Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:
- Je kan uitleggen wat de nadelen zijn van energieopwekking met behulp van fossiele brandstoffen
- Je kan uitleggen wanneer een vorm van energieopwekking duurzaam is
- Je kan voorbeelden van duurzame energie noemen
- Je kan enkele voor- en nadelen noemen van de verschillende vormen van energieopwekking
- Je kan voorbeelden noemen van actuele innovatieve oplossingen voor de opslag van energie
Bij energie opwekken gaat het meestal om een energieomzetting naar elektrische energie. Als het gaat om energie opwekken in Nederland komen vaak termen als zonne-energie en windenergie voor. Deze termen zijn geen natuurkundige energiesoorten maar geven een hint over de manier van opwekken. Bij zonne-energie zetten zonnecellen stralingsenergie van de zon om naar elektische energie. Bij windenergie zijn het windmolens die kinetische energie in de luchtstromen (wind) omzetten naar elektrische energie met behulp van turbine.
Minder bekend in Nederland is energie opwekken met waterkrachtcentrales. Bij deze vorm van opwekken van elektrische energie wordt zwaarte-energie of kinetische energie van water gebruikt. Deze manier wordt vooral toegepast in gebieden waar veel hoogteverschillen zijn. Nederland is voor deze vorm van energie opwekken te vlak.
Nederland is een delta-land. Rivieren met zoet water komen in Nederland uit op de Zee. Dit maakt dat in Nederland zoet- en zout zeewater dicht naast elkaar voorkomt. In Nederland loopt dan ook een project op de afsluitdijk genaamd Blue Energy. Het doel is elektrische energie opwekken uit het samenbrengen van zoet- en zout water met gebruik van membranen.
Een groot deel van de elektrische energie wordt nu nog opgewekt met behulp van fosiele brandstoffen. Fosiele brandstoffen worden gewonnen uit de grond. Voorbeelden hiervan zijn aardgas, aardolie en steenkool. Deze brandstoffen worden gevormd in de aardkorst onder grote druk en temperatuur in miljoenen jaren. Deze brandstoffen worden uit de bodem gehaald sneller dan er nieuwe gevormd worden. Fossiele brandstoffen raken hierdoor uiteindelijk op. Dit wordt uitputting genoemd.
Naast het opraken van de voorraden fossiele brandstoffen in de aardbodem komt er bij de verbranding onder andere CO2 vrij. Deze koolstofdioxide is een broeikasgas. De toename van deze broeikasgassen in de atmosfeer van de aarde zorgt voor meer vasthouden van de warmte van de zon. De aardatmosfeer warmt hierdoor op waardoor het klimaat veranderd en bijvoorbeeld de zeespiegel stijgt door smeltende ijskappen, oceaanstromingen verstoren, exteme weerstverschijnselen zich voordoen en bepaalde dier- en plantsoorten uitsterven.
Voor het zoveel mogelijk beperken van de gevolgen van het gebruik van fossiele brandstoffen wordt gezocht naar vormen van duurzame energieopwekking. Een wijze van opwekken van energie is pas duurzaam wanneer het voldoet aan een aantal voorwaarden:
- Het proces van opwekken is lang mogelijk zonder dat er iets opraakt
- Bij het proces zijn de schadelijke effecten voor mens en milieu klein
- Economisch is het proces rendabel
Naast het opwekken van energie op een duurzame wijze helpt energiebesparing het tegengaan van de schadelijke effecten. Dit is mogelijk door apparaten zuiniger te maken door het rendement te verhogen en apparaten uit te schakelen wanneer deze niet strict noodzakelijk zijn.
De geleidelijke overstap van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen wordt energietransitie genoemd. Nederland heeft als doelstelling in het jaar 2030 55% minder CO2 uit te stoten dan in het jaar 1990. In 2050 wil Nederland klimaatneutraal zijn met een netto uitstoot van nul. Dit houdt in dat de uitstoot die er dan nog is gecompenseerd moet worden met maatregelen die juist CO2 vastleggen zoals het aanplanten van bomen.
NOS explainer; Raakt de olie op? https://youtu.be/Ukt19coCeFo?si=3EaDOphsrnvadPYc
Naast de opwek van energie uit fossiele brandstoffen en duurzame bronnen als zon en wind wordt er energie gewonnen in kerncentrales. In kerncentrales splijten uraniumkernen in kleinere kernen. Deze kleinere kernen hebben gezamelijk een iets kleinere massa dan de oorspronkelijke uraniumkern. Dit verschil in massa is in het proces omgezet in andere vormen van energie. Er komt bij dit proces veel warmte-energie vrij. Deze warmte wordt vervolgens gebruikt in het opwekken van elektriciteit.
Kernenergie heeft een aantal voordelen. Zo komt er geen CO2 vrij tijdens het splijtingsproces. Ook is de energiedichtheid van uranium vele malen groter dan die van bijvoorbeeld steenkool. 1 kg Uranium kan veel meer energie leveren dan 1 kg steenkool.
Er zijn echter ook nadelen aan kernenergie. De kleinere kernen die vrijkomen bij het splijtingsproces zijn verschillend van elkaar. In dit splijtingsproduct komen hoogradioactieve stoffen voor en stoffen die tot wel meer dan 1000 jaar radioactief zijn. Dit splijtingsproduct moet na gebruik in de kerncentrale daarom voor lange tijd veilig worden opgeborgen.
Naast het splijtingsproduct bestaat er ondanks de vele veiligheidsmaatregelen kans op ongelukken met een kerncentrale. In 1986 explodeerde de kerncentrale in Tsjernobyl in Oekraïene waarbij radioactief materiaal in de lucht met de wind werd meegevoerd over Europa.
Lees hier enkele fragmenten uit het boek: Nacht in Tsjernobyl geschreven door Adam Higginbotham
Een ander voorbeeld is het meer recentelijk ongeluk in 2011 in de kerncentrales in Fukushima Japan. Na een aardbeving ontstond een tsunami die de kerncentrales beschadigde en radioactief materiaal het milieu in bracht.
Kijk de documentaire gemaakt door het Klokhuis over de ramp in Fukushima. Bij het bekijken van deze video is goed te weten dat volgens het RIVM de achtergrondstraling in Nederland gemiddeld 0,037μsv/h.
In Nederland zijn inmiddels een aantal vormen van duurzame energie opwekking in gebruik.
Een deel van de energie in Nederland wordt opgewekt door het verbranden van organischmateriaal ook wel biomassa genoemd. Het verbranden van dit materiaal zorgt voor een besparing op de verbranding van fossiele brandstoffen. Nadeel is wel dat bij deze verbranding CO2 vrijkomt.
Deze wijze van energie opwekken staat ter discussie. Voorstanders benoemen dat de uitgestoote CO2 voor de verbranding juist uit de atmosfeer is opgenomen door de plantmaterialen in de biomassa en daarmee de netto uitstoot nul zou zijn. Tegenstanders benoemen juist dat het opnemen van CO2 uit de atmosfeer door het organische materiaal juist teniet wordt gedaan door het weer terug in de atmosfeer te brengen.
De wind is een onuitputtelijke bron van energie. In Nederland worden daarom steeds meer windmolens geplaatst. Vaak staan deze molens in zogenaamde windmolenparken. Naast op land worden windmolenparken ook op zee of in meren geplaatst. Het lastige aan windmolens is dat er alleen elektrische energie wordt opgewekt als het waait. De opbrengst is afhankelijk van de windkracht terwijl de vraag naar elektrische energie daarmee vaak niet overeen komt.
Een windmolen heeft wieken aan een windturbine die in beweging wordt gezet door de luchtstroom. De bewegingsenergie in de turbine wordt in de gekoppelde generator omgezet in elektrische energie.
In weilanden, op daken en zelfs drijvend op meren komen zonnepanelen steeds meer voor in Nederland. Een zonnepaneel is een samenstelling van een groot aantal fotovoltaïsche cellen. Deze celen zijn gekoppeld in panelen en panelen tot een zonne installatie die is aangesloten op een omvormer. De omvormer is een systeem dat de binnenkomde elektrische energie met een zo groot mogelijk rendement omzet naar bruikbare elektrische energie.
Naast de omzetting naar elektrische energie worden zonnecollectoren gebruikt voor de omzetting van de stralingsenergie van de zon naar warmte. Deze warmte wordt doorgaans gebruikt voor de verwarming van water voor de verwarming van een gebouw en warmwater uit kranen. De warmte uit straling van de zon bespaart dan aardgas die niet verbrandt wordt in een cv-installatie.
Door een stuwdam te bouwen ontstaat een stuwmeer. Water uit een stuwmeer kan vervolgens door buizen onder invloed van de zwaartekracht omlaag stromen. Door dit water langs een waterturbine te laten gaan wordt zwaarte-energie en kinetische energie via een generator omgezet in elektrische energie.
Opgewekte elektrische energie in een centrale moet vervolgens nog vervoerd worden naar bedrijven en woningen. In Nederland gebeurt de transport over grote afstand middels hoogspanningskabels. Deze zijn in het landschap goed te herkennen aan de rijen masten met meerdere dikke kabels. De naam hoogspanningskabel geeft al aan dat de elektrische energie vervoerd wordt met een hoge spanning. Stroomsterkte in kabels zorgt voor warmte ontwikkeling. Deze warmte is een ongewenste energieomzetting die tenkoste gaat van de elektrische energie die bij de eindgebruiker aankomt. Door de spanning omhoog te transformeren kan bij hetzelfde vermogen met een lagere stroomsterkte en dus minder warmte ontwikkeling elektrische energie worden getransporteerd. In het hoogspanningsnet wordt gewerkt met een spanning van 110kV of hoger.
Elektrische energie laat zich lastig opslaan. Dit gebeurd al wel in accu's in apparaten als smartphones en elektrische auto's. Het rendement bij het opladen van de accu's is laag. Ondertussen wordt de vraag naar opslag groter.
Bij een groter wordende vraag naar elektrische energie kunnen conventionele gascentrales opschalen. Omgekeerd kan deze afschalen als de vraag afneemt. Het aandeel elektrische energie uit bijvoorbeeld wind en zon wordt in het kader van de energietransitie steeds groter. Deze bronnen laten zich echter niet op- of afschalen naar de vraag maar leveren afhankelijk van het weerbeeld.
Op een zonnige dag is er veel opwek met zonnepanelen overdag. Veel woningen vragen nu geen elektrische energie omdat veel mensen naar het werk zijn. Wanneer de in de namiddag de opwek van zonnepanelen afneemt komen veel mensen thuis. In de huizen wordt de verlichting aangezet, gaat de tv aan, wordt gekookt en laden elektrische auto's.
Dit is een voorbeeld van een misalignment van vraag en aanbod in elektrische energie.
Aan oplossingen wordt gewerkt. Zo worden moderne apparaten thuis steeds slimmer. Bijvoorbeeld de wasmachine die start pas als de zonnepanelen veel elektrische energie produceren. Steeds meer worden thuisaccus geïnstalleerd om elektrische energie die overdag wordt opgewekt op te slaan voor gebruik in de avond.
Op grotere schaal wordt waterstof geproduceerd. Met behulp van elektrolyse wordt water omgezet in waterstof en zuurstof. In een waterstofcel kan deze waterstof vervolgens weer worden omgezet in elektriciteit waarbij water vrijkomt. Een andere optie is de waterstof te verbranden waarbij ook voornamelijk water vrijkomt. Deze toepassing wordt onderandere in de vervoerssector al toegepast.
