Hernieuwbare energie vreet ruimte

Kunnen geïndustrialiseerde landen grotendeels of volledig op hernieuwbare energie draaien? Nee, want daar is niet genoeg plaats voor. Het nieuwste boek van Vaclav Smil maakt brandhout van de toekomstscenario's van veel wetenschappers en milieuorganisaties. Om van hernieuwbare energieproductie een realiteit te maken, moet het energieverbruik met minstens een factor 10 tot 100 omlaag.

 

 

De vermogensdichtheid van een energiebron is de hoeveelheid vermogen die ze per vierkante meter landoppervlak kan leveren (in watt per m²). De variabele duidt niet alleen op het landgebruik van de energiecentrale zelf, maar ook op het plaatsgebruik van alle activiteiten die daarbij horen.

 

Bijvoorbeeld een gasgestookte elektriciteitscentrale heeft ook ruimte nodig voor gasboringen, voor gasopslag, voor pijpleidingen, voor elektriciteitstransmissie, en voor de wegeninfrastructuur die bij al die onderdelen hoort.

 

Als onderzoekers of milieuorganisaties toekomstscenario's over de energievoorziening maken, dan wordt de vermogensdichtheid meestal genegeerd of als onbetekenend beschouwd. Een mooi voorbeeld is het recente rapport van de milieuorganisaties BBL, WWF en Greenpeace ‘Onze energietoekomst – Op weg naar een hernieuwbaar energiesysteem’ (2014), dat stelt dat zelfs een klein en dichtbevolkt land als België tegen 2030 al 54 % van alle elektriciteit via hernieuwbare energiebronnen kan opwekken. Daarvoor zijn 13.000 MW zonnepanelen, 7.500 MW windmolens op land, 3.800 MW windmolens op zee, en 1.300 MW biomassaplantages nodig.

 

In zijn nieuwste boek Power Density (‘vermogensdichtheid’) maakt Vaclav Smil komaf met dit soort utopische scenario's. Smil is niet de eerste de beste. Hij schreef een dertigtal boeken over energie en geldt wereldwijd als een autoriteit. Zijn vorige boek, Harvesting the biosphere: what we have taken from nature, bracht de ontginning van grondstoffen en biomassa uitvoerig in kaart. Power Density is een 300 pagina's tellende, nauwgezette berekening van de vermogensdichtheid van alle verschillende energiebronnen.

Als we de resultaten uit het boek toepassen op het toekomstscenario voor België, dan blijkt dat er voor al die hernieuwbare energiecentrales (exclusief de windmolens op zee) maar liefst 11.400 km2 plaats nodig is, één derde van de totale landoppervlakte. Dan hebben we het alleen over (de helft van) de elektriciteitsproductie, niet over het energieverbruik van bijvoorbeeld transport, verwarming en chemische industrie, dat veel groter is dan het elektriciteitsverbruik. Het zal niet verbazen dat er in het rapport met geen woord over landgebruik wordt gerept.

 

Een verschil van vijf grootteordes

De belangrijkste conclusie van Smil's boek is het enorme verschil in vermogensdichtheid tussen enerzijds fossiele brandstoffen en uranium, en anderzijds hernieuwbare energiebronnen zoals wind, zon en biomassa. (Waterkrachtcentrales zijn een verhaal apart en laten we hier verder buiten beschouwing).

 

Fossiele brandstoffen en uranium produceren warmte en elektriciteit met een vermogensdichtheid die twee tot vijf grootteordes hoger is dan de exploitatie van hernieuwbare energiebronnen. Om evenveel energie te leveren, hebben hernieuwbare energiebronnen dus 100 tot 100.000 keer meer ruimte nodig. 

Terwijl het gasveld in Groningen of een gemiddeld olieveld in Saoedi-Arabië een vermogensdichtheid hebben van respectievelijk 16.000 en 23.000 W/m2, haalt de best scorende hernieuwbare energiebron (de zonneboiler) een waarde van 40 tot 110 W/m2, afhankelijk van het klimaat.

 

Terwijl een steenkoolcentrale, een gascentrale of een atoomcentrale elektriciteit leveren met een vermogensdichtheid van ongeveer 1.000 tot 4.000 W/m2 (inclusief ontginning, bewerking en transport van de energiebron), halen fotovoltaïsche zonnepanelen -- de best scorende hernieuwbare bron van elektriciteit -- een vermogensdichtheid van slechts 3 tot 15 W/m2. 

Zonnepanelen hebben dus minstens 100 keer meer ruimte nodig dan fossiele brandstoffen of kernenergie. In deze vergelijking wordt bovendien geen rekening gehouden met het transport van elektriciteit, wat zonne-energie bevoordeelt omdat ze ook meer transmissielijnen nodig heeft.

 

Zonnepanelen op daken van gebouwen scoren het best, met waarden van 10 tot 15 W/m2 (het gemiddelde in Duitsland is 12 W/m2). Bovendien kan je stellen dat ze in feite (net als zonneboilers) geen extra ruimte innemen. 

Voor grotere zonnecentrales, waar de panelen op het land worden geïnstalleerd, bedraagt de vermogensdichtheid slechts 3 tot 7 W/m2 in gematigde gebieden en 7 tot 11 W/m2 in zonnige regio's. De panelen moeten immers verder uit elkaar worden geplaatst om elkaar niet te overschaduwen. Bovendien zijn er wegen en facilitaire gebouwen nodig voor onderhoud en schoonmaak.

 

Windturbines in winderige kustgebieden scoren ongeveer even goed als zonnecentrales, maar omdat veel windmolenparken in het binnenland staan opgesteld ligt de gemiddelde vermogensdichtheid van een windmolenpark een grootteorde lager (0,6 W/m2 in de EU, 0,96 W/m2 in de VS). Biobrandstoffen scoren het slechtst van alle energiebronnen met een vermogensdichtheid van 0,1 tot 0,2 W/m2. Dat is minstens 1.000 keer lager dan de vermogensdichtheid van benzine of diesel.

 

Al deze waarden zijn gemiddelden. Sommige energiecentrales halen veel lagere vermogensdichtheden, en dat geldt ook voor klassieke energiebronnen. Zo kan de vermogensdichtheid van steenkoolontginning tot beneden de 200 of zelfs 50 W/m2 zakken als er bergtoppen worden opgeblazen, een controversiële techniek in bepaalde Amerikaanse regio's. Sommige uranium- of steenkoolmijnen hebben ook lagere vermogensdichtheden omdat de concentratie of de kwaliteit van de ertsen laag is. In het algemeen is het verschil met hernieuwbare energiebronnen echter klaar en duidelijk.