Over de enorme grote grootte van energie

Energie staat ontzettend in de belangstelling. En terecht want energie is naast voedsel de meest noodzakelijke commodity die zorgt voor stabiliteit en het houdt onze complexe samenleving in stand. Het is simpel: zonder energie is er geen beschaving mogelijk. Energie raakt ons praktisch allemaal op deze aardkloot. En omdat we met zo velen zijn, is het product energie ook enorm groot. Maar hoe groot is groot dan?

De laatste tien jaar houd ik mij intensief bezig met energie. Vanaf 2005 heb ik een zogenaamde alternatieve brandstof uit papier-plastic-mengsels ontwikkeld. Een product wat bijgestookt kan worden in kolencentrales en daar met een hoog rendement in elektriciteit wordt omgezet. In deze periode ben ik de omvang van het product energie gaan inzien. Zo gebruikt een Nederlandse kolencentrale per jaar 2,8 miljoen ton [Mton] kolen. Dat is ongeveer 325 duizend kilo per uur, zo'n 13 volle vrachtwagens. In totaal verbruikten we in 2008 in Nederland iets meer dan 8 Mton kolen voor 40% van de totale hoeveelheid opgewekte elektriciteit van zo'n 100 terawattuur [TWh]. Ik heb gemerkt dat dit soort getallen vele mensen nagenoeg niets zegt. Ze hebben geen idee hoeveel het eigenlijk allemaal is. Om dat duidelijk te maken eerst even iets over de grootte van getallen.

De eenheid die het dichtste bij de mens staat is de seconde. Iedereen heeft wel een idee hoelang een seconde duurt. In het onderstaande tabelletje heb ik dat eens op een rijtje gezet. Je ziet dat duizend seconde [ks] ongeveer een kwartier duurt en een miljoen seconden 11,6 dagen. Om tot een miljoen te tellen ben je 11 dagen, 13 uur, 46 minuten en 40 seconden bezig. Maar dan moet je wel 24 uur per dag doortellen en over elk getal 1 seconde doen. Bij dertien lukt dat nog, maar bij achthonderddrieënveertigduizendzevenhonderdachtenzeventig, wordt het knap lastig. Een jaar telt 31.556.925 seconden en een miljard seconde duurt dik 31 jaar! Er is dus nog geen mens geweest die 4 miljard seconden heeft geleefd. Dat is 4 Giga seconden [4 Gs]! En hoe makkelijk praten we niet over Tera ofwel een biljard. Wie heeft er tegenwoordig geen Tb schijf. En dan 1 Exa of een triljoen seconde. Dat is 31,7 miljard jaar terwijl het heelal zo'n 13,8 miljard jaar geleden ontstaan is. Da's meer dan 2 keer zo lang. Dus onthoud: duizend seconden komt grofweg overeen met een kwartier, miljoen met 10 dagen en miljard met 31 jaar!

Het lijkt dat mensen logaritmisch tellen. Als je iemand vraagt om tot duizend te tellen gaat dat eigenlijk zo: 1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10, 20, 30, 40,.....90, 100, 200, 300, 400, .......1000. Verder valt het op dat men in America hele andere begrippen hanteert. Dat schijnt op basis van "de wet van 1, 2, 3, veel" ook maar weinigen te hinderen. Tussen het Nederlandse Triljoen en het Amerikaanse Trillion zit de factor van een miljoen. Maar ach, het is gewoon allemaal veel. Het is eigenlijk raar dat we wereldwijd niet de International Standard aanduidingen gebruiken. Dus Tera Euro [TEuro] voor biljoen Euro. Begrip voor grote getallen is heel belangrijk als je het over energie in het algemeen hebt en absoluut cruciaal en noodzakelijk als je over energieoplossingen denkt, praat of moet beslissen.

Wat is energie nu eigenlijk? Energie wordt aangeduid als de mogelijkheid om arbeid te verrichten. De eenheid van energie is Joule (spreek uit: zjoel). De Joule is vernoemd naar James Prescott Joule en is gedefinieerd als de energie die nodig is om een object te verplaatsen met een kracht van 1 newton over een afstand van 1 meter. Met andere woorden: de arbeid om een appeltje van een ons een meter op te tillen. Ook kan je met 1 Joule een lamp van 1 Watt voor 1 seconde laten branden of een bepaalde hoeveelheid water 1 graad Celsius verwarmen. Da's handig want Joule is een maat die zowel voor verplaatsen en verwarmen als ook voor elektriciteit wordt gebruikt.

Een brandstof is een energiedrager. Het draagt dus een bepaalde hoeveelheid energie in zich. De beste brandstoffen dragen heel veel energie per gewichtseenheid. Deze calorische waarde wordt aangegeven in Joule per gram. Fossiele brandstoffen worden niet zomaar voor niets gebruikt. Ze hebben allemaal een hoge calorische waarde. Kerosine, diesel en benzine zitten iets boven de 43 Mega Joule [MJ] per kg, steenkool op 28, droog hout op 16 en vers hout zo rond de 12 MJ/kg.

Brandstoforgel

Zelf vind ik de eenheid Joule per liter of kuub beter omdat dat de grootte van je emmer, tank of oven aangeeft. De logistieke impact komt dan beter tot uiting. Dan zijn de getallen voor diesel 36 MJ/liter, kolen 24 MJ/l, houtpellets: 11,7 MJ/l, houtzaagsel: 2,6 MJ/l en stro op 2 MJ per liter. Er zit dus evenveel energiewaarde in een volle vrachtwagen met 80 kuub strobalen als in 4,4 kuub diesel. Je hebt er dus 18 keer zo veel volume van nodig om dezelfde hoeveelheid energie te hebben en daar gaat het natuurlijk allemaal om. Al die hoeveelheden moet je oogsten of mijnen, verslepen en uiteindelijk in een oven stoppen. Op de foto zie je een aantal kolommen met verschillende brandstoffen. In elke kolom zit net zoveel energie als in 1 liter diesel.

We worden als samenleving geconfronteerd met eindige voorraden fossiele brandstoffen. Van alle 58,5 miljard ton materialen die de gehele mensheid per jaar uit en van de aarde verbruikt zijn ongeveer 20% fossiele brandstoffen: meer dan 11 miljard ton [Gton] met grofweg een energiewaarde van 470 Exa Joule [EJ]. Als je dat door biomassa zou moeten vervangen praat je al gauw over bijvoorbeeld 40 miljard kuub gedroogde houtpellets of wel 40 kubieke kilometer [km3]; een bak van 5 bij 8 km en 1 km hoog; of 50 bij 80 km en 10 meter hoog. Dat zijn niet te bevatten hoeveelheden die jaar in jaar uit, en wellicht zelfs letterlijk, weer bij elkaar gesprokkeld moeten worden.

Natuurlijk moeten we op zoek naar alternatieve energiebronnen, maar vergis je niet over hoe enorm groot het energieverbruik in deze moderne wereld met z'n nu nog zo'n 7 miljard mensen eigenlijk is. Het inwonerstal zal nog tot 10 a 12 miljard stijgen en het verbruik per capita neemt ook drastisch toe vanwege het wereldwijd  stijgende welvaartsniveau. Voor je het weet moeten we niet 450 maar veel meer dan 1.000 Exa Joule [EJ] per jaar ergens vandaan zien te halen. Gelukkig lijkt onze zon een schier onuitputtelijke bron al schijnt die niet overal even hard en uiteraard alleen maar overdag.

In energie gaat wereldwijd zo'n 10.000 miljard USD [10 TUSD] per jaar om. Daarmee zou het fictieve land Energia na USA, EU en China op de vierde plaats van het mondiale GNP-lijstje staan. Nou is Energia niet bepaald een democratie te noemen; deze Oligarchie (of beter Olie-garchie) van fossiele brandstoffen. Een grootmacht die zich niet even de kaas van het brood zal laten eten. Daar is geduchte tegenstand en venijnige verdediging van haar enorme belangen van te verwachten.

Ik stoor me regelmatig aan de blijmoedigheid van de velen die ondertussen actief zijn in het renewable energy en biobased economy veld. De schijnbare oplossingen worden over het publiek uitgestrooid, maar feitelijk stellen ze qua schaalgrootte allemaal niet zoveel voor. Die uienschilletjes zullen heus het verschil niet gaan maken. Ik vind het echter wel heel belangrijk werk omdat we nog zoveel moeten leren, maar ga vooral niet zeggen dat we met vinding X of Y er al bijna zijn. Dat vertroebelt de realiteit waardoor de burger uiteindelijk gedesillusioneerd zal raken. Laatst nog zo'n bericht: "Blauwe energie serieuze leverancier elektriciteit" in de Telegraaf van 6 januari. Ach, je hoeft alleen maar een in de zee stromende rivier op 80°C te brengen om er genoeg elektriciteit mee op te wekken. Hoezo opwarming van de aarde?!? En met welke energiebron ga je die sloot water dan opwarmen?

We zullen als samenleving met iets beters moeten komen. Een krachtig beleid wat voortkomt uit de drang en noodzaak om de energiebehoefte in de toekomst te verzekeren voor de gehele mensheid. We gaan het alleen in gemeenschappelijkheid en met gemeenschappelijk opgebracht kapitaal oplossen. Energie is met voedsel en water te groot en te belangrijk om aan de vrije markt over te laten. We kunnen het als mensheid niet veroorloven ons aan de grillen van neo-kapitalisme over te leveren.

Ik roep de wetenschap op om de burgers te voorzien van feitelijke informatie op een op maat gesneden niveau wat voor iedereen goed te volgen is. Maar daarover in mijn volgende blog meer.