Marc Seijlhouwer 28 februari 2022, 11:38

Kernfusie en geothermie: een nieuwe manier om door de aardkorst te boren voor duurzame warmte

Onder de aardkorst ligt een schier onbeperkte bron van energie: de warme aardkern. Maar om daar te komen moet je onmogelijk diep boren; geen boorkop kan dat. Kernfusie lijkt nu uitkomst te bieden, volgens een MIT-bedrijf.

Geothermie ijsland Geothermische bronnen in IJsland zorgen voor duurzame warmte | Credits: Adobe Stock

Het Amerikaanse Quiase Energy heeft een wel heel ongewoon idee om duurzame energie op te wekken: gebruik een kernfusiekanon om stenen weg te blazen en zo gaten van 20 kilometer diep te boren. Op die diepte kun je bijna overal op aarde de warme binnenkant van de planeet bereiken en een duurzame bron van energie omhoog pompen.

Nu is geothermie iets dat maar op een paar plekken toepasbaar is. Er moeten ondergrondse warmtereservoirs zijn die dicht bij het oppervlak liggen. In IJsland is dat bijvoorbeeld volop het geval; dit land haalt dan ook bijna alle warmte uit geothermie. En hoewel er in Nederland ook projectjes lopen, is er van grootschalige verwarming met aardwarmte nog geen sprake.

Boren breken op korst

Dat heeft een belangrijke reden: vaak ligt die warmte te diep om kosten-efficiënt omhoog te halen. Op 3 tot 20 kilometer diepte haal je de meeste warmte op, maar dat is een bijna oneindige afstand voor de meeste boormachines. De hitte, de druk en de hardheid van de stenen vormen allemaal een probleem. Daardoor zijn boorkoppen heel snel op en moet je jaren graven voor je op een nuttige diepte bent.

MIT-onderzoek van jaren geleden liet echter zien dat er een andere manier is. Je kunt kernfusie gebruiken om een gat te graven. Dat werkt zo: de deeltjes in een kernfusiestraal hebben zoveel energie dat ze elk object waarmee ze in aanraking komen vaporiseren. Zo ook gesteende; dat verandert in piepklein stof als er een energierijke fusiestraal op komt.

Fusiekanonnen

Door die straal heel erg gefocused door de aarde te sturen is het volgens het MIT mogelijk om gaten te graven voor een fractie van de moeite en kosten die er nu bij komen kijken. Het instituut vond dit zo’n goed idee dat er in 2018 een spin-off kwam: Quaise Energy. Dit bedrijf wil de fusiekanonnen gaan leveren die nodig zijn om diepe gaten te boren.

Het maken van bruikbare ‘fusiestralen’ kost heel veel energie en is technisch ingewikkeld. Normaal onderzoeken bedrijven en wetenschappers vooral of kernfusie op zichzelf energie kan opleveren; dat is de ‘heilige graal’ van de schone energie. Daarvoor is het nodig om heel heet plasma te maken en dat stabiel te houden, zodat het op een gegeven moment zo heet wordt dat er fusie optreedt: de versmelting van twee deeltjes (vaak waterstofatomen), waarbij een heleboel energie vrijkomt.

Netto energie

Het zal nog even duren voordat kernfusie energie oplevert. Maar: het hete plasma kan nu al gemaakt worden, en kan dus ook al een doel dienen. Als je het gebruikt om een gat te boren moet er wel de hele tijd energie ingepompt worden. Maar aan het einde heb je een betrouwbare, langdurige bron van duurzame warmte uit de aardkern. Onderaan de streep levert dat hele proces dan dus energie op.

Quaise wil in 2024 met hun technologie een gat boren van 20 kilometer diep. Als je door dat gat water stuurt komt het superheet terug: 500 graden Celsius. Met die temperaturen kan het water gebruikt worden voor industrie, maar ook om elektriciteit op te wekken.

Luchtvervuiling Nederland ondergeschoven kindje in klimaatdebat

“Het is nu een stuk beter dan een paar decennia geleden”, begint Jan Harm Brouwer van de provincie Zuid-Holland. “De luchtkwaliteit in Nederland in de jaren 70 was ronduit slecht. Net als nu met de stikstofcrisis hadden we in de jaren 80 een bouwstop omdat er teveel fijnstof in de lucht hing. Inmiddels voldoen we weer aan de Europese grenswaarden.” Wat is fijnstof? De Nederlandse lucht wordt vervuild door fijnstof: de verzamelnaam voor microscopische deeltjes afkomstig uit bijvoorbeeld uitlaatgassen, fabrieksrook, versleten autobanden, opstuivend zand of plantresten. Een andere beruchte boosdoener is NOx. Dit stofje komt vrij bij verbrandingsmotoren en draagt in combinatie met fijnstof bij aan smog. Een jaar eerder dood “Op dit moment is de situatie in Nederland zo dat mensen gemiddeld een jaar eerder doodgaan door de blootstelling aan vervuilde lucht”, zegt Brouwer. “Gezondheidsrisico’s van vervuilde lucht zijn bijvoorbeeld long- en ademhalingsproblemen, hart- en vaatziekten en celafwijkingen die tot kanker kunnen leiden. Aan de ene kant voldoen we dus aan de Europese wettelijke kaders. Maar als je kijkt naar de adviezen van de Wereldgezondheidsorganisatie dan kan de luchtkwaliteit nog een stuk schoner als je gezondheidsproblemen wilt voorkomen.”Schone Lucht Akkoord Afspraken om de luchtkwaliteit in Nederland te verbeteren zijn vastgelegd in het Schone Lucht Akkoord (SLA). Consultancybureau Rebel organiseerde en faciliteerde de onderhandeling tussen bedrijven, kennisinstellingen en (lokale) overheden die resulteerde in de ondertekening van het akkoord. Inmiddels hebben alle 12 provincies en al bijna 90 gemeenten het akkoord getekend. Inmiddels houdt Rebel zich ook bezig met de uitvoeringsfase, in het bijzonder op het thema scheepvaart. Binnen dit project verbindt Rebel verschillende stakeholders met elkaar. Het doel: verschillende schakels bij elkaar brengen, versterken en tot actie aanzetten.Vieze lucht gaat over grenzen Het verbeteren van de luchtkwaliteit in Nederland hebben we niet volledig in eigen hand. Voor tweederde ontstaat de luchtvervuiling in ons land op lokaal en nationaal niveau. Voor een derde komt vervuilde lucht overwaaien uit het buitenland, bijvoorbeeld uit het industriële Ruhrgebied. Netto blijft Nederland ‘exporteur’ van vervuilde lucht: er waait meer met name door intensieve veehouderij en zware industrie veroorzaakte luchtvervuiling over de grens dan de andere kant op. Lees ook: 38 procent van de Nederlanders voor extra Gronings gas, volgens Jetten laatste redmiddel Best beschikbare techniek Om de luchtkwaliteit in Nederland te verbeteren moeten we onder andere kijken naar het vergunningsaanvraagproces voor bedrijven. “Bedrijven doen een aanvraag bij de overheid om een bepaalde hoeveelheid vervuilende stoffen uit te stoten”, legt Brouwer uit. “Dit gaat op basis van BBT: best beschikbare technieken.” Anders dan het woord doet vermoeden gaat dit niet letterlijk om de best beschikbare techniek. “BBT is de technische maatstaf waarvan de EU heeft bepaald dat die redelijkerwijs verwacht mag worden van een Europees bedrijf. Het is eigenlijk een minimum.” Meer uitstoten Hierdoor ontbreekt voor bedrijven de noodzaak om het beter te doen dan wettelijk noodzakelijk. Daarbij loopt de vaststelling van de BBT een stuk trager dan technologische vooruitgang. BBT worden slechts eens in de zoveel jaar vernieuwd. Het vergunningsaanvraagproces wordt bovendien vaak uitbesteed aan adviesbureaus. Deze vragen over het algemeen meer ‘uitstootruimte’ aan dan de klant strikt genomen nodig heeft. Bedrijven kúnnen dus wel beter presteren, maar huidig beleid moedigt dat niet direct aan. Lees ook: Europa bouwde recordaantal windmolenparken in 2021, maar blijft mijlenver van Green Deal-doel Luchtkwaliteit en fossiele brandstoffen Het verbeteren van de luchtkwaliteit en het verlagen van broeikasgassen zijn twee kanten van dezelfde medaille. Bij het verbranden van fossiele brandstoffen komt namelijk zowel koolstofdioxide als stikstofoxiden en fijnstof vrij. Door de uitstoot van de fossiele industrie te verlagen, verminderen we dus CO2-uitstoot en luchtverontreiniging. Brouwerij wordt klimaatneutraal Een verbetering van de luchtkwaliteit en daarmee de leefomgeving vraagt van organisaties dat ze verder kijken dan de wettelijke kaders. Daarvoor zijn samenwerkingen nodig tussen het bedrijfsleven, de wetenschap en lokale overheden. Zo verkende in 2011 HEINEKEN Nederland Supply (HNS), de tak van de bierbrouwer die produceert voor Nederland en exporteert naar 150 markten wereldwijd, de mogelijkheid voor een klimaatneutrale brouwerij in Zuid-Holland. De aanleg van een windpark was daarvoor een goed begin. “Maar al snel werd op directieniveau duidelijk dat dit nooit ging lukken zonder hulp van de omgeving”, vertelt Jan Kempers, duurzaamheidsconsultant en destijds manager duurzame ontwikkeling bij HNS. “Toen hebben we onderzocht hoe omwonenden ook kunnen profiteren van zo’n windpark.” Lees ook: Groen uit gerenoveerde wijken krijgt tweede leven: ‘Struikroven moet de norm worden’ Landbouw, biogas en duurzame scheepvaart Uiteindelijk was het windmolenplan aanleiding voor HNS om meer thema’s in de regio op te pakken om duurzaamheid te stimuleren. Zo konden lokale boerderijen gebruik maken van restproducten uit de brouwerijen, wordt nu biogas afgenomen van een afvalwaterzuiveringsbedrijf in Den Bosch als groene energie voor het brouwerijproces, en onderzocht het met logistieke partners de mogelijkheid om de containerschepen die voor HNS het bier naar de havens vervoert elektrisch te maken. Dit laatste leidde tot de oprichting van een nieuw bedrijf: Zero Emission Services. Groene Cirkels “De provincie Zuid-Holland was erg gecharmeerd van onze lokale aanpak”, aldus Kempers. “Samen zijn we toen naar de Universiteit van Wageningen gestapt om onze methodiek te concretiseren.” Daaruit is het programma Groene Cirkels ontstaan: een uitgebreid netwerk van innovatieve bedrijven, kennisinstellingen, overheden en maatschappelijke organisaties die op lokaal niveau aan duurzame en circulaire oplossingen werken.“In 2030 hebben we de ambitie om wereldwijd net zero te worden in onze eigen productie en in 2040 binnen de gehele waardeketen”, zegt Jan-Willem Vosmeer, manager sustainable development van HEINEKEN. "Als je kijkt naar onze totale CO2-voetafdruk dan zit het gewicht niet zozeer in onze brouwerijen (scope 1 en 2), maar daarbuiten. Bijvoorbeeld in landbouw, verpakkingen en transport (scope 3). Daar heb je niet direct controle over. Je hebt gezamenlijke inspanning nodig met leveranciers en andere partners om hier verbetering te behalen. Daar is de Groene Cirkelmethode een goed voorbeeld van. Maar we zoeken die samenwerking ook op internationaal niveau, bijvoorbeeld met onze leveranciers van koelsystemen.” Wat zijn scope 1, 2 en 3? Directe en indirecte uitstoot, wat betekent dat eigenlijk? In de regel wordt onderscheid gemaakt in scope 1 (wat komt er uit mijn eigen schoorsteen?), scope 2 (wat komt er uit de schoorsteen van mijn energieleverancier?) en scope 3 (wat komt er uit de schoorsteen van mijn leveranciers, klanten, medewerkers etc.?).Suikerbieten en frites Inmiddels worden de principes van Groene Cirkels die HNS en zijn partners ontwikkelden toepast door andere bedrijven. Zo werkt Cosun Beet Company (vroeger Suikerunie) samen met Naturalis en provincie Noord-Brabant aan een circulaire suikerbietenketen en bouwt Zuivelfabriek De Graafstroom met onder andere de WUR aan een duurzame frietketen. Kijk over eigen schutting Het zijn precies de aanpakken die nodig zijn om boven de wettelijke minima uit te stijgen, denkt Brouwer van de provincie Zuid-Holland. “Een enkel bedrijf kan wel verduurzamen, maar als dat betekent dat elders een milieuprobleem groter wordt, gaan we er als geheel op achteruit.” Brouwer roept bedrijven dan ook om over hun eigen schutting heen te kijken. “Welke andere partijen zitten in mijn ecosysteem? Wat zijn onze gezamenlijke problemen en hoe kunnen we elkaar benutten?” “Het is altijd makkelijker om je eigen bedrijf te verduurzamen, dan een hele omgeving”, zegt Kempers. “Dus voor sommigen schrikt het af als je van een klein probleem, een grensoverschrijdend probleem maakt. Maar uiteindelijk zul je merken dat door het sluiten van partnerschappen je eigen opdracht makkelijker wordt. Bovendien heb je samen met anderen meer slagkracht. Heb het lef om je hand uit te steken naar anderen.”Schrijf je in voor onze Newsbreak: iedere dag rond 12 uur het laatste nieuws Wil jij iedere middag rond 12 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan! Schrijf je hier in voor onze Newsbreak.