Energie als hobby

Archief voor de ‘Energieproductie’ Categorie

De waterstofauto gaat nooit echt wat worden

Op 10 december 2015 liep ik tijdens het EnergyNext Event in Dordrecht (dit congres is overigens een aanrader) Professor Future Energy Systems (TU Delft) Ad van Wijk tegen het lijf. Ad verzorgde tijdens dat congres een ronde tafel sessie met als onderwerp  “Toekomstige energiesystemen”. En als Ad het verteld, moet het waar zijn: Hij kan zo vol overtuiging vertellen dat je meteen alles geloofd van deze inspirerende spreker!

In mijn geval dan op één ding na: Ad beweerde dat over 10 jaar (eind 2025 dus) in heel Europa meer personenauto’s op waterstof rondrijden dan volledig elektrische personenauto’s. Hier geloof ik niets van en heb er dan ook maar gelijk een flinke weddenschap met hem op afgesloten: 1 krat bier.

Laat ik nu eens positief beginnen en alle voordelen van het rijden op waterstof met een Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) opnoemen:

  • Bij de verbranding van waterstof (in een brandstofcel) komt uitsluitend water vrij. Er is dus (lokaal) geen sprake van uitstoot van schadelijke stoffen.
  • Een tweede (en tevens laatste) voordeel is dat een waterstofauto stil is. Een brandstofcel kent geen bewegende delen. Het enige bewegende deel is de elektromotor en die is zeer geluidsarm (maar dat geldt ook voor de volledig elektrische auto).

Nu de redenen waarom ik denk dat er maar een beperkte toekomst is weggelegd voor de waterstof personenauto:

  • Een waterstof tankstation kost 2,5 miljoen Euro.waterstof tanken
  • We beschikken in Nederland over de beste waterstof infrastructuur in Europa (je zou het als een voordeel kunnen zien). Desondanks kan je anno 2016 maar bij 3 tankstations in Nederland terecht met je FCEV: Rhoon (Rotterdam), Amsterdam en Helmond.
  • Het aanbod van FCEV’s is heel laag. In Nederland kan je uitsluitend de ix35 van Hyundai kopen. Voor de FCEV van Toyota, de Mirai, moet je naar Japan of de VS of nog minstens een jaar geduld hebben.
  • De aanschafprijs van circa € 70.000,- (€ 55.000,- ex. BTW) is, ondanks flinke subsidies, fors te noemen. En dan te bedenken dat de productiekosten van zo’n waterstofauto nog altijd circa € 140.000,- zijn.
  • Er is een enorm grote hoge druk cilindervormige brandstoftank nodig: Soortelijke massa (ρ) van waterstof is 0,09 kg/m³, 14x lichter dan lucht. In 1 kg waterstof zit 33,3 kWh ofwel 120 MJ aan energie. Dit is natuurlijk veel, maar waterstof is helaas ook erg volumineus (heeft een erg lage dichtheid). 5,6 kg aan waterstof (een volle tank waar dan maximaal 600 km mee kan worden gereden) is dus gelijk aan 62 m³ onder atmosferische druk.  Om die 62 m³ in een 90 liter tank te krijgen, moet het gas tot 700 Bar druk worden gecomprimeerd!
  • De brandstofkosten zijn minimaal 12 €ct/km: Waterstof kost € 12,50 per kg aan de pomp, een volle tank (5,6 kg) dus € 70, waar – als je zuinig rijdt – net 600 km mee gereden kan worden. Een vergelijk met een volledig elektrische auto ook wel Full Electric Vehicle (FEV): 2,6 €ct/km.
  • Bij de productie van waterstof komt CO2 vrij! Bijna alle waterstof wordt gemaakt door het kraken (reforming) van aardgas. Op hoge temperaturen (tot 1.100°C) wordt een reactie van stoom (H2O) en aardgas (CH4) veroorzaakt: CH4 + H2O → CO + 3 H2 – 191.7 kJ/mol. Hierna wordt via water-gassplitsing de koolmonoxide met stoom omgevormd in kooldioxide en waterstof: CO + H2O → CO2 + H2 + 40.4 kJ/mol. Een proces waar dus ook nog eens 20% energie ingestopt moet worden. Elektrolyse van water is vele malen duurder en zal om economische redenen de komende decennia dus niet op grote schaal worden toegepast voor de productie van waterstof.
  • Levensduur brandstofcel laat (nog) te wensen over. Na zo’n 3.000 bedrijfsuren is het ding kapot. De brandstofcel zal dus niet langer functioneren boven de 150.000 km.
  • Laag energetisch rendement: 41% (van net naar wiel). Ter vergelijking: elektrische auto meer dan het dubbele: 86%.FEV vs FCV (efficienty)

En voor de optimisten onder ons die denken dat we straks bij een overschot aan wind- of zonnestroom heel goedkoop via elektrolyse waterstof kunnen produceren: Fuel Cell

Helaas, die gaat niet op. Het produceren van waterstof door elektrolyse kan alleen als continue ofwel basislast proces. Waterstof productie aan en uit zetten wanneer er respectievelijk goedkope of dure elektriciteit beschikbaar is, is dus helaas geen optie.

 

Oja, bijna vergeten: Ad, mijn favoriete merk is Hertog Jan.

Advertenties

Windmolens, BANANA?

Windmolens zijn lelijk, elegant in lijnopstelling, horizonvervuiling, toekomstig industrieel erfgoed, gehaktmolens voor vogels en noodzakelijk kwaad, zijn zo maar een paar meningen die ik wel eens gehoord heb in een discussie over deze duurzame energie productiemachines.Vaak zijn dit echter meningen van mensen die niet precies weten welke enorme potentie zo’n windturbine heeft.

Zomaar een paar weetjes over windenergie:

  • Wind op land is een van de goedkoopste vormen van groene stroom productie
  • In Nederland zijn windmolens verantwoordelijk voor circa 42.000 vogelslachtoffers per jaar. Echter komen er twee miljoen vogels om door het verkeer, schieten jagers circa anderhalf miljoen vogels uit de lucht en een miljoen vogels vliegen zich te pletter tegen hoogspanningskabels. Windturbines zorgen dus voor slechts 0,9% van alle vogelslachtoffers en dat is zelfs minder dan katten er te pakken krijgen.
  • Een moderne, op land opgestelde, windmolen (2,3MW) produceert genoeg elektriciteit voor 1.400 woningen.
  • Bij de productie en realisatie van een windmolen wordt energie verbruikt en komt er dus CO₂ vrij. Deze CO₂ is echter al in 3 tot 5 maanden groene stroom productie weer goed gemaakt. De rest van zijn levensduur (circa 25 jaar) heeft hij een volledig CO₂ vrije stroomproductie.
  • Als alle elektriciteit die huishoudens verbruiken zou worden opgewekt met windmolens zonder subsidie, zou de maandelijkse energierekening slechts €8,- per maand duurder uitvallen per huishouden.
  • Een kilowattuur geproduceerd door een windmolen op land, kost minder dan de helft van die van een zonnepaneel.
  • Er zijn slechts circa 1.000 windmolens nodig om de productie van elektriciteit van een kolencentrale te vervangen.
  • De elektriciteit van 33.000 m² aan zonnepanelen is ongeveer gelijk aan die van 1 windmolen (2,3MW)

Windmolens zijn voor een snelle verduurzaming van onze energievoorziening noodzakelijk. En toch zijn nog steeds mensen die ze niet willen zien omdat ze lelijk zijn. ‘Lelijk’ is net als ‘mooi’ maar een mening, die mijns inziens toch (bijna) nooit mag prevaleren boven ‘noodzaak’. En dan is er ook een enorme – steeds verder groeiende – groep mensen die zeggen: “Prima, ik ben voorstander, als ik ze maar vanuit mijn huis/tuin niet kan zien”, het zogenaamde ‘NIMBY-syndroom’. Deze groep mensen is vaak nog wel te overtuigen als ze mee kunnen profiteren van de komst van zo’n molen in hun ‘backyard’, door ze gunstige participatiemogelijkheden of een goedkopere kWh-prijs bij een goede windstroomproductie te bieden.

Het besef dat ons natuurschoon zonder de noodzakelijke verduurzaming steeds schaarser gaat worden, wordt gelukkig steeds groter. Toch zijn er nog mensen met de ‘BANANA’ mening. Gelukkig wordt deze groep die roept: “Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anything”, steeds kleiner.

Nucleaire nachtmerrie, maar wel CO₂-vrij

Een wonderlijk verschijnsel kernenergie. Bij het splijten van zware atoomkernen – in de praktijk die van uranium- en plutonium-isotopen – komt vreselijk veel energie vrij in de vorm van warmte.
De nieuwe atoomkernen die dan ontstaan zijn samen een paar procent lichter dan de oorspronkelijk atoomkern. De ontbrekende massa is opgegaan in energie, volgens Einstein’s beroemde formule: E=m.c²
(E=energie, m=massa, c²=lichtsnelheid in het kwadraat). En omdat c² zo groot is, komt er heel veel energie vrij.

In een kerncentrale vindt deze atoomkernsplitsing plaats als kettingreactie in een gecontroleerde omgeving. De warmte die daarbij vrij komt wordt gebruikt om water te verhitten tot hogedruk stoom, welke volgens een heel gewone stoomturbine aandrijft, welke op zijn beurt een grote dynamo laat draaien waar elektriciteit uit komt.

De eerste kernreactor is alweer 70 jaar geleden in gebruik genomen (Chicago, 1942) en de eerste de stoomturbine is nog eens bijna 60 jaar ouder (Zweden, 1883). Een betrouwbare, goed doorontwikkelde techniek dus?

Betrouwbaar is kernenergie zeker: Storingen aan nucleaire centrales, waardoor de productie stil valt, gebeuren zelden. Een ander belangrijk voordeel is de CO₂-vrije elektriciteitproductie van dit soort centrales. Zeker ten opzichte van kolencentrales is de directe milieuwinst dan ook groot. Zelfs als we de CO₂-uitstoot meerekenen, welke bij de winning van uranium, het transport en het opwerken van plutonium vrij komt, dan is de uitstoot per geproduceerde kWh minstens 800 gram lager (kolen: 815-990 gr/kWh, nucleair: 5-22 gr/kWh).

Naast deze grote voordelen, kleven er helaas ook een paar – niet onbelangrijke – nadelen aan.

  • Kernenergie is niet duurzaam: Uranium is net als kolen een delfstof en dus eindig.
  • Het afval is zeer radioactief en dus extreem gevaarlijk. Goed verpakt en continue bewaakt vormt het weliswaar geen direct gevaar, maar met die bewaking zadelen we nog minstens 50 generaties op.
  • Een kerncentrale verdringt duurzame energieproductie.

Deze laatste reden verdient nadere uitleg: Omdat een moderne derde generatie kerncentrale bijna 6x zo duur aan bouwkosten (ca € 3.000/kW) is dan een moderne STEG gascentrale (ca € 550/kW), kent een kerncentrale zeer hoge kapitaalslasten. Deze hoge kapitaalslasten zorgen ervoor dat ze bedreven worden als basislast-centrale: continue op maximale last om zo veel mogelijk kilowatturen te produceren. Om te allen tijde de steeds variërende vraag naar energie op te kunnen vangen, moet er altijd een bepaald percentage variabele productiecapaciteit aanwezig zijn. Dit zijn meestal gascentrales en WKK’s, maar het kan ook (import) waterkracht of batterijopslag (denk aan de opkomst van de elektrische auto) zijn. De benodigde regelbare productie komt echter niet van de huidige generatie duurzame energieproductiemiddelen. Windturbines draaien immers als het waait en zonnepanelen produceren het meest op een wolkeloos zonnig moment, niet per sé als er veel door verbruikers wordt afgenomen. Daarentegen zijn bio-energiecentrales en bio-WKK’s installaties die om technische en biologische redenen beter functioneren als ze continue op ontwerpvermogen draaien. Meer duurzame elektriciteitproductie vraagt dus om meer flexibele productie en flexibele vraag (met een bijdrage van slimme netten), dus niet om een – conceptueel ouderwetse – kernenergiecentrale die voor minstens 50 jaar de rem op de o-zo-noodzakelijke duurzame energietransitie zet!

Dit wetende kunnen we met een gerust hart de bouw van nieuwe kerncentrales verbieden. En als we dan ook nog – in navolging van onze verstandige oosterburen (Angela Merkel’s ‘Atomausstieg’) – alle kerncentrales sluiten en ontmantelen, blijven ons ook nog rampen als Three Mile Island–1979, Tsjernobyl–1986 en Fukushima–2011 gespaard.

Meer argumenten tegen kernenergie, klik hier.

Zonnepanelen binnenkort uitverkocht!

Het is natuurlijk iedereen opgevallen dat er steeds meer aanbiedingen zijn van zonnepanelen. De ene aanbieding nog gunstiger dan de andere. Waarom is dat iets van de laatste tijd? Zonnepanelen bestaan immers al sinds 1883 toen de eerste echte zonnecel werd gebouwd door Charles Fritts.

Door een flinke onderzoeksubsidie in de VS in de jaren 80 is de zonnecel door rendementsverbetering en verbeterde productie beschikbaar gekomen voor een breder publiek. Eind jaren 80 waren ze echter nog erg duur. In 1990 kostte een compleet systeem van circa 4 panelen en omvormer circa € 35.000,- en die produceerde dan zo’n 500 kWh per jaar. Zo’n zelfde systeem leggen ze nu weg voor pakweg € 2.400,-. En door verdere rendementsverbetering in de loop van de jaren kunnen die 4 panelen nu zo’n 900 kWh per jaar produceren.

Dus als je zo’n setje van 4 panelen op je dak legt, dan ben je circa € 215,- per jaar minder kwijt aan je leverancier van elektriciteit. Dat is dus in iets meer dan 11 jaar terugverdient. Waarschijnlijk sneller omdat de elektriciteitstarieven (leveringsprijs + energiebelasting) zeer waarschijnlijk door blijven stijgen met een paar procent per jaar.

En dan te bedenken dat die panelen zeker 25 jaar mee gaan. Wel zal je waarschijnlijk tussendoor een keertje de omvormer moeten vervangen (10-15% van de totale systeemprijs), maar dan nog.

Als je dit weet, dan vraag ik mij af waarom nog niet iedereen aanstalten heeft gemaakt om zijn/haar dak vol te leggen. En bijna ieder dak is geschikt: plat, schuin zuidwest, zuid en zuidoost georiënteerde daken zijn natuurlijk ideaal. Maar zelf een oostelijk of westelijk georiënteerd dak produceert nog altijd zo’n 70% van de productie van een ideaal dak.

Na het lezen van deze blog, ga je vast direct op zoek naar een leverancier van (goedkope) zonnepanelen. Haast je, want het zou mij niets verbazen als ze binnenkort zijn uitverkocht nadat iedereen deze blog heeft gelezen!