Hernieuwbare energiebronnen

Wat zijn hernieuwbare bronnen?

Het blad Energiebronnen geeft aan welke vormen van energie momenteel worden gebruikt om in de energiebehoefte van mensen te voorzien. Een van de vormen van energie is hernieuwbare energie. Dit blad gaat in op de verschillende bronnen van hernieuwbare energie. De wereld bevindt zich in een tijdperk van een energietransitie, fossiele energiebronnen worden in toenemende mate vervangen door hernieuwbare bronnen. Op den duur zal de energie, die we nodig hebben voor onze welvaart, grotendeels geproduceerd worden uit hernieuwbare bronnen. Hernieuwbare bronnen zijn niet-fossiele energiebronnen, die niet op kunnen raken of opnieuw kunnen worden aangevuld. Ofwel hernieuwbare bronnen zijn bronnen die onuitputtelijk zijn, omdat ze naar menselijke maatstaven onuitputtelijk zijn, of omdat ze zichzelf kunnen vernieuwen. Zonne-energie bijvoorbeeld is hernieuwbaar omdat zonne-energie niet-fossiel en naar menselijke maatstaven onuitputtelijk is [Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie].

Hernieuwbare energie uit hernieuwbare bronnen wordt ook wel duurzame energie genoemd; dit is geen juiste benaming omdat niet alle hernieuwbare energie duurzaam is. Zonne-energie is een hernieuwbaar omdat zonne-energie 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 die 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 [Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie].

Hernieuwbare bronnen wereldwijd

In de afgelopen eeuwen heeft de mensheid verschillende hernieuwbare energiebronnen gebruikt in de vorm van spierkracht, hout, windenergie en waterkracht. Deze energiebronnen worden ook nu gebruikt maar dan in een moderne vorm. Daarnaast zijn er nu andere vormen van hernieuwbare energie ontwikkeld, bijvoorbeeld zonne-energie, geothermische energie en energie uit het verschil in zoutconcentratie tussen zoet en zout water.

Het wereldwijde vermogen van hernieuwbare energiebronnen bedroeg eind 2022 bijna 3400 GW. In 2023 werd er 510 GW vermogen bijgebouwd. In 2024 wordt naar verwachting ongeveer 1,8 biljoen (10¹²) euro geïnvesteerd in hernieuwbare en CO₂-arme energie en ongeveer 0,9 biljoen in fossiele energievormen. De verwachting is dat in 2030 het vermogen om groene energie op te wekken bijna verdrievoudigd is. Daarmee ligt de wereld op koers om het streven wat afgesproken werd op de klimaattop in Dubai te halen, het streven is de opwarming van de aarde onder de anderhalve graad te houden. Zowel in China als in India groeit de productie van groene elektriciteit hard. Wereldwijd is ongeveer 13% van de verbruikte energie hernieuwbaar, dit percentage moet flink omhoog wil de temperatuurstijging beperkt worden tot anderhalve graad [IEA].

Bronnen van hernieuwbare energie

De belangrijkste bronnen van hernieuwbare energie worden gegenereerd door;

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

Voor menselijke begrippen leveren deze bronnen eeuwig energie en zijn daarom onuitputtelijk. In de onderstaande figuur worden de meeste vormen van hernieuwbare energie gegeven, afkomstig van de bovengenoemde drie typen bronnen.

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 wordt, met geschikte technieken, direct omgezet in elektriciteit of in warmte. Indirect is zonlicht ook de bron van een aantal andere hernieuwbare bronnen. Zonlicht verdampt water wat na verloop van tijd als regenwater op de aarde neerkomt. Dit water wordt, in bergachtige gebieden, achter stuwdammen verzameld en omgezet in elektriciteit. Door zonlicht wordt de aarde verwarmd. Daardoor ontstaan luchtdrukverschillen die luchtstromingen veroorzaken, ofwel wind. Met deze windenergie wordt elektriciteit opgewekt. De wind over zeeën en oceanen leidt op zijn beurt tot golfslag. De energie in een golf wordt ook in elektriciteit omgezet. Zonne-energie leidt tot oceaanstromingen, tot temperatuurverschillen in een waterkolom van een oceaan en tot zout water. Deze verschijnselen worden in bruikbare energie omgezet. Zonlicht verwarmt de aarde. Deze omgevingsenergie wordt ook in bruikbare energie omgezet. Zonlicht leidt via fotosynthese tot vorming van biomassa. Biomassa is organisch materiaal, een geconcentreerde vorm van zonlicht. Gewassen als planten en bomen groeien door zonlicht. Hout van bomen is al sinds het begin van de mensheid een energiebron voor verwarmen. Biomassa wordt nu ook in andere vormen van energie omgezet. De biologische afbreekbare fractie van biologisch afval en andere plantaardige en dierlijke reststoffen, wordt ook als hernieuwbare energie beschouwd als ze gebruikt wordt om energie te genereren. Bij industriële processen en bij elektriciteitsopwekking wordt warmte en koude opgewekt als bijproduct. Normaal komen deze restwarmte en -koude ongebruikt in het milieu terecht. Ze worden als hernieuwbare bronnen beschouwd als deze afvalstromen nuttig worden gebruikt [Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie].

Twee energievormen zijn geen zonne-energie: getijden en geothermische energie. De zwaartekracht in de vorm van de aantrekkingskracht van de maan veroorzaakt getijden in zeeën en oceanen op aarde. Het, door de getijden veroorzaakte, hoogteverschil in het zeewaterniveau wordt omgezet in energie. De getijdenverschillen veroorzaken ook stromingen in het water, die ook in energie worden omgezet. Bij het radioactief verval van radioactieve isotopen, in het binnenste van de aarde, wordt warmte gegenereerd. Hoe dieper onder het aardoppervlak, hoe hoger de temperatuur van de aarde wordt. Deze geothermische energie wordt aan de aarde onttrokken voor warmte- en elektriciteitslevering.

Al de bovengenoemde energiebronnen worden, via verschillende technieken, omgezet in bruikbare hernieuwbare energie. Vooral elektriciteit en warmte worden uit hernieuwbare bronnen gegenereerd. Daarnaast worden ook brandbare gassen en vloeibare brandstoffen geproduceerd uit hernieuwbare bronnen. De vloeibare brandstoffen worden voornamelijk voor transport ingezet.

Kanttekeningen bij een aantal bronnen

Biomassa als hernieuwbare energiebron

Door de energietransitie is de vraag naar biomassa en biobrandstof enorm toegenomen. Onder biomassa valt al het materiaal dat een plantaardige of dierlijke afkomst heeft. Dat kan bijvoorbeeld hout zijn, groenafval, maar ook resten van dieren. Biomassa levert energie door het te verbranden. Door vergassing of vergisting wordt biomassa omgezet in biogas wat kan worden verbrand. Er worden steeds meer vraagtekens gezet bij het gebruik van hout uit bossen als hernieuwbare brandstof. Uit onderzoeken van het Europese Joint Research Centre blijkt dat verbranding van hout, afkomstig van bomen, niet leidt tot minder CO₂, maar juist tot meer uitstoot van broeikasgassen. Om biomassa te verkrijgen worden bomen gekapt, de in de bomen opgeslagen koolstof komt daarmee in de atmosfeer terecht. Een boom doet er echter tientallen jaren over om deze koolstof weer tijdens de groei vast te leggen. Het kappen van een boom en daarna verbranden geeft dus op de korte termijn meer uitstoot van CO₂. Om dat in dezelfde tijd te compenseren is een groot nieuw bos nodig, met als nadeel dat op deze grond geen voedsel meer kan worden geteeld. Een grote vraag naar biomassa kan niet worden bijgebeend met het aanplanten van bomen. Er komt dus meer CO₂ in de lucht terecht. Het stoken van hout is daarnaast minder efficiënt dan het stoken van kolen of gas, bij het stoken van hout komt relatief meer CO₂ vrij. Verder tast het kappen van bos ecosystemen aan en leidt het tot verlies aan biodiversiteit. Daarnaast is houtverbranding ook een grote bron van de uitstoot van (ultra)fijnstof en andere stoffen die schadelijk zijn voor de gezondheid. In 2021 is de Renewable Energy Directive (RED) van de Europese Unie in dat opzicht aangepast. In de nieuwe RED zijn aanvullende eisen opgenomen voor de hernieuwbaarheid van biomassa [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021], [Volkskrant].

Waterstof als hernieuwbare energiebron

Waterstof was tot voor kort geen energiebron. Tot voor kort werd gedacht dat waterstof niet in de natuur voorkwam en niet hieruit kon worden gewonnen. Dat waterstof niet in de bodem te vinden is, werd in 2012 gelogenstraft, toen bleek dat een waterbron in Mali grote hoeveelheden waterstof bevatte. Tot nu toe wordt waterstof gemaakt worden uit een andere energievorm en daarvoor is energie nodig. Waterstof is dan geen energiebron maar een energiedrager. Waterstof is alleen een hernieuwbare energiedrager als het uit hernieuwbare bronnen wordt geproduceerd. Door de industrie wordt de zogenaamde zwarte of grijze waterstof geproduceerd. Zwarte waterstof wordt geproduceerd door het vergassen van steenkool, daarbij komt zeer veel CO₂ vrij. Grijze waterstof wordt geproduceerd uit aardgas. Blauwe waterstof is grijze waterstof waarvan de kooldioxide wordt opgevangen en ondergronds wordt opgeslagen. Turquoise waterstof wordt ook bereid uit aardgas maar daarbij wordt vaste koolstof gevormd en wordt geen koolstofdioxide uitgestoten. Groene waterstof wordt geproduceerd door elektrolyse van water met groene elektriciteit. Bijvoorbeeld met elektriciteit geproduceerd met zon- en windenergie. Bij dit proces komt, naast de waterstof, alleen zuurstof vrij. Gouden waterstof tenslotte is geologische waterstof die in de natuur wordt gewonnen [New Scientist].

Waterstof is een veel belovende energiedrager. Het kan op veel manieren worden gebruikt; als brandstof voor industriële processen, cv-ketels en zware vrachtwagens, als opslagmedium voor energie en als grondstof voor de industrie.

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 vermalen is 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 de waterstof duurzaam wordt geproduceerd. IJzer, als brandstof, is 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].

Het ijzer kan ook als opslagmedium worden gebruikt door, in tijden van teveel aan elektriciteit, waterstof te produceren en daarmee roest om te zetten in puur ijzer. Dat is beter te bewaren en over langere afstanden te vervoeren dan waterstof. Het ijzer kan dan gebruikt worden in plaats van aardgas in fabrieken met een hoge warmtevraag, bijvoorbeeld in glas-, keramiek-, of steenfabrieken [Volkskrant].

Hernieuwbare energie wereldwijd

Het wereldwijde vermogen van hernieuwbare energiebronnen bedroeg eind 2022 bijna 3400 GW. Onderstaande figuur geeft de totale productie van hernieuwbare energie wereldwijd in EJ (10¹⁸ J), in de verschillende werelddelen [Our World in Data].

De meeste hernieuwbare energie werd geproduceerd in Azië, Europa en Noord- en Zuid-Amerika. In 2022 werd wereldwijd in totaal 81 EJ aan hernieuwbare energie geproduceerd. Op een totaal verbruik van 607 EJ is dat ongeveer 13% van het wereldwijde energieverbruik.

De volgende figuur geeft aan welke hernieuwbare bronnen worden gebruikt in de verschillende werelddelen om de hernieuwbare energie te produceren [Our World in Data].

In de figuur is te zien dat waterkracht als hernieuwbare bron vooral in Azië, Noord- en Zuid-Amerika en Europa goed is ontwikkeld. In Europa wordt ongeveer de helft van het technisch potentieel aan waterkracht benut; in Noord- en Zuid-Amerika ongeveer een kwart, in Azië ongeveer een vijfde. In EurAzië (Oost-Europa en Centraal Azië), het Midden-Oosten en Afrika is het potentieel aan waterkracht nog nauwelijks benut. Azië, Europa en Noord-Amerika zijn de koplopers in het toepassen van windenergie voor het opwekken van elektriciteit. Deze werelddelen zijn ook de koplopers op gebied van zonne-energie voor het opwekken van hernieuwbare energie (zonnepanelen, zonnecentrales, zonnecollectoren). Biomassa wordt vooral gebruikt Noord en Zuid-Amerika en in iets mindere mate in Europa en Azië. Er is een behoorlijk potentieel aan biomassa voor gebruik als energiebron vooral in Zuid-Amerika (Brazilië; suikerriet en hout) en Azië (India en China). Er worden verschillende technieken gebruikt om biomassa in energie om te zetten. Onder de overige bronnen valt ook geothermische energie. Geothermische bronnen om elektriciteit te genereren worden vooral gebruikt in Azië, Europa en Noord-Amerika, terwijl in Europa, Azië en Noord-Amerika ook veel geothermische bronnen worden ingezet als warmtebron [WEC], [Volkskrant].

De volgende figuren geven een beeld van de productie van hernieuwbare energie in de verschillende landen van de wereld. Onderstaande figuur geeft, voor 2022, de top vijf van de landen die de meeste hernieuwbare energie produceren uit de vier belangrijkste hernieuwbare bronnen; waterkracht, windenergie, zonne-energie en biomassa [Our World in Data].

Uit de figuur blijkt dat China de meeste hernieuwbare energie produceert zowel uit waterkracht, wind- en zonne-energie. De Verenigde Staten voeren de rangorde aan voor de energieproductie uit biomassa. Dat de landen genoemd in bovenstaande grafiek veel hernieuwbare energie produceren ligt vooral aan het feit dat dit grote landen zijn met een grote bevolking. Een ander beeld ontstaat wanneer de productie van hernieuwbare energie wordt gegeven per hoofd van de bevolking. Dit wordt gegeven in de onderstaande figuur [Our World in Data].

Nu voert IJsland de rangorde aan van het land met de grootste hernieuwbare energieproductie van per hoofd van de bevolking. De is vooral energie uit waterkracht en uit geothermische bronnen. Deze laatste zijn niet in de figuur gegeven. Voor wat energie uit wind betreft staat Nederland in de toptien op de tiende plaats, voor zonne-energie op plaats twee (zie bovenstaande figuur) en voor biomassa op plaats negen.

Het bruto nationaal product (bnp) is de waarde van alle goederen en diensten die door een land in een jaar worden geproduceerd. Het bnp per hoofd van de bevolking is ook een maat voor de welvaart van een land. Over het algemeen neemt het energieverbruik toe bij toenemende welvaart. Op het blad 'Energie verbruik' van deze website wordt het jaarlijkse energieverbruik per hoofd uitgezet (GJ/hfd) tegen het bnp in dollar per hoofd van de bevolking ($/hfd). In onderstaande figuur is dat ook gedaan voor het verbruik van hernieuwbare energie per hoofd van de bevolking voor dezelfde landen als gegeven op het blad 'Energie verbruik'. De grootte van de bol is een maat voor de grootte van de bevolking [Our World in Data].

Het beeld zit er duidelijk anders uit dan op het blad 'Energie verbruik'. Alleen IJsland en Noorwegen en in mindere mate Canada en Zweden halen een substantieel deel van hun energie uit hernieuwbare bronnen. De andere landen liggen allemaal onder de 50 GJ per hoofd bevolking. Opvallend is dat olie- en gas-producerende landen, zoals Koeweit, Saudi Arabië en Qatar, niet of nauwelijks gebruik maken van energie uit hernieuwbare bronnen.

Het energieverbruik voor elektriciteitsopwekking ligt gemiddeld rond 20% van het totale energieverbruik. In Nederland werd, in 2021, 25% van de elektriciteit opgewekt met duurzame bronnen. Wereldwijd werd in 2021, door de snelle bouw van nieuwe zonneparken en windmolens, 10,3% van de elektriciteit opgewekt uit deze twee duurzame bronnen. In 2015 was dat nog maar 4,6%. Als deze trend de komende 10 jaar aanhoudt, ligt de energiesector op schema om het gestelde doel van Parijs te halen. Vijftig landen wekten in 2021 meer dan 10% van hun elektriciteit op uit zon en wind [Volkskrant].