Gelukkig zijn er ontwikkelingen en nieuwe mogelijkheden.
In (sub)tropische landen kan grootschalige productie van zon- en windstroom plaatsvinden, waarmee waterstof en ammoniak kunnen worden geproduceerd. En evenzo met deze stroom synthetische kerosine en andere brandstoffen uit CO2.
De pieken aan zon- en windstroom in onze regio, kunnen worden opgeslagen in kleine en grootschalige accu’s. Door de ontstane vraag worden steeds betere accu’s ontwikkeld, waardoor de capaciteit zal toenemen en de prijs per kWh opslagcapaciteit zal dalen.
Naast waterstof als gas kunnen ook de vloeibare brandstoffen ammoniak en methanol worden vervaardigd.
Zo wordt waterstof onder hoge druk opgeslagen en stelt dit zeer hoge veiligheidseisen aan de verwerking, opslag en transport. Voor vloeibare brandstoffen zou dit eenvoudiger zijn.
Ammoniak en methanol kunnen gebruikt worden als brandstof voor de scheepvaart.
Voor uitbreiding van elektriciteitsnetwerken wereldwijd is veel koper nodig. In zwaardere kabels wordt ook aluminium toegepast in plaats van koper, daarmee zijn ze lichter van gewicht.
Waterstof
Waterstof (H2) is een geurloos en reukloos gas. De energiedichtheid bedraagt slechts 3,20 kWh/m3, voor aardgas bedraagt dit 8,79 kWh/m3.
Het bestaat uit kleine moleculen, waardoor er meer aandacht nodig is voor de lekdichtheid van de systemen.
Uit water kan via elektrolyse waterstof worden gemaakt. Dit is een energieverslindend proces; er is veel stroom voor nodig.
Nu er meer vraag naar en aandacht voor waterstof is verbetert de productietechniek, waardoor er steeds minder stroom voor nodig is. Een toekomstig rendement van 90% lijkt haalbaar.
“Groene” waterstof wordt geproduceerd met hernieuwbare energiebronnen, zoals windmolens op zee.
“Blauwe” waterstof wordt gemaakt met behulp van aardgas.
| Van internet, met datum 2022 1 m³ waterstofgas weegt 90 gram, 11,1 m³ waterstofgas weegt 1 kg. Bij een kale productieprijs van € 2,70 voor waterstof kom je dan uit op 2,70 : 11,1 = € 0,243 per m³. Vergelijk je dit met aardgas, dan kom je uit op ongeveer € 0,73 per m3. |
| Het met behulp van stroom maken van waterstof en vervolgens onder hoge druk opslaan levert zo’n 40% verlies op. Van vijf hiervoor gebruikte windmolens hou je dan in waterstof de energie over van drie molens. Is het bedoeld om een tijdelijke overschot aan elektra op te vangen, dan kost het nog eens circa 30% om er weer stroom van te maken. Van de vijf windmolens rest dan een hoeveelheid energie van slechts twee molens! Een kilogram waterstof bevat 39,4 kWh energie, maar kost gewoonlijk ongeveer 52,5 kWh energie om te produceren met de huidige commerciële installaties. De efficiency van deze omzetting is ca. 75%. Inmiddels wordt er gewerkt aan rendementsverbeteringen Het Australische bedrijf Hysata zegt met zijn nieuwe capillair gevoede elektrolysecel een rendement van 95% te halen. Onderzoekers van de Technoin Universiteit in Haifa in Israël hebben nu een methode ontwikkeld die de efficiency van de omzetting verhoogd naar bijna 99%. |
Zie voor meer informatie: Waterstof | Een huis energieneutraal maken.
https://www.huisenergieneutraalmaken.nl/waterstof/
Ammoniak
Ammoniak is een anorganische verbinding van stikstof en waterstof met als bruto formule NH3.
In landen waar veel zon is, kan zonnestroom worden omgezet in ammoniak. Het bevat vergelijkbare hoeveelheden energie als dieselbrandstof. Het gas kan ook worden gebruikt in klassieke verbrandingsmotoren. Er is vooral belangstelling voor als scheepsbrandstof.
Methanol
Methanol of methylalcohol is het eenvoudigste alcohol en heeft als bruto formule CH₄O.
Het kan dienen als brandstof. Dit kan in pure vorm of gemengd met andere brandstoffen. Daarnaast geniet methanol vaak de voorkeur boven waterstof, omdat methanol eenvoudiger en veiliger kan worden vervoerd en opgeslagen.
Synthetische kerosine uit CO2
Kerosine (petroleum is de volksnaam) heeft een koolstofketenlengte van C12 tot C16.
Synthetisch kerosine kan worden geproduceerd op basis van CO2, water en hernieuwbare energie uit zon en wind.
Methaan
Methaan (CH4) is een kleur- en reukloos gas dat binnen 12 jaar wordt afgebroken in de atmosfeer. Het is een zeer sterk broeikasgas. Het is ook het hoofdbestandsdeel van aardgas. Methaan kan ook als synthetisch gas worden geproduceerd.
11-5-2021
Met behulp van een katalysator kan uit CO2 en groene waterstof (gemaakt met duurzame stroom) en warmte ook methaan worden geproduceerd.
Afhankelijk van het soort katalysator kan methaan, methanol of andere nuttige moleculen, zoals brandstof, worden gemaakt.
In het Duitse Werlte staat een proeffabriek die van CO2 en groene elektriciteit uit huishoudelijk afval, methaan maakt. Daardoor kunnen cruiseschepen uit Hamburg varen op groene methaan.
De onderzoeksleider prof. Bert Weckhuysen hoopt dat in 2050 raffinaderijen geen fossiele brandstoffen meer maken maar “schone” brandstoffen.
Een ander voordeel van het omzetten van CO2 in methaan is, dat hiermee groene elektriciteit kan worden opgeslagen. Elke omzetting gaat echter wel met energieverlies gepaard!
Prof. dr. ir. B.M. (Bert) Weckhuysen (1968) is hoogleraar Anorganische Chemie en Katalyse aan de Universiteit Utrecht. Hij richt zich op het begrijpen en ontwikkelen van nieuwe of verbeterde katalysatoren. Katalysatoren zijn stoffen die de omzetting van grondstoffen, zoals aardolie en biomassa, in bijvoorbeeld brandstoffen, materialen en bouwstenen voor medicijnen versnellen. Meer dan 90% van de producten die we gebruiken in het dagelijks leven wordt geproduceerd met behulp van katalysatoren.
Biogas en groen gas
Biogas is een gasmengsel dat ontstaat als gevolg van biologische enzymatische processen. Dus als gevolg van vergisting van organisch materiaal zoals: mest, rioolslib, actief slib, GFT-afval, bermgras, et cetera.
Gemiddeld bestaat biogas uit 60% methaan en 35% koolstofdioxide, maar er zijn grote variaties. Daarnaast ook waterdamp en nog een restfractie ammoniak, organische vetzuren en siloxanen, waterstofgas (H2) en waterstofsulfide (H2S) met een vervelende naar rotte eieren ruikende geur.
| Biogas wordt als vervuilend gezien, omdat het een negatieve invloed heeft op de levensduur van onder andere cv-ketels. Met toevoeging van stikstof zou het verbeterd kunnen worden. Echter daardoor komt bij verbranding stikstof vrij, wat als een belemmering wordt ervaren. |
Groen gas is een duurzamer alternatief
Om groen gas te maken, is eerst biogas nodig. Het biogas wordt gezuiverd en verbeterd, zodat er groen gas ontstaat. Groen gas heeft dezelfde eigenschappen en kwaliteit als aardgas. Daarom kan groen gas worden ingezet in het normale gasnet, iets wat niet met biogas kan.
‘Groen gas’ heeft het een bijna 3x zo hoge energiedichtheid (van circa 9 kWh/Nm3) dan waterstof en aanpassing van het net is níet nodig.
Ethanol
Shell gaat samen met Vattenfall en vliegmaatschappij SAS onderzoeken of het haalbaar is, om op grote schaal duurzame ethanol als vliegtuigbrandstof te produceren. Dat doen ze op basis van technologie van het Amerikaanse LanzaTech.
De molecuulformule van ethanol is C2H5OH, met als bruto formule C2H6O, waardoor het vaak wordt afgekort als EtOH. In het dagelijkse spraakgebruik is ethanol beter bekend als alcohol.
Rioolslib een bron van energie
(december 2022)
Met een nieuwe techniek kan uit rioolslib aanzienlijk meer groen gas worden verkregen. Dit gebeurt dan niet door vergisting maar veel sneller met het SCW Systems (Superkritische watervergassing).
Onder hoge druk (meer dan 221 bar) en een hoge temperatuur (boven de 375 graden Celsius) valt het rioolslib en het afval uit elkaar in gassen, zoals methaan en waterstof. Met deze technologie zou voor 2030 al 1 miljard kuub groen gas gemaakt kunnen worden.
Monomestvergisting
Bij monomestvergisting wordt dagverse drijfmest uit loopstallen vergist bij 40 graden Celsius in een gesloten proces. In tegenstelling tot co-vergisting worden geen andere restproducten aangevoerd. Hierdoor ontstaat er geen stankoverlast en CO² uitstoot. Het zorgt voor minder methaan- en ammoniakemissie (en stikstofreductie). Daarnaast levert het een constante energiestroom van biogas. Dit gas wordt omgezet tot groene stroom of groen gas.
In België bekend onder de naam pocketvergister. In tegenstelling tot Nederland is kleinschalige mestvergisting in België wel economisch rendabel vanwege extra inkomsten door Groene stroomcertificaten en Warmtekracht certificaten.
Gesmolten-zout-reactor met Thorium als brandstof
Een kernreactor, die werkt met gesmolten zout en thorium, is in vrijwel alle opzichten een verbetering ten opzichte van de huidige kernreactoren. Deze thoriumreactor is inherent veilig, produceert veel minder (en minder gevaarlijk) radioactief afval en is daarmee een uitstekende technologie om mondiaal de CO2-uitstoot terug te brengen, bijvoorbeeld in combinatie met zonne- en windenergie. Dat zegt professor Jan Leen Kloosterman in zijn intreerede op vrijdag 1 april 2016 aan de TU Delft.
Buiten Europa wordt eveneens hard gewerkt aan de ontwikkeling van een thoriumreactor. Ook de Nederlandse overheid staat open voor verder onderzoek in deze richting. Dit neemt niet weg dat er nog technologische hordes zijn te nemen en dat het nog wel enkele decennia kan duren voor er een werkende thoriumreactor bestaat. Daarnaar wordt onder meer aan de TU Delft onderzoek gedaan.
De gesmolten zout reactor vereist bijvoorbeeld speciale materialen die gedurende 50 jaar de barre omstandigheden in de reactorkern kunnen weerstaan. Dit is het onderzoeksgebied van de Delftse faculteit 3mE en het NRG in Petten, waar binnenkort de eerste bestralingsexperimenten sinds 50 jaar zullen starten van splijtstofzouten in contact met diverse metalen en grafiet.
Gesmolten-zout-reactor met Thorium of Uranium als brandstof
15-03-2021 · Chinese onderzoekers in Sjanghai zullen binnenkort een experimentele reactor gereed hebben. Voor een tijdige plaatsing van gesmolten-zout-reactoren met Thorium als brandstof zal Nederland wellicht afhankelijk worden van China en de vraag is dan of dit wel zo verstandig is.
Een artikel met veel informatie.
Het Deense Seaborg Technologies is een van de bedrijven, die werkt aan de verdere ontwikkeling van de gesmolten-zout-reactoren met thorium als brandstof.
| Gebrek aan uraniumgrondstof De belangstelling voor thorium heeft een even banale als dwingende achtergrond: de 37 kerncentrales die China nu in gebruik heeft, en de 20 die nu in aanbouw zijn, hebben allemaal uranium nodig. Het land beschikt echter nauwelijks over die grondstof. Thorium is daarentegen wel in zeer grote hoeveelheden beschikbaar. Daarnaast heeft de thoriumreactor een belangrijk voordeel: hij produceert nauwelijks langlevend radioactief afval. In China werken ze aan twee typen reactoren: een waarbij de thoriumbrandstof is opgelost in een vloeibaar zout, daarom ook wel de thorium-gesmoltenzoutreactor genoemd, en een waarbij de brandstof zit opgesloten in bollen grafiet, ook bekend als de pebble bed-reactor, waarbij gesmolten zout dient om de warmte af te voeren. (lees: ‘Thorium reactor heeft nodige haken en ogen’) en ook (lees: ‘Uranium waterreactor versus thorium gesmolten zoutreactor’) |
| Onze kerncentrale in Borssele In bedrijf sinds 1973, dus nu bijna 50 jaar in gebruik. Wat is een veilige levensduur? Het is een drukwaterreactor (Pressurized Light-Water-Moderated and Cooled Reactor) verreweg het meest voorkomende reactortype. Capaciteit 485 MW. Deze 485 Megawatt (MW) zou genoeg zijn voor één miljoen huishoudens. Woningen tot nog toe met nauwelijks warmtepompen in gebruik! Hoelang zijn veiligheid en bedrijfszekerheid nog gegarandeerd? Hebben we een capaciteitsprobleem bij onvoorziene uitval? In Frankrijk momenteel vier kerncentrales buiten gebruik voor onderhoud; bericht december 2021. |
Energieopslag
Wereldwijd wordt er gewerkt aan vormen van energieopslag. Misschien zijn er over een jaar of tien of eerder, nieuwe mogelijkheden beschikbaar. De ons nu bekende opties:
- De ontwikkeling van de zink-mangaan batterij
15-11-2019 - Nieuwe zink-mangaan batterij goedkoop, veilig en effectief. Onderzoekers van de Universiteit van Adelaide hebben een onderzoekcontract van $ 1 miljoen afgesloten met een Chinese batterijfabrikant om een nieuwe technologie voor energieopslag te ontwikkelen en binnen 12 maanden op de markt te brengen.
Het gepatenteerde ontwerp maakt gebruik van niet-giftig zink en mangaan, twee metalen die overvloedig aanwezig zijn in Australië, en onbrandbare waterige elektrolyt om een batterij met een hoge energiedichtheid te produceren. De onderzoekers schatten dat de kosten van deze nieuwe elektrolytische Zn – Mn-batterij minder dan US $ 10 per kWh bedraagt. - MOST (zoeken op: most opslag zonne-energie)
05-10-2018 · Onderzoekers: zonne-energie is achttien jaar op te slaan met isomeren.
Zweedse onderzoekers van de Technische Universiteit Chalmers hebben een molecuul ontwikkeld die geschikt is om met zonnepanelen opgewekte energie op te slaan. Het gaat om speciale isomeren, waarin de energie tot wel achttien jaar kan worden opgeslagen.
De molecule - bestaat uit koolstof, waterstof en stikstof - transformeert tot een “energierijke isomeer”, wanneer het in aanraking komt met zonlicht. Het isomeer kan vervolgens worden opgeslagen als een vloeistof, waarbij de energie later wordt gebruikt.
De onderzoekers erkennen dat er nog veel moet gebeuren. Ze hebben hun vinding pas onlangs werkend gekregen, waardoor ze nog veel zaken moeten optimaliseren en vooral nog alles moeten combineren om tot een coherent systeem te komen. Men hoopt op termijn nog meer energie te kunnen onttrekken en temperaturen tot 110 graden Celsius te halen. De technologie kan volgens de wetenschappers binnen tien jaar commercieel gebruikt worden. Dit is gebaseerd op de voorspelling dat de norbornadiënen in principe goed op grote schaal te maken zijn. Bovendien zou het systeem relatief veilig moeten zijn, mede doordat de onderzoekers de norbornadiënen vloeibaar hebben weten te maken zonder de in potentie brandgevaarlijke vloeistof tolueen. - De ontwikkeling van H2FUEL-SYSTEMS (waterstof in poedervorm)
H2Fuel wordt door de wetenschap benoemd als een doorbraaktechnologie en de sleutel op de deur naar de waterstofeconomie. Waterstof zonder de nadelen en gevaren van waterstofgas. In combinatie met zon- en windenergie de definitieve oplossing. Wereldwijd te produceren, op te slaan, te vervoeren en te consumeren. Zonder enige schadelijke uitstoot. En snel implementeerbaar waardoor de noodzakelijke energietransitie veel sneller, simpeler en goedkoper kan plaatsvinden en dat bij algemene toepassing de klimaatdoelstellingen ruim gehaald zouden kunnen worden volgens de voorstanders ervan.