Fossielvrije steden

Gepubliceerd op 2 maart 2022 om 09:17

Energietransitie in theorie en praktijk

door 3e jaars studenten Geo Media & Design

 

De fossielvrije stad – je hoort er steeds meer over. Op dit moment worden in steden in Nederland maar ook in de rest van de wereld nog steeds heel veel fossiele brandstofbronnen gebruikt voor verwarming van gebouwen, vervoer en infrastructuur. Dat moet anders. In dit artikel wordt uitgelegd welke trends er nu zijn en welke gamechangers we kunnen verwachten.

Huidige trends: wind, zon en warmtepompen

door Anna, Myrthe, Sterre & Wessel

 

Duurzame oplossingen moeten ervoor zorgen dat Nederland in de toekomst op een CO2-neutraal energiesysteem kan draaien. Voorbeelden van huidige trends zijn windenergie, elektrische warmtepompen en kernenergie. Deze en vele andere maatregelen moeten als vervanging dienen voor de vervuilende, fossiele brandstoffen. De grootste uitdaging is om deze hernieuwbare brandstoffen zoveel mogelijk op te slaan, omdat het aanbod niet constant is, kijk hierbij naar zon- en windkracht.

Windenergie wordt gegenereerd op windmolenparken. Deze parken zijn in Nederland op verschillende plekken te vinden, zowel op land als op zee. Een windmolen werkt als volgt. De wieken zijn op een hoge mast geplaatst om met regelmaat wind op te vangen zonder bomen of huizen die de wind eventueel tegenhouden. Door het draaien van de wieken wordt er een elektriciteitsgenerator op gang gebracht. Vervolgens wordt de hierdoor opgewekte energie door middel van kabels ondergronds vervoerd naar een hoogspanningsnet als TenneT, die de verzamelde energie bruikbaar maakt voor huishoudens.

TenneT verwerkt niet alleen stroom vanuit windturbines, maar ook kernenergie. Kernenergie wordt opgewekt door atomen te splitsen. Deze splitsing zorgt voor een hoop warmte en stoom. De stoom drijft vervolgens een turbine aan die energie genereert. Dit wordt vervolgens aan een bedrijf als TenneT geleverd om het daarna in huishoudens te gebruiken. De stoom wordt door een condensor gekoeld waardoor het weer water wordt, dit water wordt vervolgens weer opnieuw naar het begin vervoerd waar het opnieuw stoom zal worden en turbines zal aandrijven.

Indien je liever deels zelf voor je energie wil zorgen kan je het best gebruik maken van technologie als zonnepanelen. Zonnepanelen zetten zonlicht om naar gelijkstroom. Dit gebeurt door middel van materiaal wat alleen stroom geleid wanneer er zon op valt. Deze gelijkstroom is niet bruikbaar voor consumenten, daarom krijg je bij zonnepanelen een speciale omvormer die de gelijkstroom omzet naar bruikbare stroom. Als je niet genoeg stroom op hebt weten te wekken met de zonnepanelen zal dit worden gecompenseerd door middel van het elektriciteitsnet.

Een andere manier om zelf energie op te wekken is door middel van een warmtepomp. Met warmtepompen wordt jouw water op een duurzame manier verwarmd. Er zijn verschillende manieren waarop dit kan gebeuren. Een lucht/water-warmtepomp gebruikt een machine buitenshuis die warmte uit te buitenlucht opvangt, deze wordt vervolgens aan het verwarmingssysteem doorgegeven. Een water/water-warmtepomp haalt warmte uit grondwater. Er worden dan twee gaten in de grond gegraven, door de ene komt het warme water omhoog en door de ander gaat het water wat is afgekoeld terug de grond in om opnieuw warm te worden. Een bodem/water-warmtepomp maakt gebruik van de warmte in de aarde. Dit gebeurt door een buizenstelsel aan te leggen en een speciale vloeistof door te buizen te laten lopen om warmte op te vangen. Deze warmte wordt doorgegeven naar boven om zo jouw woning te verwarmen.

Om van de bovenstaande alternatieven gebruik te maken is er veel geld nodig. Zowel vanuit overheidsinstanties als voor consumenten zelf. Uiteindelijk zijn deze manieren van energie opwekken wel veel duurzamer doordat je minder broeikasgassen uitstoot en kan je er zelfs geld mee besparen. Op het moment lijkt de CO2 uitstoot weer te stijgen, maar op de lange termijn gaat het al de goede kant op. Om het klimaatakkoord te halen en in 2050 minimaal 95% broeikasgas-vrij te zijn is er nog een hoop werk te doen, maar het is haalbaar als iedereen zijn steentje bijdraagt.

Praktijkvoorbeelden: elektische bussen en auto’s

door Daan, Jakob & Remon

 

Het openbaar vervoer wordt veel gebruikt in het dagelijkse leven. Dit betekent veel CO2-uitstoot, toch? Niet als het ligt aan de groene/elektrische bussen van Ubusco & Syntus. Zij zijn de voorlopers wat betreft het verduurzamen van de bussen in het openbaar vervoer. De trend die nu van start gaat is dat alle auto’s en bussen langzamerhand elektrisch worden.

Ubusco & Syntus zijn de eerste, maar in de toekomst zullen veel meer busmaatschappijen en ook autobedrijven zelf over gaan stappen op elektrisch rijden. Op het vlak van het verduurzamen van de auto’s loopt Noorwegen op landelijk niveau ver voor. Zij willen in 2025 de verkoop van niet-elektrische nieuwe personenauto’s verbieden en zij voorspellen dat in 2022 de laatste pure brandstofauto al verkocht zal worden.

Naast elektrificatie van auto's en bussen zijn andere populaire onderwerpen op het gebied van fossielvrij natuurlijk duurzame manieren van het opwekken van deze energie.

Dan zijn de meest voorkomende manieren natuurlijk windenergie en zonne- energie, maar ook kernenergie is weer een belangrijker onderwerp geworden in Nederland.

Het nieuwe kabinet heeft het voornemen om 2 nieuwe energiecentrales te gaan bouwen voor meer productie van kernenergie. Nu de energiebehoefte steeds meer toeneemt, ook binnen Nederland, is het niet ideaal om afhankelijk te zijn van opwekkingen uit het buitenland. In de huidige situatie en die tot 2050 komt duidelijk naar voren dat kernenergie de meest betrouwbare en effectieve manier is om aan onze energiebehoefte te voldoen.

Met het voornemen voor kernenergie door onze regering zijn wind- en zonne-energie nog niet direct afgeschreven. Als we het hebben over trends zijn wij als Nederland een goed voorbeeld. Waar wij in 2017 nog maar 2% van onze energie uit zonnepanelen haalden, is dit in 2021 opgelopen tot 10%. Dit is zelfs het hoogste percentage van heel Europa. Zo staan we voor Duitsland en Spanje. Het gaat bij ons zo ver dat tijdens zonnige perioden onze energieleveranciers problemen hebben met het opslaan van alle overtollige opgewekte energie. Zonne-energie is dus nog altijd booming business.

Kernfusie als gamechanger?

door Krista, Sil & Lennart

Wat is Kernfusie-energie?

Het proces van kernfusie begint bij atomen. Het is een proces dat in sterren gebeurt: de hitte van de zon helpt (waterstof)atomen samensmelten tot helium, waarbij een heleboel energie vrijkomt die later gebruikt wordt door de zon. Twee atomen fuseren niet zomaar. Dat doen ze alleen als het heel heet is en als de druk groot is.

Het ontwikkelen van kernfusie is belangrijk omdat het een eindeloze bron van schone energie kan zijn. Als fusie op grote schaal mogelijk wordt, zijn er geen windturbines, zonnepanelen, kolen- of gascentrales meer nodig voor onze behoefte aan elektriciteit, we kunnen dan de energie die bij fusie vrijkomt gebruiken.

Kernfusie wordt vaak hetzelfde vergeleken met kernenergie. Dit is alleen niet zo. Hoewel het technisch gezien energie haalt uit kernen, is kernfusie het tegenovergestelde van het proces dat in een kerncentrale plaatsvindt. Kerncentrales leveren bovendien radioactief en dus gevaarlijk afval op. Dat probleem heb je niet bij fusie; daarbij ontstaat alleen helium en energie.

Actuele ontwikkelingen

Het laatste nieuws is dat een kernfusiereactor 5 seconden lang deze atomen kunnen samen worden gesmolten, zonder dat het te heet wordt. Een record aan energie is opgewekt: maar liefst 59 megajoule. Joint European Torus, het wetenschapscollectief welke dit voor elkaar hebben gekregen, is ervan overtuigd dat kernfusie-energie de toekomstige energiebron is.

Netto is er volgens De Ingenieur nog geen energie opgewekt: Bij de opwekking, gedurende deze 5 seconde, is er net zoveel energie ingegaan als dat eruit is gehaald, doordat de verhouding tussen de plasmareacties en het magneetveld elkaar niet overtrof. 

Wanneer komt kernfusie energie?

Op dit moment wordt er veel wetenschappelijk onderzoek gedaan naar de praktische toepassing van kernfusie. De verwachting is dat kernfusie per 2050 rendabel gemaakt kan worden voor de commerciële energiemarkt.

Er zijn op dit moment nog geen kernfusiefactoren in Europa die gebruikt kunnen worden om energie voor dagelijks gebruik op te wekken. In Frankrijk wordt met de JET reactor geëxperimenteerd om de kernfusie energie in de tweede helft van de eeuw te realiseren. Ook wordt er gebouwd aan de opvolger van de JET reactor: de ITER reactor.

Praktijkvoorbeelden kernfusie

door Chesko, Jan Bart & Mike

Kernfusie klinkt veelbelovend en er zijn al belangrijke stappen gezet in de technologie. Toch zal het op grote schaal produceren van energie met kernfusie de komende jaren slechts tot de verbeelding blijven spreken. Wetenschappers grappen wel eens dat “kernfusie voor altijd 30 jaar ver weg is”. Op dit moment gaat het om enkele experimenten.  

Recent werd een nieuw record gevestigd door de Joint European Torus (JET) in Engeland. Deze grootste experimentele kernfusiereactor produceerde zo’n 59 megajoules (11 megawatt) aan energie gedurende vijf seconden. Daarmee verbrak JET het vorige record, 22 megajoule, dat in 1997 werd gevestigd.

De hoeveelheid opgewekte energie is niet gigantisch veel, het is slechts genoeg om zo’n 60 waterkokers aan de kook te brengen. Belangrijker is dat het bewijst dat de techniek succesvol is. Die wordt namelijk ook toegepast bij de ITER, een nog grotere kernfusiereactor die momenteel in aanbouw is in het zuiden van Frankrijk.  

ITER is een wereldwijde samenwerking van 35 landen, waaronder het Europese Gemeenschap voor Atoomenergie (Euratom) en China, Zuid-Korea, de Verenigde Staten, India, Japan en Rusland. Deze zogenaamde ITER Tokamak wordt ’s werelds grootste kernfusiereactor, met een plasma radius van 6,2 meter en een plasma volume van 840 m3. Gedurende het kernfusieproces een temperatuur van maar liefst 150 miljoen °C gehaald, met behulp van de sterkste magneet die ooit is ontwikkeld.  

ITER moet de eerste reactor worden die netto meer energie genereert dan dat het kost om de kernfusiereactie te starten. Met een invoer van 50 MW aan warmte zou de reactor tien keer zo veel moeten produceren in circa zeven minuten. ITER kan deze warmte nog niet omzetten in elektriciteit, maar het maakt de weg vrij voor een opvolger die dat wel kan. Daarmee wordt het mogelijk om onbeperkt energie op te wekken.

Toch is een toekomst waarin de samenleving door kernfusie van energie wordt voorzien nog ver weg. Het is de bedoeling dat de eerste plasma-experimenten in de ITER plaatsvinden vanaf eind 2025. Voordat de technologie op grote schaal gebruikt kan worden, zijn we enkele tientallen jaren verder. Kernfusie heeft de potentie om een gamechanger te worden in de tweede helft van deze eeuw, maar voorlopig is het niet de oplossing voor het wereldwijde energievraagstuk. 

Over dit artikel

Deze bijdrage voor het GeoLab over de fossielvrije stad is onderdeel van een 6-delige reeks in het kader van stedelijke trends. Het is een product van 3e jaars studenten Geo Media & Design in het kader van het vak ‘stedelijke trends’.  

De studenten leveren gezamenlijk input op een thema, waarbij zowel de theorie als praktijkvoorbeelden aan de orde komen. En ook vanuit twee invalshoeken: huidige trends met impact op de toekomst van steden en gamechangers die nu zichtbaar zijn en wat daar de mogelijke impact van is.

De zes thema’s zijn: