Energietransitie

Historisch energieverbruik

Het gebruik van energiebronnen verandert in de loop van de tijd. De oudste vorm van energie die de mensheid heeft gebruikt is biologische energie in de vorm van spierkracht van mens en dier. Hiermee werd mechanische arbeid verricht, voornamelijk in de landbouw en voor transport. Een andere oude vorm van energie is vuur. Vuur is thermische energie. In de oudheid werd vuur vooral verkregen door het stoken van hout. Vuur werd onder andere gebruikt voor het bereiden van voedsel en voor verwarming.

Vanaf het begin van onze jaartelling kwamen andere energievormen dan spierkracht en vuur in gebruik. Als eerste waterkracht. Waterkracht maakt, via watermolens, gebruik van het verval van water in rivieren of van het hoogteverschil tussen eb en vloed. Ook windkracht werd sinds het begin van onze jaartelling gebruikt via windmolens. Zowel water- als windmolens zetten energie om in mechanische energie. Deze molens vervingen vooral spierkracht. Water- en windmolens werden voor allerlei doeleinden ingezet die daarvoor met spierkracht werden gedaan, onder andere voor het malen van graan, de productie van olie uit zaden en het zagen van hout.

Zowel water- als windmolens hadden twee grote nadelen: de beperkte capaciteit en de beperkte beschikbaarheid. De molens konden maar met een vermogen tot 10 kW worden gebouwd. De molens konden geen energie leveren in perioden van droogte en bij windstil weer. Deze nadelen beperkten de economische groei. Voor een verdere verhoging van de welvaart was nieuwe technologie nodig. Die kwam in de 18^e eeuw in de vorm van de stoommachine. Dat was een revolutie in het energieverbruik. De stoommachine was de eerste machine waarmee warmte, ofwel thermische energie, kon worden omgezet in mechanische energie. De stoommachine werd in eerste instantie gebruikt om overtollig water uit kolenmijnen te pompen. Steenkool was ook de brandstof voor de stoommachine. De machine werd daarna ook ingezet in de industrie voor de mechanisering van processen en verving daarmee spierkracht, wind- en watermolens. Op de helft van de 19^e eeuw werden stoommachines gebouwd met vermogens die drie maal groter waren dan van water- of windmolens, aan het eind van de 19^e eeuw was dat inmiddels gestegen naar dertig.

De stoommachine had in de 19^e eeuw ook grote invloed op het transport; de stoommachine maakte stoomlocomotieven mogelijk. In de industrie fungeerde de stoommachine alleen als vervanging van wind- en watermolens, in de transportsector leidde de stoommachine tot een nieuwe activiteit; transport per spoor. De spoorwegen verschaften aan de industrie nieuwe afzet gebieden op grotere afstand van de fabrieken waardoor de grootte van de fabrieken groeide. Voor de scheepvaart was de stoommachine aanvankelijk minder geschikt omdat hij te groot en te zwaar was. Dit gold ook voor middelgrote en kleine ondernemers en voor de landbouw. Met stoommachines konden later ook elektrische generatoren worden aangedreven waarmee mechanische energie werd omgezet in elektriciteit. Omdat elektrische energie in allerlei andere energievormen kan worden omgezet is het een belangrijke vorm van energie in de moderne wereld. De stoommachine gaf een belangrijke impuls aan de economische groei en de welvaart in de westerse wereld.

Een volgende stap werd gezet met de opkomst van de elektromotor en de verbrandingsmotor. Beide waren ook geschikt voor middelgrote en kleine ondernemers. Met de introductie van de verbrandingsmotor die groot vermogen kon leveren bij een licht gewicht kon ook in de landbouw spierkracht vervangen worden door machines, de verbrandingsmotor leidde tot een mechanisering van de landbouw. Zowel de elektromotor en de verbrandingsmotor gaven een volgende impuls aan de economische groei en de welvaart. Het energieverbruik groeide door het gebruik van stoommachines en verbrandingsmotoren.

Historisch energieverbruik in Nederland

Ook in Nederland werden stoommachines ingezet waardoor het steenkoolverbruik steeg ten koste van hernieuwbare energie. De opkomst van de stoommachine leidde tot een eerste energietransitie; turf, hout, spierkracht, wind- en waterkracht werden in toenemende mate vervangen door fossiele energie in de vorm van steenkool. Onderstaande figuur geeft het totale jaarlijkse primaire energieverbruik in Nederland over de laatste twee eeuwen. In dit historische energieverbruik zijn verschillende energietransities te onderkennen [CBS Statline]

In de bovenstaande figuur is te zien dat het primaire energieverbruik, vooral vanaf 1950, sterk is toegenomen. De toename is het gevolg van de toenemende bevolking, de gestegen industriële productie en de toegenomen welvaart. De stijging werd vanaf 1970 onderbroken door de eerste (1974) en tweede (1979) oliecrisis. Vanaf medio jaren tachtig neemt het energieverbruik echter weer toe, maar minder snel dan tussen de jaren zestig en zeventig. De figuur geeft ook aan dat de toename van het energieverbruik vooral wordt veroorzaakt door een toename van het aardolieverbruik (verkeer en vervoer) en het aardgasverbruik (verwarmen bij industrie en huishoudens). Na 2010 neemt het energieverbruik af. Deze afname is het gevolg van maatregelen om het energieverbruik en de daar bijhorende emissie van broeikasgassen te beperken. In de figuur is ook te zien dat het aandeel hernieuwbare energie de laatste jaren begint toe te nemen. In 2020 was het aandeel van de in Nederland opgewekte of gebruikte hernieuwbare energie 10% van het binnenlandse primaire energieverbruik [CBS Statline].

Een beter beeld wordt verkregen als het jaarlijkse energieverbruik per hoofd van de bevolking in een grafiek wordt weergegeven, zie onderstaande figuur.

Ook in deze figuur is te zien dat het primaire energieverbruik, per hoofd van de bevolking, vanaf 1950, sterk is toegenomen als gevolg van de gestegen industriële productie en de toegenomen welvaart. Door de gestegen welvaart wordt er meer energie verbruikt via allerlei apparaten die het leven veraangenamen zoals; de centrale verwarming, de wasmachine, de vaatwasser, de koelkast, de diepvries, de radio, de televisie en de de computer.

Het totale jaarlijkse primaire energieverbruik in Nederland lag in het jaar 2020 op 169 GJ per hoofd van de bevolking, dat is 464 MJ/hoofd/dag. De onderstaande tabel geeft aan wat dat betekent voor het verbruik, per dag en per hoofd van de bevolking, van drie verschillende energiebronnen; aardgas, elektriciteit en benzine.

Het gemiddelde jaarlijkse verbruik per hoofd van de wereldbevolking lag in 2020 op 71 GJ. In Nederland (169 GJ) verbruiken we dus meer dan twee maal zo veel energie als de gemiddelde aardbewoner. Een verbruik van 71 GJ per jaar komt overeen met het energieverbruik van een Nederlander aan het einde van de vijftiger jaren, op het punt dat het energieverbruik drastisch begon toe te nemen als gevolg van de toenemende welvaart. Te verwachten valt dat in landen, waar de welvaart ook toeneemt, het energieverbruik eveneens met een factor twee zal toenemen.

Energietransitie in Nederland

Een beter beeld van de energietransities in de afgelopen twee eeuwen wordt gegeven in de volgende figuur. Hierin is uitgezet het procentuele aandeel van iedere energiebron in het totale primaire energieverbruik in Nederland in de afgelopen twee eeuwen.

Aan het begin van de 19^e eeuw werd meer dan 60% hernieuwbare energie gebruikt, in de vorm van spierkracht, wind- en watermolens, als energiebron. Spierkracht werd gebruikt voor transport (paard en wagen) en in de landbouw. Wind- en watermolens werden in industriële processen gebruikt. Iets minder dan 40% energie was fossiele energie in de vorm van turf en steenkool. Deze werden voornamelijk gebruikt voor verwarming van gebouwen. Turf als energiebron werd in Nederland gewonnen. In de 19^e eeuw was Nederland, qua energieproductie, vooral een turf producerende natie. In huishoudens bijvoorbeeld werden kolen beschouwd als brandstof voor armen door de vette zwavelige rook. Daar werd voornamelijk turf gestookt. In de industrie werd steenkool wel gewaardeerd omdat ovens met steenkool veel heter kon worden gestookt dan met hout of turf.

De ontwikkeling van de kolengestookte stoommachine in het midden van de 19^e eeuw had een energietransitie tot gevolg. Steenkool werd de voornaamste energiebron en verving langzaam maar zeker de inzet van hernieuwbare energie voor industriële processen (stoommachine) en voor transport (stoomtrein en stoomschepen). Alleen in de landbouw vond de stoommachine geen toepassing: daarvoor was hij te zwaar. In dezelfde tijd nam ook het belang van turf voor verwarming af omdat de turfvoorraden uitgeput raakten. Steenkool werd daardoor, in toenemende mate, gebruikt voor verwarming van gebouwen. Het gevolg was dat het steenkoolverbruik toenam ten koste van de hernieuwbare energie en turf. Deze energietransitie, van turf en hernieuwbaar naar steenkool, is in de figuur te herkennen.

Dat rond de eerste helft van de twintigste eeuw hernieuwbare energie nog een belangrijk aandeel heeft in het energieverbruik, komt onder andere door de inzet van paarden in de landbouw. Hieraan kwam een einde door de ontdekking van de verbrandingsmotor in het begin van de 20^e eeuw. Met deze verbrandingsmotor kwam een motor beschikbaar die een groot vermogen kon leveren bij een relatief klein gewicht. Dit had aanvankelijk een kleine energietransitie tot gevolg. De verbrandingsmotor loopt op aardolie in de vorm van benzine of diesel. Dat betekende dat in de landbouw spierkracht werd vervangen door een fossiele brandstof in de vorm van aardolie. Door het gebruik van de verbrandingsmotor begon het aandeel aardolie in het energieverbruik toe te nemen ten koste van hernieuwbare energie en steenkool. Het tijdelijke effect van de twee wereldoorlogen op het energieverbruik is, rond 1915 en 1943, in de grafiek ook duidelijk zichtbaar. Na 1945 werd steenkool snel verdrongen door aardolie. Stoommachines werden vervangen door verbrandingsmotoren of elektrische motoren. Door de gestegen welvaart nam het gebruik van de personenauto sterk toe waardoor meer olie werd verbruikt. Voor verwarming werden in toenemende mate oliekachels ingezet. Ook deze energietransitie, van steenkool naar aardolie is in de figuur te herkennen.

Vanaf het midden van de 20^e eeuw trad een volgende energietransitie op. Door de ontdekking, in 1959, van de aardgasbel onder Slochteren in Groningen nam het aandeel van aardgas in de energievoorziening sterk toe, ten koste van het kolenverbruik. Het aardgas werd vooral gebruikt voor verwarming van gebouwen, als energiebron voor industriële processen en voor elektriciteitsopwekking. Het gebruik aan steenkool nam na 1980 weer wat toe, vooral om elektriciteit op te wekken. Dit was het gevolg van de oliecrises en de wens voor diversificatie van primaire brandstoffen. Eind 20^e eeuw werden dus vooral fossiele brandstoffen gebruikt voor de energievoorziening in de vorm van aardolie, aardgas en kolen.

De aarde warmt sterk op. Om de opwarming van de aarde tegen te gaan is het noodzakelijk om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Daarom vindt er nu een volgende energietransitie plaats: van fossiele brandstoffen terug naar hernieuwbare energie. In bovenstaande figuur is te zien dat hernieuwbare energie in Nederland langzaam weer een, vooralsnog kleine, rol begint te spelen in de energievoorziening. Het aandeel hernieuwbare energie stijgt de laatste jaren. In 2020 was het aandeel uit hernieuwbare energie 10% van het primaire energieverbruik. Hernieuwbare energie wordt nu vooral opgewekt met biomassa, wind- en zonne-energie. Het aandeel fossiele energie in de energievoorziening ligt in 2020 rond de 87%. Gezien de schadelijke gevolgen van het verbruik van fossiele brandstoffen moet het aandeel fossiele energie in de komende jaren sterk afnemen ofwel het aandeel hernieuwbare energie moet sterk toenemen.

Energietransitie wereldwijd

De verschillende vormen van energie, ofwel de verschillende energiedragers die worden gebruikt, worden wereldwijd vooral opgewekt uit fossiele energiebronnen. De wereld leeft nu in een tijdperk van een andere energietransitie; van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare bronnen van energie. Maar dan geen hernieuwbare energie in de vorm van spierkracht zoals in het begin van onze jaartelling. Waterkracht en windenergie worden ook nu gebruikt om energie op te wekken, maar nu met behulp van moderne technieken in de vorm van water- en windturbines. Daarnaast zijn er nog vele andere manieren om hernieuwbare energie op te wekken bijvoorbeeld met zonnecellen, zonnecollectoren en door het vergisten van landbouw- en veeteeltafval.

De toenemende welvaart wereldwijd gaat gepaard met een toename van het energieverbruik. Huishoudens gebruiken voornamelijk energie in de vorm van gas, elektriciteit en autobrandstoffen (benzine en diesel) als energiedrager. In de industrie worden, naast deze energiedragers ook andere soorten energie gebruikt, bijvoorbeeld chemische energie. Energie wordt gebruikt in een veelheid aan industriële processen; elektriciteit is een van de energiedragers die wordt gebruikt om een proces van energie te voorzien. Het belang van het gebruik van elektrische energie in de industrie neemt toe. Enerzijds omdat veel hernieuwbare bronnen elektrische energie leveren en anderzijds om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. De verzameling van elektrische technieken, die in industriële processen worden gebruikt, staan bekend onder de naam elektrotechnologie.