Duurzame energie wordt een steeds belangrijker onderwerp in de wereld van vandaag. Naast de stijgende kosten van fossiele brandstoffen en de dreiging van klimaatverandering, zijn er ook positieve ontwikkelingen op dit gebied geweest, waaronder verbeteringen in efficiëntie en dalende prijzen.
Dit alles heeft de vraag naar alternatieve energie doen toenemen en de overgang naar schonere, duurzamere elektrische methoden versneld. Het is echter belangrijk op te merken dat er vele soorten zijn - biomassa, zonne-, wind-, getijden- en geothermische energie - en dat elk zijn eigen voordelen en nadelen heeft.
Biomassa:
Biomassa is de meest gebruikte vorm van hernieuwbare energie. Biomassa verwijst simpelweg naar het gebruik van organische materialen en deze om te zetten in andere vormen van energie die gebruikt kunnen worden. Hoewel sommige vormen van biomassa al eeuwenlang worden gebruikt, zoals het verbranden van hout, zijn andere, nieuwere methoden gericht op methoden die geen koolstofdioxide produceren.
Zo zijn er schone brandende biobrandstoffen die alternatieven zijn voor olie en gas. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen, die worden geproduceerd door geologische processen, wordt een biobrandstof geproduceerd door biologische processen - zoals landbouw en anaërobe vergisting. Gebruikelijke brandstoffen die bij dit proces horen, zijn bio-ethanol, dat wordt gemaakt door koolhydraten uit suiker of zetmeelgewassen (zoals maïs, suikerriet of zoete sorghum) te fermenteren om alcohol te maken.
Een andere veel voorkomende biobrandstof staat bekend als biodiesel, die wordt geproduceerd uit oliën of vetten met behulp van een proces dat bekend staat als transverestering - waarbij zure moleculen worden uitgewisseld voor alcohol met behulp van een katalysator. Dit soort brandstoffen zijn populaire alternatieven voor benzine en kunnen worden verbrand in voertuigen die zijn omgebouwd om erop te rijden.
Zonne-energie:
Zonne-energie (ook bekend als fotovoltaïsche energie) is een van de meest populaire en snelst groeiende bronnen van alternatieve energie. Hier omvat het proces zonnecellen (meestal gemaakt van plakjes kristallijn silicium) die vertrouwen op het fotovoltaïsche (PV) effect om fotonen te absorberen en om te zetten in elektronen. Ondertussen is zonne-thermische energie (een andere vorm van zonne-energie) afhankelijk van spiegels of lenzen om een groot gebied zonlicht of thermische zonne-energie (STE) te concentreren op een klein gebied (d.w.z. een zonnecel).
Aanvankelijk werd fotovoltaïsch vermogen alleen gebruikt voor kleine tot middelgrote bedrijven, variërend van apparaten op zonne-energie (zoals rekenmachines) tot huishoudelijke arrays. Sinds de jaren tachtig zijn commerciële geconcentreerde zonne-energiecentrales echter veel gebruikelijker geworden. Ze zijn niet alleen een relatief goedkope energiebron waar netstroom lastig, te duur of gewoonweg niet beschikbaar is; stijgingen in de efficiëntie van zonnecellen en dalende prijzen maken zonne-energie concurrerend met conventionele energiebronnen (d.w.z. fossiele brandstoffen en kolen).
Tegenwoordig wordt zonne-energie ook steeds vaker gebruikt in netgekoppelde situaties als een manier om koolstofarme energie aan het net te leveren. Tegen 2050 verwacht het Internationaal Energieagentschap dat zonne-energie - inclusief STE- en PV-activiteiten - meer dan 25% van de markt zal uitmaken, waardoor het de grootste elektriciteitsbron ter wereld wordt (met de meeste installaties in China en India).
Windkracht:
Windenergie wordt al duizenden jaren gebruikt om zeilen te duwen, windmolens aan te drijven of om druk te genereren voor waterpompen. Het benutten van de wind om elektriciteit op te wekken is sinds het einde van de 19e eeuw onderwerp van onderzoek geweest. Alleen met grote inspanningen om in de 20e eeuw alternatieve energiebronnen te vinden, is windenergie het brandpunt geworden van veel onderzoek en ontwikkeling.
In vergelijking met andere vormen van hernieuwbare energie wordt windenergie als zeer betrouwbaar en stabiel beschouwd, aangezien wind van jaar tot jaar consistent is en niet afneemt tijdens piekuren van de vraag. Aanvankelijk was de bouw van windparken een kostbare onderneming. Maar dankzij recente verbeteringen is windenergie begonnen met het vaststellen van piekprijzen op de groothandelsmarkten voor energie wereldwijd en heeft het de inkomsten en winsten van de fossiele-brandstofindustrie verlaagd.
Volgens een rapport dat afgelopen maart door het ministerie van Energie is uitgegeven, zou de groei van windenergie in de Verenigde Staten in veel categorieën tot nog meer hooggekwalificeerde banen kunnen leiden. Met de titel 'Windvisie: een nieuw tijdperk voor windenergie in de Verenigde Staten', geeft het document aan dat de industrie in 2050 maar liefst 35% van de Amerikaanse elektriciteitsproductie zou kunnen vertegenwoordigen.
Bovendien kwamen vorig jaar de Global Wind Energy Council en Greenpeace International samen om een rapport te publiceren getiteld "Global Wind Energy Outlook 2014". Dit rapport stelde dat windenergie wereldwijd tegen 2050 maar liefst 25 tot 30% van de wereldwijde elektriciteit zou kunnen leveren. Op het moment van schrijven van dit rapport hadden commerciële installaties in meer dan 90 landen een totale capaciteit van 318 gigawatt (GW), wat een ongeveer 3% van het wereldwijde aanbod.
Getijdenenergie:
Net als bij windenergie wordt getijdenenergie beschouwd als een potentiële bron van hernieuwbare energie omdat de getijden stabiel en voorspelbaar zijn. Net als bij windmolens worden getijdenmolens al sinds de tijd van het oude Rome en de middeleeuwen gebruikt. Inkomend water werd opgeslagen in grote vijvers en toen de getijden weggingen, draaiden ze waterwielen die mechanische kracht genereerden om graan te malen.
Pas in de 19e eeuw werd het proces van het gebruik van vallend water en draaiende turbines om elektriciteit op te wekken geïntroduceerd in de Verenigde Staten en Europa. En het is pas sinds de 20e dat dit soort operaties is omgebouwd voor bouw langs kustlijnen en niet alleen rivieren.
Traditioneel heeft getijdenkracht geleden onder relatief hoge kosten en beperkte beschikbaarheid van locaties met voldoende hoge getijdenbereiken of stroomsnelheden. Veel recente technologische ontwikkelingen en verbeteringen, zowel in ontwerp als in turbinetechnologie, geven echter aan dat de totale beschikbaarheid van getijdenenergie veel hoger kan zijn dan eerder werd aangenomen, en dat de economische en milieukosten tot een concurrerend niveau kunnen worden teruggebracht.
De eerste grootschalige getijdencentrale ter wereld is de Rance-getijdencentrale in Frankrijk, die in 1966 operationeel werd. En in Orkney, Schotland, werd 's werelds eerste testfaciliteit voor mariene energie - het European Marine Energy Centre (EMEC) - opgericht in 2003 om de ontwikkeling van de golf- en getijdenenergiesector in het VK te starten.
In 2015 ging 's werelds eerste netgekoppelde golfcentrale (CETO, genoemd naar de Griekse godin van de zee) online voor de kust van West-Australië. Deze krachtcentrale, ontwikkeld door Carnegie Wave Energy, werkt onder water en gebruikt onderzeese boeien om een reeks pompen met zeebodem te pompen, die op hun beurt elektriciteit opwekken.
Geothermisch:
Geothermische elektriciteit is een andere vorm van alternatieve energie die als duurzaam en betrouwbaar wordt beschouwd. In dit geval wordt warmte-energie afgeleid van de aarde - meestal van magmakanalen, warmwaterbronnen of hydrothermale circulatie - om turbines te draaien of gebouwen te verwarmen. Het wordt als betrouwbaar beschouwd omdat de aarde er 10 bevat31 joules aan warmte-energie, die van nature naar de oppervlakte stroomt door geleiding met een snelheid van 44,2 terawatt (TW) - meer dan het dubbele energieverbruik van de mensheid.
Een nadeel is dat deze energie diffuus is en alleen op bepaalde locaties goedkoop kan worden benut. In bepaalde delen van de wereld, zoals IJsland, Indonesië en andere regio's met een hoge geothermische activiteit, is het echter een gemakkelijk toegankelijke en kosteneffectieve manier om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en steenkool om elektriciteit op te wekken te verminderen. Landen die meer dan 15 procent van hun elektriciteit opwekken uit geothermische bronnen zijn onder meer El Salvador, Kenia, de Filippijnen, IJsland en Costa Rica.
Vanaf 2015 bedraagt de wereldwijde capaciteit voor geothermische energie 12,8 gigawatt (GW), die naar verwachting zal groeien tot 14,5 tot 17,6 GW tegen 2020. Bovendien schat de Geothermal Energy Association (GEA) dat slechts 6,5 procent van het totale wereldwijde potentieel is behaald tot dusver afgetapt, terwijl het IPCC meldde dat het potentieel voor geothermische energie in het bereik van 35 GW tot 2 TW ligt.
Problemen met adoptie:
Een probleem met veel vormen van hernieuwbare energie is dat ze afhankelijk zijn van natuuromstandigheden - wind, watervoorziening en voldoende zonlicht - die beperkingen kunnen opleggen. Een ander probleem is de relatieve kost van vele vormen van alternatieve energie vergeleken met traditionele bronnen zoals olie en aardgas. Tot voor kort was het runnen van kolen- of oliegestookte centrales goedkoper dan miljoenen investeren in de bouw van grote zonne-, wind-, getijden- of geothermische installaties.
Doorlopende verbeteringen in de productie van zonnecellen, windturbines en andere apparatuur - om nog maar te zwijgen van verbeteringen in de hoeveelheid geproduceerde energie - hebben ertoe geleid dat veel vormen van alternatieve energie concurrerend zijn geworden met andere methoden. Over de hele wereld intensiveren landen en gemeenschappen zich om de overgang naar schonere, duurzamere en meer zelfvoorzienende methoden te versnellen.
We hebben veel interessante artikelen over alternatieve energie op Space Magazine geschreven. Hier is wat is alternatieve energie? Wat is zonne-energie? en waar komt geothermische energie vandaan ?, kan de wereld draaien op zonne- en windenergie ?, en zonne-energie uit de ruimte oogsten.
Je moet ook het National Renewable Energy Laboratory en het Renewable Energy Policy Project bekijken.
Astronomy Cast heeft ook een aflevering over het onderwerp. Hier is aflevering 51: aarde.
Bronnen:
- Wikipedia - Hernieuwbare energie
- Amerikaanse Energy Information Administration - hernieuwbare en alternatieve brandstoffen
