Klimaatverandering is een steeds groter probleem aan het worden, en dwingt alle organisaties en overheden om het huidige energievoorzieningssysteem te herzien. Met de klimaatdoelen van Parijs in het verschiet, staat Nederland nu voor een groot keerpunt om de energietransitie echt in gang te zetten. Het handhaven van de balans tussen vraag en aanbod vormt een van de grootste uitdagingen op dit gebied, maar hoe kan energieopslag daarin uitkomst bieden?
Vraag en aanbod
“Als we meer energie uit hernieuwbare bronnen willen krijgen, dan gaat het voornamelijk over zon en wind, en deze bronnen zijn veranderlijk”, zegt Hans van der Spek. Hij is de oprichter van Energy Storage NL, een platform van ondernemersorganisatie FME dat organisaties en overheden met elkaar verbindt in energieopslag. “Dat zorgt ervoor dat de beschikbaarheid van deze bronnen niet altijd gelijkloopt met de vraag.” Meteorologen kunnen wel ongeveer voorspellen in welke mate de zon over een week zal schijnen en hoeveel wind er te verwachten valt, maar dit is te veranderlijk om er echt op in te spelen.
Daarnaast verschilt de weersverwachting per seizoen en regio, terwijl de vraag naar energie vaak nagenoeg hetzelfde blijft. De onbalans in vraag en aanbod van energie was altijd al een probleem, maar werd voorheen simpelweg opgelost door bijvoorbeeld kolencentrales harder of zachter te laten draaien. “Dat noemen we regelbare productie en dat kan helaas niet bij alle vormen van duurzame energie”, stelt Van der Spek. Een andere oplossing waar vaak gebruik van werd gemaakt baseert zich op de onderlinge samenwerking tussen buurlanden. Door interconnectieverbindingen in het Europese energienet kunnen landen die een overschot aan energie hebben dit bijvoorbeeld doorsturen naar hun behoeftige buurlanden. Ook dit is vaak moeilijk bij de meer duurzame energiebronnen, aangezien het veelvuldig voorkomt dat de weersomstandigheden van buurlanden vergelijkbaar zijn. Als er in Nederland weinig zon is, is dat in Duitsland eveneens het geval. Deze kwesties hebben als logisch gevolg dat energieopslag een belangrijke rol gaat spelen in de energietransitie, en daar zijn verschillende vormen van.
Er is een behoorlijk aantal vormen van energieopslag, maar het komt erop neer dat er op z’n minst twee soorten nodig zijn voor de kortermijn- en langetermijnopslag.
Vormen van energieopslag
Momenteel zijn er verschillende methoden om energie op te slaan, waarvan elke een eigen rendement, duurzaamheidsfactor en technische haalbaarheid heeft. Zo maakt de industrie onder andere gebruik van elektrische, chemische, mechanische en thermische opslag. Om optimaal gebruik te maken van deze methoden moet het achterliggende doel van de opslag duidelijk zijn. Gaat het bijvoorbeeld om grootschalige of kleinschalige opslag? “Er is een behoorlijk aantal vormen van energieopslag, maar het komt erop neer dat er op z’n minst twee soorten nodig zijn voor de kortetermijn- en langetermijnopslag”, vertelt Fokko Mulder, professor technische natuurwetenschappen aan de Universiteit Delft. “Bij kortetermijnopslag zijn batterijen dan vaak een goede optie, omdat ze erg efficiënt zijn en de juiste capaciteit hebben.” Dit geldt volgens Mulder ook voor warmteopslag in boilers.
Voor de langere termijn zijn batterijen echter minder geschikt, aangezien ze relatief weinig capaciteit hebben en te duur zijn om slechts één keer per jaar te gebruiken. Koude-warmteopslag door warmte af te voeren en op te slaan in de bodem is dan wel een oplossing, maar hier kunnen bijvoorbeeld geen lichten op branden of fabrieken op draaien. Bij het opslaan van energie voor de langere termijn zijn producenten en leveranciers dus nog steeds voornamelijk aangewezen op brandstoffen. Nu is dat bijvoorbeeld fossiel aardgas, maar gelukkig kunnen er kunstmatige brandstoffen zoals waterstof geproduceerd worden met duurzame stroom. Mulder: “Met waterstof kunnen we een brandstof maken die in grote hoeveelheden op te slaan is. Dit wordt dan tijdens de zomer geproduceerd en opgeslagen, en tijdens de winter verbruikt.”
Toepassingen van waterstof
Ook René Peters, directeur gastechnologie bij de Nederlandse Organisatie voor toegepastnatuurwetenschappelijk onderzoek (TNO), ziet waterstof als een belangrijke energiedrager voor de toekomst. Zo onderzoekt hij de mogelijkheden van nieuwe toepassingen bij bestaande gassystemen, en komt waterstof hierbij vaak aan bod. “Ik kijk specifiek naar de infrastructuur op zee, dus de olie- en gasplatforms en de pijpleidingen die daarvoor aangelegd zijn. Kunnen we hier nog wat mee doen om duurzame energie op te slaan en te transporteren?” In de Noordzee liggen honderdduizenden kilometers aan pijpleidingen die het aardgas naar land brengen, en deze kunnen onbruikbaar worden wanneer de productie stopt. Tegelijkertijd wordt er een groot aantal windmolenparken in de zee neergezet, waarvoor allemaal elektriciteitskabels moeten worden aangelegd. Dit hele bouwproces brengt veel kosten met zich mee, terwijl dit volgens Peters voorkomen kan worden. “Als we een deel van de piek-elektriciteit die in windmolens wordt opgewekt om kunnen zetten in waterstof – door middel van een techniek genaamd elektrolyse – dan slaan we twee vliegen in één klap en hoeven we niet meer te investeren in een overcapaciteit aan kabels.” Die waterstof kan dan namelijk via de ‘oude’ pijpleidingen makkelijker en goedkoper getransporteerd worden.
Daarnaast kan waterstof ook direct in de chemische industrie gebruikt worden om de C02-footprint te verlagen. “Waterstof is een belangrijke grondstof om bijvoorbeeld kunstmest mee te maken, en die industrie moet verduurzamen. Op dit moment gebruiken ze daar veel aardgas uit Groningen voor, terwijl de productie daarvan de komende jaren flink zal afnemen.”
Mobiliteit en transport
Op het gebied van mobiliteit ziet Mulder eveneens een rol weggelegd voor waterstof. “Rijden op waterstoftechnologie is zeker een mogelijkheid, ook al is het nu nog minder efficiënt dan batterij-elektrisch rijden.” Het rendement van een auto die via waterstof op duurzame elektriciteit rijdt haalt zo’n 35 procent, vergeleken met fossiele brandstoffen die gemiddeld maar 15 tot 25 procent halen. En door verdere ontwikkelingen in de brandstofcellen van waterstofauto’s, verwachten deskundigen dat dit rendement zal toenemen. Doordat waterstof daarbij ook nog eens makkelijker op te slaan is dan elektriciteit, kunnen waterstofauto’s een goede optie zijn voor langeafstandsvervoer en zwaar transport, stelt Mulder. Elektrisch rijden op batterijen zou dan vooral voor de kortere afstanden interessant zijn, omdat deze auto’s bij langere afstanden vaak meerdere keren opgeladen moeten worden.
Het duurzaamheidsvraagstuk beperkt zich niet alleen tot automobiliteit, ook de scheep- en luchtvaart moeten stevig onder de loep genomen worden, vindt Peters. “De vraag is wat er met de lucht- en scheepvaart gaat gebeuren, want daar zitten de grootste problemen. Vliegtuigen kunnen bijvoorbeeld niet zomaar elektrisch gaan vliegen, dus wanneer komt daar de transitie? We kijken bij TNO naar nieuwe brandstoffen op basis van waterstof en CO2.” Daarnaast lijkt deze sector ook nog eens de dans te ontspringen op het gebied van accijns en belastingen. “Geen accijns op kerosine en geen C02belasting, terwijl we vliegen eigenlijk zouden moeten ontmoedigen ten behoeve van hogesnelheidstreinen als het nieuwe transportsysteem.” Peters denkt dat deze discrepantie vooral komt doordat mensen en organisaties alleen willen meewerken aan de energietransitie zolang het hun eigen comfort niet vermindert.
Wet- en regelgeving
Om de energietransitie tot een volledig succes te maken, ligt er een belangrijke taak weggelegd voor beleidsmakers. Zo is de klimaatwet die halverwege dit jaar door de Tweede Kamer ging volgens Van der Spek een goed vertrekpunt, maar moet de invulling daarvan nog duidelijk worden. “We hebben nu een duidelijke stip aan de horizon gezet, alleen staat de route daarnaartoe nog niet vast.” Wet- en regelgeving is daarin heel sturend, omdat het een bepaalde technologische oplossing kan stimuleren of ontmoedigen. Dit gaat alleen niet altijd goed, en dat blijkt wel uit de energiebelasting die gebruikers moeten betalen bij de opslag van elektriciteit. Als zij die elektriciteit vervolgens willen gebruiken wordt er nogmaals belasting op geheven, en deze dubbele belasting ontmoedigt dus energieopslag. “Het ministerie van Financiën heeft inmiddels toegegeven dat dat niet de bedoeling is, maar er is nog geen adequate oplossing voor gevonden.”
Van der Spek denkt ook dat dit soort problemen in de toekomst vaker plaats gaan vinden, aangezien energie steeds complexer wordt en de wet- en regelgeving hierin mee moet ontwikkelen. Bij het omzetten van energie komen namelijk meerdere conversielagen vrij waar belasting op kan worden geheven. Als een fabrikant elektriciteit kan omzetten in biodiesel, moet dat bedrijf dan zowel belasting betalen over de elektriciteit als de biodiesel? Dit soort kwesties vragen om een herontwerp van de huidige fiscale benadering van het energiesysteem. “De komende jaren zullen we aan de lopende band nieuwe Europese richtlijnen krijgen, maar belastingen zijn vaak nationaal geregeld. Hier moet dus nog flink aan gesleuteld worden.”
Klimaatdoelen van Parijs
Om de klimaatdoelen van Parijs te behalen is samenwerking op internationaal niveau een vereiste, aangezien er wereldwijd een flinke groei in de productie én de opslag van duurzame energie moet komen. “Om de pieken te benutten en de dalen op te kunnen vullen moeten we grootschalige opslag hebben”, zegt Mulder. “Helaas heerst in veel landen nog de gedachte dat de energietransitie te duur is en dat het erg lang gaat duren voordat het op technologisch gebied mogelijk is.” Mulder is van mening dat deze gedachte onjuist is, omdat de overstap naar duurzame energie er ook voor zorgt dat de continue uitgave aan brandstof wegvalt. Er zou wel meer geïnvesteerd moeten worden in infrastructuur, maar op de lange termijn worden er kosten bespaard. Dit komt bijvoorbeeld door de lange levensduur van zonnecellen en windmolens, maar ook doordat het bij de overstap naar duurzame energiebronnen voornamelijk om elektriciteit gaat. “Elektriciteit heeft bij een flink aantal toepassingen een erg hoog rendement en is in veel gevallen efficiënter dan brandstof.” Zo is een elektrische auto bijvoorbeeld ook duurder in aanschaf, maar goedkoper in gebruik. Het langetermijndenken moet dus een grotere rol gaan spelen bij het bepalen van het kostenplaatje.
Van der Spek verwacht dat de klimaatdoelen behaald gaan worden, maar maakt zich zorgen over de impact die de klimaatverandering tegen die tijd al heeft gemaakt. “Ik geloof dat de mens heel innovatief is en dat we uiteindelijk gedwongen worden om de transitie te maken.” Hij vindt het echter jammer dat er in het huidige politieke debat alleen maar geklaagd wordt over de kosten van de energietransitie, terwijl niemand het heeft over de kosten die ontstaan als er niet ingegrepen wordt. “Dan krijgen we enorme kosten door het stijgen van de zeespiegel en immigratiegolven ten gevolge van klimaatverandering op andere plekken in de wereld.” Maar ook in Nederland zijn deze gevolgen al te zien, vertelt Van der Spek. Zo zou het mislukken van de Nederlandse aardappeloogst door de warme zomer van dit jaar aan klimaatverandering toegedicht kunnen worden. “Ik geloof dat we de effecten van klimaatverandering in 2050 nog meer gaan voelen, en hoop dat we dan wel verstandig genoeg zijn om er iets aan te doen. Hoe eerder we namelijk beginnen met het produceren en opslaan van duurzame energie, hoe lager de maatschappelijke kosten zullen worden.”
