Electriciteitsopwekking naar levend model

Natuur als voorbeeld

Levende organismen wekken eindeloos energie op. Ruim twee miljard jaar hebben zij dat met kennelijksucces gedaan. Zouden we dat imiteren, dan zou een comfortabele en duurzame overleving wellicht ook voor ons mogelijk worden. Artis Natura Magistra, de Natuur is de meesteres van de Kunst. Als we die kunst niet op tijd afkijken wordt het afzien, lijkt het.

Een technosfeer

Het woord ‘technosfeer’, als kunstmatig alternatief voor ‘biosfeer’, klinkt gruwelijk: het woord suggereert een ruimzittend ruimtepak, met daarbinnen een bijna-absolute veiligheid, met knoppen, lampjes en scherp afgestelde alarmen. Een veiligheid, gecompenseerd door alles wat de mens aan ongein heeft of over zich afroept. Eén speldeprik en je bent er geweest.

Moeten wij een technosfeer naar model van de biosfeer bouwen, of kunnen wij alsnog één worden met de natuur? Het antwoord op de eerstgenoemde vraag is ‘ja, ten dele’ en op de tweede ‘nee’.

De imitatie van de biosfeer zal nooit volledig zijn

Een electromotor met magnetische velden komt niet voor in de natuur. Roterende onderdelen zijn er wel: bacteriën bewegen zich voort met een draaiende schroef. Grote wielen bestaan echter niet in de natuur, electriciteit wel, hoogspanningskabels weer niet. Windenergie ook niet. Ja, de reusachtige albatros zeilt op de wind over de oceanen zonder ook maar één vleugelslag te maken; de condor zweeft omhoog op de thermiek. Maar deze energie delen zij niet uit aan hun medeschepselen, zoals windmolens dat wel doen. Zo zijn er veel meer verschillen te bedenken: hoge temperatuur, roept u maar.

De mythe van de natuurlijke kringloop

Mensen maken afval. Met kernafval weet niemand raad en koolzuurgas wordt beticht van rampspoed, zoniet nu dan toch wel in de toekomst. Wie duurzaam wil leven kiest voor echte kringlopen, in navolging van de natuur. Maar vergis u niet: wie de paleontologie en geologie miljoenen jaren overziet ontdekt dat de natuur op veel plaatsen een verkwister kan zijn. Het kalk in de Pietersberg is grotendeels opgebouwd uit het puin van de microscopisch kleine huisjes van eencelligen: foraminiferen. Die huisjes werden gewoon weggeworpen (wisten die foraminiferen veel?).

En onder de St. Pieter zit steenkool, fossiele energie bestaande uit niet-gerecirculeerde planten. Elders zit weer gas en olie, getuige van een ‘mislukte’ recirculatie van micro-organismen. Een bitumen-meer bij Los Angeles is puur natuur. De tegenvoeter van al dit afval is zuurstof. Zonder opsluiting van twee miljard jaar afval in de aardkorst zou de lucht nog steeds zuurstofloos zijn. Dat betekent, andersom, dat als wij alle fossiele brandstoffen op aarde zouden verbranden, alle zuurstof in de atmosfeer weer aan kool en waterstof vast zou komen te zitten. De atmosfeer zou zuurstofloos eindigen. Heel praktisch kan hieruit worden geconcludeerd dat fossiele brandstoffen niet opraken. In werkelijkheid raken alleen de economisch winbare ophopingen van brandstoffen op. De rest, meer dan 99%, blijft dan gewoon in de aardkorst zitten.

Ook echte kringlopen, waarin alle materie grammetje voor grammetje recirculeert, bestaan in de natuur. Regenwouden kunnen heel oud zijn, miljoenen jaren. In het Amazone-bekken staan bomen op woestijnbodem, lateriet als het zou uitdrogen. Ieder mineraal-ion dat uit een omgevallen boom of blad door schimmels wordt losgewrikt komt onmiddellijk in een wortel van een levende boom terecht. Sommige rivieren die overtollig water uit het regenwoud afvoeren bevatten water dat gedestilleerd lijkt te zijn, zo schoon (en dus voedselarm) is het. Niets komt er uit dat bos. Dus is het Amazone-bos ook niet de ‘Longen van de Aarde’, ook al is er een mythe dat dat wel zo is. Het regenwoud gebruikt evenveel zuurstof als het produceert en maakt evenveel koolzuurgas vrij als het vastmaakt.

Zon

De energiebron van de levende organismen is voor 99% zon. Planten beginnen het spel, zonlicht splitst water. Dieren, schimmels en anderen brengen het door zonlicht gescheiden materiaal weer bij elkaar. De energie van zonlicht komt daarbij, in een andere vorm, terug. Alleen in de verste uithoeken van de biosfeer wekken bizarre archebacteriën energie op uit energiedragers, die niet van zonlicht afkomstig zijn, zoals in vulkanische bronnen en andere extreme omgevingen. Daar wonen de ‘extremofielen’, micro-organismen uit de vroegste oertijd. Maar verder loopt de natuur op zon. Door dat te imiteren zou het mensdom eeuwig kunnen bestaan, lijkt het.

Voordelen

Electriciteit uit zonne-energie, opgevangen door de mens, is stil en schoon. Er komt geen koolzuurgas uit. Mijnbouw is niet vereist; er zijn geen doden te betreuren door mijn-instortingen; er komt geen olie op zee; het is niet giftig; je kunt er geen massavernietigingswapens mee maken, en je hoeft er vermoedelijk geen oorlog om te voeren. Zonlicht is immers beter verdeeld op aarde dan bijvoorbeeld zoet water en brandstoffen. Voor ogen staan de zogenaamde ‘foto-voltaïsche cellen’. Zonlicht gaat in die cellen direct over in electriciteit. Deze zonne-electriciteit is echter nog niet rendabel, maar duur is ook de voortuin, de boot, de buurt en de te dure auto.

Het levert voldoende op

Planten op een ‘energie-akker’ leveren brandbaar materiaal, de zogenaamde ‘biomassa’. Daarin zit zonlicht verankerd. Verbrand in een electriciteitscentrale levert dat in Nederland, per jaar en per vierkante meter akker, ongeveer 3,5 kilowattuur (kWh) aan electriciteit op.

Een foto-voltaïsch zonnepaneel (photo-voltaics, PV) werkt zonder chlorofyl, maar ook zonder ovens, stoomturbines en zelfs zonder generatoren. Het systeemrendement is 10%, d.w.z. van zonlicht blijft 10% over in het stopcontact. Een PV-paneel onder een hoek van 45 graden op het Zuiden is goed voor gemiddeld 100 kWh/m2/j, inclusief de nachten en de donkere dagen. PV-zonne-electriciteit is dus per eenheid van oppervlak bij-na dertig keer zo productief als biomassa, en bedenk: het PV-‘akkertje’ ligt op het dak, en dat oppervlak is afgeschreven. Zo bekeken kan PV eigenlijk niet meer stuk.

Reken maar uit

In 1995 verbruikte Nederland ruim 77,5 miljard kilowattuur aan electriciteit, ruim 10% van het totale Nederlandse energieverbruik. Het vereiste PV-oppervlak zou daarvoor 775 miljoen vierkante meter zijn, oftewel 775 km2, bijna 2% van het oppervlak van Nederland. Het Centrum voor Energiebesparing (CE) in Delft heeft de benodigde 775 km2 ruimschoots gevonden op daken, taluds van spoordijken, geluidswallen aan snelwegen etc.. Toegegeven, gemakkelijk zal het niet worden.

PV is echter niet afroepbaar

PV is precies de gezochte imitatie van de natuur, maar het is krap en duur. Daarbij komt nog, dat er ook een praktisch bezwaar tegen bestaat: de electriciteit is niet afroepbaar. Een mens wil zijn electriciteit hebben als het hem uitkomt en de industrie moet er volledig op kunnen rekenen. De biomassa komt in een hapklare vorm tot ons, geduldig wachtend op afroep, terwijl PV ons laat wachten tot de zon schijnt. Electriciteit is niet gemakkelijk op te slaan; accu’s zijn enorm zwaar voor wat ze leveren.

Kunstmatige stuwmeren in verre, hoge gebergten staan op het verlanglijstje: je laat ze leeglopen over waterturbines en je pompt ze weer vol met energie-overschotten. Men studeert op een monsterachtig grote kabel van Nederland naar Noorwegen. Het zal duidelijk zijn, dat de groene plant met zijn 3,5 kWh/m2 het nog steeds wint van de PV met zijn 100 kWh/m2.

Vastmaken van licht kunnen wij ook

Zoals gezegd, de groene plant splijt water in zuurstof en waterstof. Het zuurstofgas gaat als afval naar de atmosfeer en het waterstof wordt aan de koolstof van CO2 vast gemaakt. Uiteindelijk ontstaan daaruit, na een ingewikkeld proces, bouw- en brandstoffen, koolhydraten en plantaardige olie. Imitatie is afzichtelijk duur: de zonne-electriciteit zou water kunnen splijten in waterstof- en zuurstofgas. Het waterstof slaan we op in een tankje (met nikkelspons of zoiets), waar het veilig blijft zitten tot we het afroepen.

Afroepen van electriciteit kan via de brandstofcel

Waterstofgas kan men in speciale motoren verbranden en daarmee een generator aandrijven, een slechte imitatie van de natuur. Beter is de zogenaamde brandstofcel. Die is honderd jaar geleden uitgevonden. In de ruimtevaart en hier en daar ook op het aardoppervlak wordt hij geregeld gebruikt voor het omzetten van chemische in electrische energie. In een brandstofcel komen waterstof en lucht bij elkaar; zonder knal verschijnt er uit een katalysator electriciteit. Uit een uitlaat komt water. Er zijn geen bewegende delen, geen stank of lawaai. Het rendement is 60%. Het lijkt wel een wonder.

Als imitatie van de microscopische energiecentrale van de levende cel, het mitochondrion, is de brandstofcel zeker geslaagd. Als imitatie van de rol van dieren en schimmels in de biosfeer ook. Alleen, de massaproductie van brandstofcellen komt nog erg moeizaam op gang. Er is te weinig geld voor.

De natuur is decentraal

Het opvangen van licht kan alleen met oppervlakken. Decentralisatie is dus voor de hand liggend. De deelnemers van de biosfeer kunnen tot op zekere hoogte onafhankelijk leven met PV en brandstofcellen. Op ieders dak, mits een beetje naar het zuiden georiënteerd, kunnen foto-voltaïsche cellen worden gemonteerd. De electriciteitsmaatschappij zal die panelen verhuren aan de bewoners, zoals vaak ook nu al gebeurt met warmwater-installaties. Dat is administratief niet decentraal, functioneel wel. Willen wij het kunstje van de natuur goed nadoen, dan moeten wij alle huizen de nodige instrumenten geven om de bewoners ervan in hoge mate onafhankelijk te maken van het ‘collectief’: iedereen onder een zonnedak met een eigen waterstofopslag en een eigen brandstofcel. Het ‘collectief’ levert alleen de extraatjes en koopt de overschotten van particulieren op. Het weerbericht meldt de electricteitsprijs (in- en verkoop) van morgen. Decentralisatie vermindert de kwetsbaarheid in buitengewone omstandigheden; subsidie zou dus ook moeten komen van het Ministerie van Defensie. In Zwitserland is een atoomschuilkelder onder elk nieuwbouwhuis nog steeds verplicht!

De biosfeer kan blijven, de mens ook

Laten we niet alles na-apen van de natuur. Niet de verkwisting; niet de ongebreidelde bevolkingsgroei met de daaropvolgende massale sterfte; niet het lijdzaam volgen van de seizoenen met winterslaap en trek; niet de aggressie; niet de ziekten en parasieten, eten en gegeten worden, de pijn.

De ‘Terug-naar-de-Natuur’ roman-tiek is voor zowel de mens als voor de natuur zelf dodelijk. Met de opsluiting van mensen in een technosfeer hebben beiden, de natuur en de mens, nog een kans. De natuur gaat voorlopig ook achter tralies. Het moet. De bevolkingsgroei blijft immers nog wel een paar decennia doorgaan. De verkwistende leefstijl ook.

Terug naar de inhoud nieuwsbrief