8. Alternatieve energiebronnen
Om apparaten en machines te laten werken maken we gebruik van elektrische energie. Deze energie wordt voor 85% opgewekt met behulp van ‘fossiele brandstoffen’. Bij verbranding van deze stoffen komen grote hoeveelheden CO2 vrij en bovendien zijn fossiele brandstoffen niet duurzaam. Daarom wordt er de laatste tijd veel aandacht besteed aan het gebruik van ‘alternatieve’ energiebronnen die wel duurzaam zijn en waarbij minder of geen broeikasgassen vrijkomen.
8.1 Kernenergie
8.1.1 Hoe werkt het?
Deze vorm van elektrische energie wordt opgewekt in zogenaamde ‘kerncentrales’. Het proces van energieopwekking is gebaseerd op ‘kernsplitsing’. Iedere atoom is opgebouwd uit kleine deeltjes die ‘protonen’ en ‘neutronen’ worden genoemd. Deze deeltjes worden bij elkaar gehouden door bindingsenergie. Als atomenkernen heel hard tegen elkaar aanbotsen, breekt de kern en vallen de protonen en neutronen uit elkaar. Omdat de bindingsenergie die de deeltjes eerst bij elkaar hield nu niet meer nodig is, komt deze ‘vrij’. In een kerncentrale wordt dit proces op grote schaal uitgevoerd. De energie komt vrij in de vorm van warmte. Deze warmte wordt gebruikt om elektrische energie op te wekken.
Kernenergie is helaas geen goed alternatief voor fossiele brandstoffen. Voor de kernsplitsing is namelijk de stof ‘uranium’ nodig. Deze stof is niet in oneindig grote hoeveelheden beschikbaar.
8.1.2 Kernafval
Het nadeel van kernenergie is dat er bij de splitsing van de atoomkernen niet alleen warmte maar ook schadelijke radioactieve straling vrijkomt. Deze straling mag niet in het milieu terecht komen en wordt samen met andere radioactieve stoffen die bij het proces vrijkomen op een veilige plaats opgeslagen. Het opslaan van dit radioactieve afval is complex, het blijft namelijk nog duizenden jaren actief. In de meeste landen wordt het afval diep onder de grond opgeborgen.
8.1.3 Maatschappelijke discussie
De aanwezigheid van kerncentrales wekt in veel landen discussies op. Mensen zijn bang voor een kernramp zoals die in Tsjernobyl. Ze vinden het risico dat er radioactieve straling vrijkomt te groot. Voorstanders benadrukken het feit dat kerncentrales tegenwoordig veiliger zijn en dat er strenge controle is op het naleven van de veiligheidsmaatregelen.
8.2 Zonne-energie
De hoeveelheid energie die door middel van zonnestraling per dag de aarde bereikt is 9000 maal groter dan de energiebehoefte van de gehele wereld! Het is dus logisch dat wetenschappers op zoek zijn naar nieuwe methoden om de zon als energiebron te benutten.
8.2.1 Zonnepanelen
Zonnepanelen worden nog maar zelden gebruikt om op grote schaal elektriciteit op te wekken. Dit heeft verschillende oorzaken: zonne-energiecentrales zijn duur om te bouwen, de hoeveelheid energie die kan worden opgewekt is afhankelijk van de weersomstandigheden en zonnepanelen zelf zijn erg kostbaar.
Omdat zonne-energie toch belangrijke voordelen heeft, wordt er de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van efficiëntere zonnepanelen. Enkele deskundigen voorspellen zelfs dat zonne-energie op den duur de belangrijkste alternatieve energiebron zal worden. Om het opzetten van zonnecentrales tot die tijd toch te stimuleren worden in sommige landen subsidies verstrekt voor het gebruik van zonnepanelen.
8.2.2 Zonnetoren
Een nieuwe ontwikkeling op het gebied van zonne-energie is de ‘zonnetoren’. Dit is een methode om op grootschalige manier zonne-energie op te wekken. Het principe is te vergelijken met een enorme ronde broeikas. Overdag valt hier zon op waardoor de grond en de lucht binnenin de broeikas worden verwarmd. Warme lucht stijgt op en wordt door de vorm van de broeikas in de richting van een toren in het midden geleid. De warme stijgende lucht in de toren creëert vervolgens een krachtige luchtstroming waardoor in de toren windturbines worden aangedreven. Hierdoor wordt uiteindelijk elektrische energie opgewekt.
Doordat automatisch nieuwe koude lucht van buiten de kas wordt aangetrokken en die uiteindelijk ook weer wordt opgewarmd, kan het proces zich constant herhalen. De zonnetoren werkt zelfs ’s nachts.
Om te testen of de zonnetoren inderdaad werkt en genoeg energie zal opleveren is begin jaren tachtig in Spanje een testtoren gebouwd. De uiteindelijke resultaten waren positief. Daarom is in Australië het bedrijf EnviroMission gestart met het bouwen van een reusachtige zonnetoren. EnviroMission wil het project in 2010 voltooien en het zal ongeveer 800 miljoen dollar gaan kosten.
8.3 Waterkracht
8.3.1 Hoe werkt het?
Dit is energie opgewekt uit stromend water. De waterkracht wordt gebruikt om waterturbines aan te drijven. Het water valt op de schoepen van een turbine waardoor de as gaat draaien. De as is gekoppeld aan een generator waarmee vervolgens stroom wordt opgewekt.
Om water harder te laten stromen is hoogteverschil nodig. Daarom vindt je de meeste waterkrachtcentrales in de bergen. Om zeker te zijn van een constante aanvoer van water wordt er meestal een ‘stuwmeer’ aangelegd. Met behulp van de stuwdam wordt de waterhoogte in het meer en de hoeveelheid water die door de waterturbine stroomt, geregeld. Een ander voordeel is dat er met behulp van zo’n stuwdam een enorm hoogteverschil gerealiseerd kan worden.
8.3.2 Waterkracht in Nederland.
De waterkrachtcentrales werken in ons land iets anders dan de centrales in de bergen. Omdat Nederland redelijk plat is, wordt gebruik gemaakt van de druk van het water in plaats van het hoogteverschil. Omdat de aanvoer van water in Nederland constanter is dan in de bergen hoeven hier geen stuwmeren gebouwd te worden. In 2005 konden met de energieproductie van de Nederlandse waterkrachtcentrales ongeveer 26.000 huishoudens van elektriciteit worden voorzien.
8.3.3 Voor en nadelen
Het grote voordeel van waterkracht is dat het een duurzame energiebron is en dat er geen schadelijke stoffen vrijkomen bij het opwekken van de elektriciteit. Een nadeel is dat stuwdammen ecosystemen kunnen aantasten: vissen kunnen tussen de turbinebladen terecht komen en worden vermalen. ‘Visgeleidingssystemen’ kunnen hiervoor een oplossing bieden. Ze worden nu nog nauwelijks toegepast maar dit moet in de toekomst veranderen.
8.4 Windenergie
8.4.1 Hoe werkt het?
Een van de bekendste alternatieve energiebronnen in Nederland is ‘windenergie’. Met behulp van speciale windmolens kan elektriciteit worden opgewekt. De rotorbladen (meestal 3 stuks) gaan draaien als de wind er langs blaast en zetten de hoofdas in beweging. De as drijft op zijn beurt een generator aan die elektriciteit opwekt. Bovenop de windmolen staat een windmeter. Met behulp van deze windrichting meter kan de kop van de molen automatisch in de richting van de wind worden gedraaid.
Het vermogen van een windmolen wordt bepaald door de grootte van de rotorbladen. Hoe groter de bladen zijn, hoe groter het vermogen. Daarnaast hangt de elektriciteitsopbrengst af van de hoeveelheid wind .
8.4.2 Voor en nadelen
Het plaatsen van windmolens heeft helaas nadelen. Ten eerste kan de aanwezigheid van de molens leiden tot vogelsterfte. De kans hierop is echter klein. Een serieuzer probleem betreft het feit dat de windmolens op een bepaalde minimale afstand van elkaar geplaatst moeten worden. Omdat de molens de laatste jaren steeds groter worden beslaan windparken tegenwoordig enorme oppervlaktes. Sommige mensen beschouwen de windturbines als ‘horizonvervuiling’. Daarnaast maken de apparaten veel lawaai.
Een ander nadeel is dat windenergie geen constante energieproductie oplevert. De hoeveelheid elektriciteit die kan worden geproduceerd hangt af van de hoeveelheid wind en die is niet constant. Een mogelijke oplossing is het combineren van windenergie met zonne-energie.
Een van de grote voordelen van windenergie is het feit dat er geen CO2 bij vrij komt. Met het oog op het Kyoto protocol is dit een van de redenen waarom de regering het gebruik van windturbines stimuleert. Daarnaast biedt windenergie een goed alternatief voor fossiele brandstoffen aangezien het duurzaam is. In vergelijking met kernenergie heeft windenergie het voordeel dat er geen schadelijk afval geproduceerd wordt.
8.4.3 Windenergie in Nederland
Eind 2005 stonden er 1707 windturbines in Nederland. Samen produceerden ze genoeg elektriciteit voor 615.660 huishoudens. Greenpeace ziet de toekomst van windenergie positief tegemoet. De organisatie stelt voor om windmolens op zee te plaatsen.
8.5 Geothermische energie
8.5.1 Hoe werkt het?
Geothermische energie betekent letterlijk ‘aardwarmte energie’. Bij deze vorm van energie wordt de warmte van de aarde benut. Tot 100 meter onder de grond is de warmte vooral afkomstig van opwarming door de zon. Een systeem dat hiervan gebruik maakt is de ‘warmtepomp’.
Dieper in de aarde zijn soms warmwaterreservoirs of warm gesteente te vinden. Deze zijn opgewarmd vanuit het binnenste van de aarde. Meestal is de temperatuur van het water zo hoog dat er stoom ontstaat. Met de stoom kan een turbine worden aangedreven en uiteindelijk elektriciteit worden opgewekt.
Om de hitte van gesteente te benutten wordt water onder enorme druk het gesteente in gepompt. Het water warmt op en wordt vervolgens weer opgezogen om hiermee gebouwen te verwarmen of, als er stoom bij ontstaat, elektriciteit op te wekken. Soms worden speciale buizen in het gesteente aangelegd om water door te laten stromen.
In gebieden met vulkanische activiteit bevindt de lava zich relatief dicht bij het aardoppervlak. Hier kan je een speciaal soort warmwaterreservoir aantreffen, beter bekend als een ‘geiser’. In het reservoir vormt zich stoom, die gebruikt kan worden bij het verwarmen van huizen of bij de opwekking van elektriciteit. Door het afgekoelde water uiteindelijk terug de grond in te pompen, wordt de bron geschikt gemaakt voor hergebruik.
8.5.2 Voor en nadelen
Geothermische energie is een onuitputtelijke en relatief schone energiebron. Alleen in vulkanische gebieden kunnen schadelijke stoffen in het water voorkomen maar als dit water weer terug de grond wordt ingepompt kan dit weinig kwaad. In vergelijking met kernenergie, is men bij dit alternatief niet afhankelijk van kostbare grondstoffen zoals uranium.
Een nadeel is dat veel warmte verloren gaat wanneer het water over grote afstand getransporteerd moet worden. Het grootste probleem van aardwarmte is echter het prijskaartje. Allereerst zijn dure proefboringen nodig om te bepalen of een gebied geschikt is voor aardwarmtewinning. Daarnaast is de aanleg van het systeem zelf duur.
8.5.3 Geothermische energie in Nederland
Vanwege de hoge kosten maken energieproducenten in Nederland nauwelijks gebruik van geothermische energie. Omdat de bodemtemperatuur sterk verschilt, zouden dure proefboringen moeten plaatsvinden. Warmte in ondiepere bodemlagen, die afkomstig is van zonlicht, wordt in Nederland al wel gebruikt.
In het buitenland is de situatie vaak gunstiger. Vooral in gebieden met vulkanische activiteit waar de warmte zich dicht bij het aardoppervlak bevindt, wordt aardwarmtewinning op grote schaal toegepast. De totale hoeveelheid energie die uit deze bron wordt gehaald, is voldoende om 7 miljoen huishoudens van verwarming en warm water te voorzien.
Ondanks de kosten, kan geothermische energie in de toekomst een belangrijke rol gaan vervullen in ons land. Wat uiteindelijk onze belangrijkste alternatieve energiebron gaat worden zal moeten blijken...