Hernieuwbare energie

Wat is hernieuwbare energie?

De wereld bevindt zich in een tijdperk van een energietransitie, fossiele energiebronnen worden in toenemende mate vervangen door hernieuwbare bronnen. De inzet van hernieuwbare energiebronnen is een van de opties om de uitstoot van kooldioxide te verminderen.

Wat is hernieuwbare energie? Hernieuwbare energie is energie opgewekt uit bronnen die niet op kunnen raken en die bij gebruik geen milieubelasting veroorzaken. Ofwel hernieuwbare bronnen zijn bronnen die onuitputtelijk zijn omdat ze naar menselijke maatstaven onuitputtelijk zijn of omdat ze zichzelf kunnen vernieuwen. Hernieuwbare energie wordt ook wel duurzame energie genoemd; dit is geen juiste benaming omdat niet alle hernieuwbare energie duurzaam is.

Zonne-energie is hernieuwbaar omdat zonlicht naar menselijke maatstaven onuitputtelijk is. Zonne-energie is altijd duurzaam omdat het gebruik van zonne-energie geen milieubelasting oplevert. Biomassa in de vorm van hout is hernieuwbaar omdat voor verstookt hout weer nieuw hout kan worden aangeplant. Het verbranden van hout hoeft niet duurzaam te zijn. Als hout wordt gestookt in een slecht trekkende open haard komen er schadelijke stoffen vrij die niet goed zijn voor het milieu. Op deze manier gebruikt is hout geen duurzame energiebron, maar nog steeds een hernieuwbare energiebron. Ook het gebruik van waterkracht is in sommige gevallen niet duurzaam omdat het aanzienlijke consequenties heeft voor het milieu en voor de bevolking in het gebied waar het stuwmeer komt. Duurzame energie houdt dus in: milieuvriendelijke en hernieuwbare energie.

De belangrijkste bronnen van hernieuwbare energie worden gegenereerd door;

  • de zwaartekracht,
  • de kernfusieprocessen in de zon,
  • het radioactief verval in de aardkorst.

Voor menselijke begrippen leveren deze bronnen eeuwig energie en zijn daarom onuitputtelijk.

Bronnen van hernieuwbare energie

In onderstaande figuur worden de meeste vormen van hernieuwbare energie gegeven, afkomstig van de bovengenoemde drie typen bronnen.

Schema van hernieuwbare energiebronnen

De meeste hernieuwbare energiebronnen zijn op de een of andere manier vormen van zonne-energie. De energie van de kernfusieprocessen in de zon bereikt de aarde in de vorm van zonlicht. Dit zonlicht kan direct via zonnecellen worden omgezet in elektriciteit of via zonnecollectoren in warm water. Indirect is zonlicht ook de bron van een aantal hernieuwbare bronnen. Zonlicht verdampt water wat na verloop van tijd als regenwater op de aarde neerkomt. Dit water kan achter stuwdammen worden verzameld. Door gebruik te maken van de zwaartekracht wordt het opgestuwde water omgezet in elektriciteit. Door zonlicht wordt de aarde verwarmd. Daardoor ontstaan luchtdrukverschillen die luchtstromingen veroorzaken ofwel wind. Met de wind kan, via windturbines, elektriciteit worden opgewekt. De wind over zeeën en oceanen leidt op zijn beurt tot golfslag. De energie in een golf kan ook in elektriciteit worden omgezet. Zonne-energie leidt tot het smelten van ijs, tot oceaanstromingen en tot temperatuurverschillen in een waterkolom van een oceaan. Al deze verschijnselen kunnen in bruikbare energie worden omgezet. Zonlicht leidt via fotosynthese ook tot vorming van biomassa die in energie kan worden omgezet.

Twee energievormen zijn geen zonne-energie: getijdenwerking en geothermische energie. De zwaartekracht in de vorm van de aantrekkingskracht van de maan leidt tot getijden op aarde. Het, door de getijden veroorzaakte, hoogteverschil in het zeewaterniveau kan worden omgezet in energie. De getijdenverschillen veroorzaken stromingen in het water die ook in energie kunnen worden omgezet. Het radioactief verval in de aardkorst leidt ertoe dat het binnenste van de aarde warm is. Deze hernieuwbare warmte kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het verwarmen van woningen en kassen.

Met behulp van allerlei technieken worden al deze verschillende energievormen omgezet in bruikbare hernieuwbare energie in de vorm van warmte, elektriciteit, gas of een andere brandstof.

Hernieuwbare energie in Europa en Nederland

Wat is de stand van zaken met betrekking tot het gebruik van hernieuwbare energie in Europa en in Nederland? De onderstaande figuur geeft voor 2015 het aandeel hernieuwbare energie in het totale primaire energieverbruik van IJsland, Noorwegen, Groot Brittannië en de 27 landen van de Europese Unie, waaronder Nederland [Eurostat].

Grafiek van het aandeel hernieuwbare energie in het primair energieverbruik van landen in Europa in 2015

Het land binnen Europa wat de meeste hernieuwbare energie gebruikt is IJsland. Dat gebruikt vooral geothermische warmte en waterkracht om elektriciteit op te wekken en geothermische energie voor verwarming van gebouwen. Ook Noorwegen heeft een behoorlijk aandeel hernieuwbare energie vooral in de vorm van waterkracht. In andere bergachtige landen is waterkracht ook een belangrijk bron voor de energievoorziening. In veel landen wordt op grote schaal gebruik gemaakt van biomassa, vaak in de vorm van hout, voor de verwarming van woningen. Daarnaast wordt biogas ingezet, bijvoorbeeld afkomstig van het vergisten van biologisch afval. In afvalverbrandingsinstallaties wordt afval verbrand, een deel van dat afval is biologisch en wordt als hernieuwbaar aangemerkt. Als brandstof voor transport worden biobrandstoffen (biobenzine, biodiesel) ingezet. In Denemarken, Spanje, Portugal en Ierland heeft windenergie een belangrijk aandeel in de energievoorziening. Het aandeel zonne-energie (warmte en elektriciteit) is in het algemeen nog gering; Spanje, Griekenland, Cyprus en Malta uitgezonderd. In Spanje staan een aantal zonnecentrales die elektriciteit opwekken via geconcentreerde zonnewarmte. In de meeste landen neemt het aandeel zonne-energie echter snel toe voornamelijk door het plaatsen van zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit. In 2021 was er in de Europese Unie een omslagpunt, er werd meer elektriciteit opgewekt uit hernieuwbare bronnen dan uit fossiele brandstoffen [Volkskrant].

In de EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie uit 2009 is vastgelegd dat, in Nederland, in 2020, 14 procent van het bruto energetisch eindverbruik van energie afkomstig moet zijn van hernieuwbare energiebronnen. Deze richtlijn is een gezamenlijk besluit van de regeringen van de EU-landen en het Europees Parlement. Het aandeel hernieuwbare energie in het bruto energetisch energieverbruik in Nederland is nu te laag en loopt duidelijk achter bij andere Europese landen. Dat gold in 2016 maar is nog steeds het geval in 2018. In 2018 heeft Nederland met 7,4% het kleinste aandeel hernieuwbare energie van de Europese Unie; dit aandeel ligt ver onder het gemiddelde aandeel hernieuwbare energie van 18% in het Europa van de Europese gemeenschap (EU-27). In 2019 is het aandeel gestegen tot 8,7%; nog steeds ver verwijderd van de doelstelling van 14%.

Wat is de ontwikkeling van hernieuwbare energie in Nederland? Onderstaande figuur geeft aan in hoeverre de verschillende bronnen van hernieuwbare energie bijdragen aan hernieuwbare energie in Nederland en hoe deze bronnen zich in de afgelopen tijd, van 1990 tot en met 2019, hebben ontwikkeld. In de figuur is het bruto energetisch eindverbruik van hernieuwbare energie gegeven zoals dat wordt gedefinieerd in EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie uit 2009 [CBS Statline].

Grafiek van de ontwikkeling van hernieuwbare energie in Nederland van 1990 tot 2019

Het aandeel hernieuwbare energie in 2019, in de vorm van het bruto energetisch eindverbruik in Nederland, is 8,7% van het totale bruto eindverbruik. De grootste bijdrage wordt in 2019 in Nederland geleverd door windenergie, 21,4%. Biomassa levert een bijdrage van 27,4%. Worden het biogene afval van afvalverbrandingsinstallaties, biogas en de biotransportbrandstoffen meegerekend dan levert biomassa met 58,5 % de grootste bijdrage in 2019.

Zonne-energie heeft een stijgend aandeel in het bruto energetisch eindverbruik, in 2019 was het aandeel 10,9%. Dit is vooral het gevolg van de sterke toename van het aantal geplaatste zonnepanelen, dankzij het feit dat de prijs daarvan sterk is gedaald. Zonnepanelen worden geplaatst op daken van woningen en (bedrijfs)gebouwen en in zonneparken. Zonnepanelen leveren groene elektriciteit (10,3%). Daarnaast wordt met zonne-energie in zonnecollectoren warmte opgewekt (0,7%). Windenergie levert groene elektriciteit opgewekt via windturbines, zowel op land als op zee. Wind op zee was in 2019 goed voor een derde van de totale Nederlandse elektriciteitsproductie uit wind. In 2021 werd een record verbroken, op een dag werd er 12,5 GW aan groene stroom opgewekt met zonnepanelen en windturbines. Dat was ongeveer 78% van de totale energiebehoefte in Nederland. Onder biomassa vallen een aantal verschillende bronnen. Bij bedrijven het verbranden van biomassa voor elektriciteits- en warmteopwekking (13,9%), bij huishoudens het stoken van hout in open haarden en kachels voor warmte (9,0%) en bij elektriciteitscentrales het (bij)stoken van biomassa voor het opwekken van elektriciteit (4,6%). In totaal is het aandeel biomassa dan 27,4% in 2019. Biogas draagt voor ongeveer 6,8% bij aan het bruto eindverbruik. De lichte toename van biogas tot 2015, is vooral het gevolg van de toename van biogasinstallaties bij landbouwbedrijven. In deze installaties worden onder andere mest en landbouwafval vergist (2,8%). Daarnaast wordt biogas opgewekt bij vuilstortplaatsen (0,2%), rioolwaterzuiveringsbedrijven (1,2%) en andere bronnen (2,7%). Biotransportbrandstoffen zijn biobenzine en biodiesel die bijgemengd worden aan de normale benzine en diesel (15,7%). Het verbranden van biogeen afval in afvalverbrandingsinstallaties levert een bijdrage van 8,6% in 2019 [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2019].

De overige bronnen, geothermische energie, bodem warmte/koude, buitenluchtwarmte en waterkracht dragen in totaal 9,2% bij aan het hernieuwbaar bruto energetisch eindverbruik in 2019. Geothermische energie is aardwarmte, op een diepte van meer dan 500 meter, afkomstig van processen in het binnenste van de aarde, die via een geboorde put wordt gewonnen (3,1%). Het aandeel geothermische energie voor het verwarmen van tuinbouwkassen en gebouwen neemt de laatste jaren sterk toe. Bodemwarmte/koude is warmte en/of koude onttrokken aan de bodem, al of niet gebruik makend van een warmtepomp (2,6%). Deze warmte/koude wordt gebruikt om gebouwen te verwarmen of te koelen. Buitenluchtwarmte is warmte die via een warmtepomp onttrokken wordt aan de buitenlucht en wordt gebruikt voor verwarming (3,4%). Waterkracht wekt groene elektriciteit op met waterturbines geplaatst in rivieren (0,2%) [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2019]. Nieuwe hernieuwbare bronnen zijn in ontwikkeling. Onder andere de 'blauwe' energiecentrale in de Afsluitdijk. Deze centrale maakt gebruik maakt van het verschil in zoutconcentratie tussen zout en zoet water, om elektriciteit op te wekken [Volkskrant].

Wereldwijd gezien wordt gemiddeld 10% hernieuwbare energie gebruikt, daar ligt Nederland onder met 8,7% hernieuwbare energie. Voor een deel komt dat dit doordat we hier nauwelijks waterkracht hebben. Daarnaast heeft Nederland een eigen aardgasvoorraad waardoor bijna alle huishoudens een aardgasaansluiting hebben. In het buitenland ontbreekt die vaak waardoor er veel hout gestookt wordt door huishoudens. Echter ook vergeleken met landen die geen waterkracht hebben en weinig hout stoken blijft Nederland duidelijk achter. Vergelijk bijvoorbeeld de situatie van Nederland met Denemarken, Duitsland en Spanje. Dat komt omdat in die landen de overheid hernieuwbare energie heeft gestimuleerd wat in Nederland pas in de laatste jaren van de grond is gekomen. Daardoor hangt Nederland, wat hernieuwbare energie, betreft aan de staart van het peloton. In EU-verband haalt Nederland de afgesproken doelstelling van 14% hernieuwbare energie niet, het aandeel hernieuwbare energie blijft waarschijnlijk steken bij 11,4%. Om aan de doelstelling te voldoen heeft Nederland duurzame energie ingekocht van Denemarken. Dit land produceert meer duurzame energie dan voor de Deense doelstelling nodig is. In totaal wordt 8 tot 16 terawattuur aan hernieuwbare energie ingekocht, voldoende om de Nederlandse doelstelling van 14% te halen [Volkskrant].

Hernieuwbare energie en het elektriciteitsnet

De hoeveelheid hernieuwbare elektriciteit groeit de laatste jaren snel. In 2020 groeide het aandeel hernieuwbare elektriciteit met 40 procent. Een kwart van de Nederlandse elektriciteit wordt nu opgewekt met zon, wind of biomassa, vorig jaar was dat nog maar 18 procent. Deze snelle groei veroorzaakt problemen, het elektriciteitsnet is vaak niet berekend op de hoeveelheid hernieuwbare elektriciteit en dreigt overbelast te raken. Het elektriciteitsnet moet sneller verzwaard worden om de groei bij te kunnen benen. Een ander probleem is dat de opbrengst, van bijvoorbeeld windturbines en zonneparken, fluctueert met het weer. Conventionele centrales vangen dat tot nu toe op. Het elektriciteitsnet wordt aangepast aan de groei van hernieuwbare elektriciteit. Bij Lelystad staat de grootste batterij van Nederland, 12 megawatt. Deze batterij dient onder andere om de fluctuaties in de opbrengst van hernieuwbare elektriciteit op te vangen. Er zijn plannen om meer batterijen neer te zetten [Volkskrant].

Waterstof als hernieuwbare energiebron

Waterstof is geen energiebron. Waterstof komt niet in de natuur voor en kan niet hieruit worden gewonnen. Waterstof moet gemaakt worden uit een andere energievorm en daarvoor is energie nodig. Waterstof is daarom geen energiebron maar een energiedrager. Waterstof is wel een veel belovende energiedrager. Het kan op veel manieren worden gebruikt; als brandstof voor auto's, fabrieken en cv-ketels, als opslagmedium voor energie en als grondstof voor de industrie. Inmiddels zijn er trucks op de markt die door waterstof worden aangedreven. Waterstof is alleen een hernieuwbare energiedrager als het uit hernieuwbare bronnen wordt geproduceerd, bijvoorbeeld via elektrolyse uit een teveel aan elektriciteit geproduceerd door windturbines op dagen met veel wind. Op deze manier kan waterstof ook worden gebruikt om een teveel aan energie op te slaan voor gebruik op dagen met weinig hernieuwbare energie. Waterstof wordt nu door de industrie geproduceerd uit aardgas waarbij CO2 vrijkomt, deze waterstof is daardoor niet hernieuwbaar.

IJzer als hernieuwbare energiebron

IJzer is ook geen energiebron. Maar net als waterstof kan ijzer als een hernieuwbare energiedrager worden gebruikt. IJzer heeft een hoge verbrandingswaarde mits het is vermalen tot een fijn poeder. Dit poeder verbrandt uitstekend als er zuurstof aan toe wordt gevoerd. Er ontstaat geen kooldioxide maar ijzeroxide (roest) als het ijzer verbrand. Dit roest is weer om te vormen tot ijzer door het roest te laten reageren met waterstof. Het ijzer kan dan opnieuw worden verbrand. IJzer en waterstof kunnen op deze manier een duurzame energiekringloop vormen, zonder kooldioxide-emissie, mits het waterstof duurzaam wordt geproduceerd. IJzer is als brandstof gemakkelijker te vervoeren dan waterstof. Roest kan vervoerd worden naar landen met veel zonne-energie waar waterstof wordt geproduceerd. Het roest kan daar, met waterstof, omgevormd tot ijzer en weer terug worden vervoerd als brandstof. Een eerste verbrandingsinstallatie, met een vermogen van 100 kW, met ijzervijlsel als brandstof draait op dit moment in Nederland om ervaring met de techniek op te doen [Volkskrant].