Ogenschijnlijk zijn fossiele brandstoffen nog altijd dominant bij de mondiale energievoorziening. In overzichten van de zogenoemde primaire energievoorziening zijn kolen, olie en gas goed voor ruim 80 procent van het wereldtotaal, tegen ongeveer 20 procent voor CO2-arme bronnen zoals zon, wind, waterkracht, kernenergie en biomassa.
Deze manier van kijken miskent echter dat de duurzame energierevolutie gepaard gaat met een sterke verbetering van het efficiënt gebruiken van energie, zo betoogt energiedenktank Ember in een nieuw rapport.
Cruciaal is wat er gebeurt bij het omzetten van primaire energie naar het zogenoemde nuttig verbruik van energie. Nuttige energie bestaat grofweg uit twee varianten: beweging en warmte. Voor warmte kun je verschillende typen onderscheiden (hoge en lagere temperaturen). Bij beweging kun je een onderscheid maken tussen ‘stationair’ (een computerchip waarin elektronen bewegen, zodat je pc werkt) en ‘mobiel’ (het voortbewegen van een auto).
Primaire energie en nuttige energie
Als je het omzettingsproces van primaire energie ontleedt, resulteert dat volgens de analisten van Ember in een driedeling. Van de mondiale, primaire energie van ongeveer 630 exajoule in 2023 werd iets minder dan een derde (209 exajoule) omgezet in nuttige energie. Ongeveer twee derde ging verloren als ‘verspilde warmte’ en een klein deel (42 exajoule) werd ingezet voor non-energetische doeleinden. Bij dat laatste kun je denken aan ruwe olie die wordt ingezet om plastics te maken.
Dit overzicht laat zien dat heel veel primaire energie wordt verspild. Dat gebeurt voornamelijk door het gebruik van fossiele brandstoffen, die zorgen voor grote hoeveelheden CO2-uitstoot.
Een bekend voorbeeld van verspilling is de klassieke verbrandingsmotor van een auto. Die verbrandt benzine of diesel, waarbij vooral veel hitte vrijkomt (verspilde energie) en slechts een klein deel van de chemische energie wordt omgezet in bewegingsenergie die de auto laat rijden. Gebruik je daarentegen elektriciteit om een elektromotor bewegingsenergie te laten creëren, dan gaat dat gepaard met een veel hogere efficiëntie bij de omzetting van de ene energievorm in de andere.
De analisten van Ember signaleren dat er bij de verschillende omzettingstappen van primaire energie naar nuttige energie een viertal ‘strijdterreinen’ zijn. De conclusie is dat het in drie van de vier gevallen loont om zo zwaar mogelijk in te zetten om CO2-arme bronnen van elektriciteit, zoals zon, wind en waterkracht. Ofwel: hoe groter het aandeel van hernieuwbare energie in de energiemix, des te kleiner de kloof wordt tussen primaire energie en nuttig gebruik van energie.
1) Elektriciteit creëren met primaire energiebronnen
Het eerste strijdtoneel is het creëren van elektriciteit voor eindgebruik. Op dit punt winnen zonnepanelen, windmolens en waterkracht het glansrijk van bijvoorbeeld de inzet van gas of kolen om elektriciteit te genereren. De verhouding ligt hier volgens Ember op 92 procent efficiëntie voor hernieuwbare energiebronnen, tegen gemiddeld 29 procent efficiëntie voor bronnen die warmte creëren, die wordt omgezet in bewegingsenergie voor het genereren van elektriciteit (stoomturbines).
2) Moleculen maken met primaire energiebronnen
Het leveren van moleculen zoals waterstof met behulp van primaire energiebronnen is het enige terrein waar hernieuwbare energiebronnen het lastiger hebben. Ember noemt als voorbeeld groene waterstof, waarbij stroom van windmolens wordt ingezet om via elektrolyse water te splitsen in waterstof en zuurstof. Daar tegenover staat bijvoorbeeld het produceren van waterstof door stoom onder hoge druk (met warmte geproduceerd door het fossiele verbranding) te laten reageren met aardgas. Daarbij wordt aardgas gesplitst in waterstof en CO2.
De gemiddelde efficiëntie van de inzet van elektriciteit om moleculen te maken is volgens Ember 70 procent, tegen 85 procent voor de inzet van warmtebronnen (fossiele energie) voor de productie van moleculen. De kanttekening die energiedenktank hierbij maakt, is dat vergaande elektrificatie betekent dat steeds meer nuttige energie voor beweging en warmte met behulp van elektronen kan worden gegenereerd. De rol van moleculen om nuttige energie te creëren zal hierdoor kleiner worden.
3) Elektriciteit of moleculen inzetten voor nuttige bewegingsenergie
Het derde strijdtoneel betreft de omzetting van elektriciteit (elektronen) dan wel moleculen in nuttige bewegingsenergie. Dat kan dus gaan om stationaire elektrische apparaten (computers, keukenmixers), maar ook om transport.
Hier is het eerder genoemde voorbeeld van auto’s met respectievelijk een verbrandingsmotor of een elektromotor relevant. De verbrandingsmotor gebruikt moleculen (benzine, diesel), terwijl de elektromotor stroom uit de accu benut. Gemiddeld genomen wint elektriciteit het hier ruimschoots van moleculen, met 68 procent tegen 30 procent efficiëntie.
4) Elektriciteit of moleculen inzetten voor nuttige warmte
Het laatste strijdtoneel gaat over de inzet van elektriciteit dan wel moleculen om nuttige warmte te creëren. Ook hier is beschikbare stroom volgens Ember de favoriet met een gemiddelde efficiëntie van 91 procent, versus 64 procent voor moleculen. Waar moeten we dan aan denken?
Een typisch voorbeeld is de verwarming van woningen. Een warmtepomp geldt hier als een zeer efficiënte manier om met een beetje elektriciteit het temperatuurniveau van beschikbare lucht te verhogen. Het rendement is doorgaans drie tot vijf keer hoger dan de inzet van aardgas (moleculen) om via verbranding in een cv-ketel warmte te genereren.
Kortom, aangezien de route van hernieuwbare elektriciteit naar nuttige energie voor beweging of warmte in de meeste gevallen een superieure efficiëntie heeft, betekent de transitie naar een duurzaam energiesysteem ook een revolutie bij het effectieve gebruik van energie.
Lees ook:
- Geothermie: kans voor fossielvrije stroom in Europa, al heeft Nederland er vooral wat aan als duurzaam alternatief voor gas
- Wereldwijde batterijrevolutie: hoe Chinese gigant CATL met oprichter Robin Zeng de toon zet
- Hoe gaan Shell en BP straks hun geld verdienen? ‘Nieuwe olie- en gasvelden zullen nooit winstgevend worden’
