GW. Dat is op zich best een aardig vermogen.
Zoals gezegd kan je naast elektrische zonnepanelen ook zonnecollectoren gebruiken. Meestal is dit niet genoeg om je huis te verwarmen, maar wel voor je warm water gebruik. Voor een schatting van het vermogen hieruit gaan we uit van 50% efficiëntie en 2 vierkante meter boiler per persoon. Dan komen we uit op een extra 2.2 GW.
In het totaal qua zonne-energie komen we dan uit op ongeveer 10 GW aan vermogen:
Best aardig, maar we zijn er nog steeds niet.
Biomassa
Bij biomassa gebruik je verbrandingsovens om organische (rest)stromen om energie op te wekken. Je zou bijvoorbeeld bomen kunnen verbranden, of frituurvet. De vraag is natuurlijk wel hoeveel biomassa Nederland zelf kan verbouwen.
Naar schatting is de energieopbrengst van biomassa verbouwen ongeveer 0.5 W per vierkante meter. Als we (net als bij windenergie), 6% van Nederland vol zetten met boerderijen voor biomassa, dan komen we uit op een totaal van 1.5 GW aan vermogen:
Dat voegt dan eigenlijk weer niet zoveel toe.
Geo-thermie
Tenslotte kunnen we nog warmte direct aftappen uit de aarde. Ook deze bron van energie is gelimiteerd. Niet omdat de kern van de aarde snel zal afkoelen, maar omdat we warmte die we uit een bepaalde diepte halen weer aangevuld moet worden (van een lagere diepte). Dit aanvullen kost tijd.
De hoeveelheid warmte die je uit de aarde kan onttrekken is helaas niet zo heel veel, ongeveer 0.05 W per vierkante meter. Aan de andere kant kan je dit op grote schaal doen zonder dat het in de weg zit van natuur, boerderijen of bebouwing. Dus als we optimistisch ervan uit gaan dat we dit in heel Nederland toe kunnen passen met een efficiëntie van 50%, dan krijgen we een totaal van 1 GW aan vermogen:
Alle beetjes helpen zullen we maar zeggen.
Kernenergie!?
Tot nu toe hebben we energiebronnen bekeken waarbij geen grondstof opgebruikt wordt. Helaas blijkt dat we er daarmee nog niet zijn. Toch moeten we één energiebron niet vergeten die weinig bijdraagt aan klimaatverandering: kernenergie. Op dit moment halen we iets minder dan 2% van onze energie uit kernenergie, maar dit zou veel meer kunnen zijn.
In kernreactoren wordt splijtstof gebruikt, vaak uranium. Uiteraard is de hoeveelheid uranium eindig en kan je je dus afvragen hoe ‘volhoudbaar’ het is om kernreactoren te gebruiken in de energievoorziening. Aan de andere kant is er wereldwijd nog veel minder gezocht naar uranium, dan naar (bijvoorbeeld) olie. En als de zoektocht naar olie ons iets leert, dan is het wel dat als je goed zoekt, er meer te vinden blijkt te zijn qua grondstoffen dan je op het eerste gezicht zou denken. Dus qua gedachte-experiment vullen we de benodigde energiebronnen aan met kernenergie:
Dit betekent dat we nog 14 GW nodig hebben aan kernenergie, wat afhankelijk van de grootte 10 tot 15 nieuwe kerncentrales betekent. Dat is ruim meer dan de 3,5-7 GW die in het huidige Nationaal Plan Energiesysteem staat.
Nieuwe technologieën
Als we terugkijken naar wind- en zonne-energie en biomassa, dan zien we dat zonne-energie per oppervlakte verreweg het meeste oplevert. Zelfs in vergelijking met wind op zee ruim een factor 4 meer. Dat komt doordat alle duurzame vormen van energie (afgezien van geo-thermie) uiteindelijk van de zon komen. Bomen bijvoorbeeld vangen energie van de zon op en slaan die op in hout.
Omdat alles uiteindelijk van de zon komt (op geothermie na), is het direct omzetten van zonne-straling naar elektriciteit verreweg het meest logisch. Dat scheelt een aantal inefficiënte tussenstappen. De enige reden dat windenergie in bovenstaande figuur zo groot is, is dat er veel meer ruimte beschikbaar is op zee dan op land. Zonne-energie op zee opwekken zou daarom een echte game changer kunnen zijn. Er is dan ook een aantal bedrijven dat dit aan het ontwikkelen is, waaronder Oceans of Energy en SolarDuck.
Wat leren we hieruit?
Een paar dingen. Allereerst: de huidige energieconsumptie van Nederland volledig uit duurzame energie halen die in Nederland opgewekt wordt, is makkelijker gezegd dan gedaan. Het zou het dan ook een stuk makkelijker maken als we onze energieconsumptie zouden verlagen. Dat is altijd stap 1.
Vervolgens heeft duurzame energie veel oppervlakte nodig. Zoveel dat er op land waarschijnlijk te weinig plek voor is. Duurzame energie op zee is daarom bijna onontkoombaar. Op dit moment is windenergie de enige optie op zee, maar wellicht gaat zonne-energie op zee in de toekomst een grote rol spelen.
Tot slot is kernenergie iets om serieus te overwegen. We gaan vast commentaar krijgen op dit artikel dat we het niet gehad hebben over kernafval en daar is veel over te zeggen. Maar de vraag is of het niet de minst slechte optie is. Een optie die bovendien wel eens hard nodig kan zijn binnen de energiemix van de toekomst.
Gaat de bovenstaande verduurzaming ook op deze manier gebeuren? Dat is nog weer een heel andere vraag. Een vraag waar we in het volgende artikel op terug gaan komen (spoiler: ik denk het niet, maar dat is niet per se slecht nieuws). Dus activeer de nieuwsbrief nu hieronder gratis en mis het niet.
En vergeet niet even te reageren op LinkedIn.
Mis niets en activeer nu gratis de nieuwsbrief:
Aannames
Dit is een (ongetwijfeld niet volledige lijst) van aannames:
- We nemen de milieu-impact en kosten van de bouw van alle windmolens, zonnepanelen etc niet mee in de berekeningen, terwijl die bouw ook milieu-impact heeft en er grenzen zitten aan beschikbare materialen.
- We gaan uit van een scenario waarin Nederland zelfstandig wordt qua energievoorziening. Dat er materialen uit andere landen zullen moeten komen, verwaarlozen we. En in de praktijk is een zelfstandige EU veel logischer dan een zelfstandig Nederland.
- We gaan uit van redelijk bewezen technologieën.
- We gooien alle soorten energie op één hoop, terwijl in werkelijkheid verschillende toepassingen verschillende vormen van energie nodig hebben (elektrisch, chemisch etc).
- We verwaarlozen fluctuaties in energie-opwekking en -gebruik. Dus seizoenseffecten en weersomstandigheden nemen we niet mee. In feite gaan we er dus vanuit dat er ergens een heel grote batterij staat die alles middelt over het jaar heen.
Houden jullie ook rekening met een grote oorlog?
Hoi Bert,
Liever niet ;).
Maar ik denk dat je vraag komt vanuit het feit dat dit artikel lijkt naar een energie-autonoom Nederland. Dat is natuurlijk helemaal niet een doel op zich, en gaat ook niet gebeuren. Zie het meer als een gedachte experiment: wat zou er minimaal voor nodig zijn? Over twee weken komt een artikel met meer scenarios, waarin Nederland niet energie autonoom is, en we ook rekening houden met verschillende vormen van energie en opslag. Dus stay tuned!