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].

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. Hernieuwbare energie uit hernieuwbare bronnen wordt ook wel duurzame energie genoemd; dit is geen juiste benaming omdat niet alle hernieuwbare energie duurzaam is.

Bronnen van hernieuwbare energie

De belangrijkste bronnen van hernieuwbare energie worden gegenereerd door;

• de zwaartekracht,
• de kernfusieprocessen in de zon,
• 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.

Hernieuwbare energie wereldwijd

Het wereldwijde vermogen van duurzame 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. Zet deze trend zich door dan zal rond 2030 de productiecapaciteit van zon- en windenergie ruim een 2,5 maal zo groot zijn als nu. Maar dat is echter minder dan de factor 3,0 die is afgesproken op de laatste klimaattop, om de opwarming van de aarde onder de anderhalve graad te houden. Er moet dan jaarlijks ongeveer 1000 GW aan vermogen bijkomen. Wereldwijd is ongeveer 13% van de verbruikte energie hernieuwbaar en dit percentage moet flink omhoog wil de temperatuurstijging beperkt worden tot anderhalve graad. 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].

Hernieuwbare energie in Europa

Wat is de stand van zaken met betrekking tot het gebruik van hernieuwbare energie in Europa? De onderstaande figuur geeft voor 2022 het aandeel hernieuwbare energie, in het totale primaire energieverbruik, van de 27 landen van de Europese Unie, aangevuld met het primaire energieverbruik van IJsland, Noorwegen, Turkije [Eurostat].

Het land binnen Europa wat de meeste hernieuwbare energie gebruikt is IJsland. Dat gebruikt vooral geothermische energie voor warmte en elektriciteit. Op veel plekken in IJsland is het grondwater, op een kilometer diep, heter dan 150 ^oC. Gebouwen worden verwarmd met de energie van geisers. Geisers worden ook gebruikt om elektriciteit op te wekken. Verder komt de stroom van stuwmeren en windmolens. Slechts twaalf procent van het energiegebruik in IJsland komt uit olie. Dat is vooral brandstof voor transport. 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. Het kopje 'Omgeving' in de figuur geeft het aandeel van hernieuwbare energie door de inzet van warmtepompen voor verwarming en warmte/koude-opslag. 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 (bio-afval). In Denemarken, Zweden, Portugal en Ierland wordt meer dan vijf procent van de energie opgewekt met windenergie. Het aandeel zonne-energie (warmte en elektriciteit) neemt snel toe, voornamelijk door het plaatsen van zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit. In Spanje staan een aantal zonnecentrales die elektriciteit opwekken via geconcentreerde zonnewarmte. Nederland bleef aanvankelijk achter bij de rest van Europa. De laatste jaren neemt het aandeel hernieuwbaar in Nederland echter sterk toe, vooral door de toename van wind- en zonne-energie. In 2021 was er in de Europese Unie een omslagpunt; er werd meer elektriciteit opgewekt uit hernieuwbare bronnen (38%) dan uit fossiele brandstoffen (37%) [Volkskrant].

Hernieuwbare energie in Nederland

De stand van hernieuwbare energie in Nederland wordt in onderstaande figuur geschetst. De 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 2022, 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, Hernieuwbare energie in Nederland, 2022].

Het aandeel hernieuwbare energie in 2022, in de vorm van het bruto energetisch eindverbruik in Nederland, is 15% van het totale bruto eindverbruik. De grootste bijdrage in 2022 in Nederland aan hernieuwbare energie wordt geleverd door windenergie (28%), gevolgd door zonne-energie (23%) en biomassa (21%). Worden het biogene afval van afvalverbrandingsinstallaties, biogas en de biotransportbrandstoffen meegerekend dan levert bio-energie 40% van de hernieuwbare energie in 2022. Uit de figuur blijkt dat de opwekking van hernieuwbare energie sterk toeneemt, vooral door de toenamen van wind- en zonne-energie [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2022].

Zonne-energie heeft een stijgend aandeel in het bruto energetisch eindverbruik. Dit is vooral het gevolg van de sterke toename van het aantal geplaatste zonnepanelen, dankzij het feit dat de prijs daarvan sterk is gedaald. In 2000 was de prijs 600 dollar per MWh, nu is dat minder dan 50 dollar per MWh. Zonnepanelen worden geplaatst op daken van woningen en (bedrijfs)gebouwen en in zonneparken. Zonnepanelen leveren groene elektriciteit (22,2%). Daarnaast wordt in zonnecollectoren, met zonne-energie, warmte opgewekt (0,4%). Windenergie levert groene elektriciteit opgewekt via windturbines, zowel op land als op zee. Wind op zee was in 2022 goed voor 39% van de totale Nederlandse elektriciteitsproductie uit wind [Volkskrant].

Onder biomassa vallen een aantal verschillende bronnen. Bij elektriciteitscentrales het (bij)stoken van biomassa voor het opwekken van elektriciteit (8,1%), bij bedrijven het verbranden van biomassa voor elektriciteits- en warmteopwekking (6,8%), bij huishoudens het stoken van hout in open haarden en kachels voor warmte (5,8%). In totaal is het aandeel biomassa dan 21% in 2022. Het gebruik van biomassa toont een daling in 2022 ten opzichte van 2021. Dat komt vooral omdat er minder biomassa wordt meegestookt in elektriciteitscentrales. Dit kwam omdat kolencentrales in 2022 iets minder hebben bijgedragen aan de totale elektriciteitsproductie als gevolg van een hogere beschikbaarheid aan elektriciteit afkomstig uit zon- en windenergie. Biogas heeft een aandeel van 2,8% in hernieuwbare energie. Onder biogas valt stortgas opgevangen uit vuilstortplaatsen (0,1%), biogas dat vrijkomt in rioolwaterzuiveringsinstallaties bij vergisten van zuiveringsslib (0,8%), biogas dat wordt geproduceerd bij het vergisten van mest al of niet samen met plantaardige materialen (1,0%) en biogas dat wordt gewonnen bij anaerobe zuivering van afvalwater en natte biomassastromen (1,0%). Het verbranden van biogeen afval in afvalverbrandingsinstallaties levert een bijdrage van 6,6% in 2022. Biotransportbrandstoffen (9,6%) zijn biobenzine (3,8%) en biodiesel (5,5%) die bijgemengd worden aan normale benzine en diesel. In 2022 en 2023 hoort ook biokerosine (0,3%) tot de groep biobrandstoffen [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

De overige bronnen, buitenluchtwarmte, geothermische energie, bodem warmte/koude en waterkracht dragen in totaal 10% bij aan het hernieuwbaar bruto energetisch eindverbruik in 2022. Buitenluchtwarmte is warmte die via een warmtepomp onttrokken wordt aan de buitenlucht en wordt gebruikt voor verwarming (5,2%). Het gebruik van buitenluchtwarmte met warmtepompen is de laatste jaren flink toegenomen. In 2022 werden 394 duizend installaties geplaatst met een totaal vermogen van 2375 megawatt. Vergeleken met 2021 nam het bijgeplaatste aantal buitenluchtwarmtepompen met 14 procent toe en het vermogen met 26 procent. 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 (2,5%). Bodemwarmte/koude is warmte en/of koude onttrokken aan de bodem, al of niet gebruik makend van een warmtepomp (2,2%). Deze warmte/koude wordt gebruikt om gebouwen te verwarmen of te koelen. Waterkracht wekt groene elektriciteit op met waterturbines geplaatst in rivieren (0,1%) [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

Nieuwe hernieuwbare bronnen zijn in ontwikkeling. Onder andere de 'blauwe' energiecentrale (osmotische centrale) in de Afsluitdijk. Deze centrale maakt gebruik van het verschil in zoutconcentratie tussen zout en zoet water en wekt daaruit elektriciteit op. Een andere nieuwe techniek maakt gebruik van algen. Algen kunnen, dankzij de fotosynthetische eigenschappen van deze micro-organismen, licht omzetten in elektrische stroom. De opbrengst van deze techniek gaat in de richting van één Watt per vierkante meter [CBS Statline], [Volkskrant].

Dat Nederland wat achter blijft met hernieuwbare energie, vergeleken met de rest van Europa, komt voor een deel 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 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. De laatste jaren neemt hernieuwbare energie daardoor sterk toe, vooral door de toename wind- en zonne-energie en het toepassen van warmtepompen. In 2022 heeft Nederland met ongeveer 15% een relatief laag aandeel hernieuwbare energie vergeleken met de rest van de Europese Unie. Met 15% ligt dat onder het gemiddelde aandeel hernieuwbare energie van 19% in het Europa van de Europese gemeenschap (EU-27) in 2022. In de EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie uit 2009 was vastgelegd dat, in Nederland, in 2020, 14 procent van het bruto energetisch eindverbruik van energie afkomstig moest zijn van hernieuwbare energiebronnen. Dit doel is niet gehaald; het aandeel hernieuwbare energie in het bruto energetisch energieverbruik in 2020 in Nederland was 11%. 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 werd 16 terawattuur aan hernieuwbare energie ingekocht, voldoende om de Nederlandse doelstelling van 14% te halen [CBS Statline].

De laatste jaren vindt een inhaalslag plaats. In Nederland steeg het aandeel wind en zon in hernieuwbare energie van 2015 tot en met 2022 van 25 naar meer dan 50%. Nederland staat nu samen met Spanje en Luxemburg in de topdrie van Europese landen die de meeste zonne-energie produceren. Per hoofd van de bevolking staat Nederland wereldwijd op plaats twee (zie een van bovenstaande figuren). In het voorjaar van 2022 werd, een aantal malen, meer dan de helft van de elektriciteit in Nederland geproduceerd via hernieuwbare bronnen. Bovendien werd voor, het eerst, enkele uren meer groene stroom opgewekt, dan wat totaal aan elektriciteit nodig was. Dat is sindsdien nog enkele keren gebeurd. Door het grote aanbod van groene stroom werd de elektriciteitsprijs maar liefst 17 uur negatief. Veel zonne- en windparken werden daardoor op deze momenten stilgezet. Over heel 2022 kwam 40% van de totale elektriciteitsproductie uit hernieuwbare bronnen, het aandeel uit fossiele brandstoffen daalde naar 65% [Volkskrant], [CBS Statline].