Terwijl energie uit water onze energievoorziening schoner maakt en we minder afhankelijk worden van andere bronnen. Als we een duurzame economie willen, moeten we zoeken naar hernieuwbare oplossingen. Energie uit water is zo’n oplossing, in Noord-Holland Noord weten we dat. Maar hoe werkt het eigenlijk?
Uit water kunnen we op verschillende manieren energie halen. Stromend water bevat kinetische energie. Golven bevatten zowel kinetische als potentiële energie. Een slimme combinatie van zoet en zout water levert een drukverschil of een elektrische spanning. Zeewater en binnenwater kan ook de voedingsbodem zijn organisch materiaal. En tot slot bevat water thermische energie. Tezamen een rijk pallet aan mogelijkheden met water: waterkracht, getijdenenergie, golfenergie, zoet-zout energie, aquatische biomassa en warmte/koude opslag. We leggen hier kort uit wat dat is.
De energieconsumptie wordt uitgedrukt in PJ (Petajoule). In 2013 verbruikten we in Nederland 3.255 PJ. Om hiervan een voorstelling te maken: 7.800.000 huishoudens verbruikten daarvan toen 451 PJ. Het energieverbruik van een gemiddeld huishouden bestaat uit 38% aardgas, 28% elektriciteit gemaakt uit gas of kolen, 30% motorbrandstoffen en 3% uit overige bronnen. Fossiele brandstoffen leveren betrouwbaar en goedkoop energie, daarom gebruiken we het tot nu toe graag. Maar het is funest voor een duurzaam milieu. Hoog tijd dus voor hernieuwbare vormen van energie: uit water.
Energie door waterkracht kunnen we halen uit enkele rivieren in Nederland. We hebben natuurlijk geen bergen, maar wel een beetje verval. Vanaf de landgrens waar de rivieren ons land binnenkomen tot het punt waar ze in zee stromen zit hoogteverschil, van tien meter bij de Rijn tot vijfenveertig meter bij de Maas. De productie van elektriciteit is afhankelijk van het verval en de hoeveelheid water dat door de rivier wordt afgevoerd. Zo stroomt bij de Rijn dagelijks zo’n 2,2 miljoen liter (800 kubieke meter) water per seconde ons land in, en bij hoog water loopt dat op tot zelfs zo’n 16 miljoen liter. In Medemblik maakt Fishflow Innovations visvriendelijke vijzelturbines voor toepassing in rivierstuwen.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 11 PJ per jaar
Door getijden stijgt en daalt het zeewater en stroomt het. Met name langs de kust kan de waterhoogte tussen eb en vloed meters verschillen. Het stromend water wordt omgezet in elektriciteit door turbines gekoppeld aan generatoren. Het water stroomt door de turbines en zet deze in beweging, zoals bij een windturbine maar dan onder water. Het Noord-Hollandse bedrijf Tocardo uit Den Oever heeft een getijdencentrale ontwikkeld met vijf turbines voor de Oosterscheldedam. Deze levert elektriciteit voor ruim duizend huishoudens. Turbines kunnen ook in een (natuurlijk) bassin geplaatst worden of in een waterdam zoals de Afsluitdijk.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 85 PJ
De energie kan worden gewonnen uit de snel wisselende waterhoogte van golven op zee. Naar schatting hebben de golven die onze kust bereiken een vermogen van 1.700 MW. Dat is gelijk aan het vermogen van 17.000 auto’s en levert in potentie jaarlijks genoeg energie op voor zo’n 900.000 huishoudens.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 54 PJ
Er zijn op dit moment een aantal methodes waarmee we energie uit golven kunnen halen:
1) De stroming in het water die met de golven heen en weer gaat richting de kust, een voorbeeld hiervan is Schotse ‘Oyster’ in Orkney.
2) Hydrodynamische druk onder water, een voorbeeld hiervan is de Noord-Hollandse ‘Symphony‘ die in onze regio wordt ontwikkeld door Teamwork Technology.
3) Het opstuwen van een binnenstromende golf door een taps toelopend kanaal, een voorbeeld hiervan is de Deense ‘Wavedragon’
4) Een door golven aangedreven oscillerende luchtkolom door compressie in een luchtkamer, een voorbeeld hiervan is de Schotse ‘Wavegen’.
5) Gekoppelde boeien of drijflichamen die de golfbeweging benutten om een generator aan te drijven. SeaStar (V.S.) en Pelamis (Portugal) zijn hiervan voorbeelden.
We kunnen ook energie halen uit de ongelijkheid in zoutconcentratie van zoet en zout water, bijvoorbeeld waar een rivier in zee stroomt of het IJsselmeerwater in de Waddenzee. Als zoet en zout water van elkaar gescheiden zijn door een halfdoorlatend membraan, worden opgeloste stoffen zoals zout niet doorgelaten en stroomt zoet water naar de zoute kant. Dit proces heet osmose. Bij de combinatie van zout zeewater en zoet rivierwater kan druk worden opgebouwd tot zo’n 28 bar. En daar kunnen we energie uit winnen.
Een andere methode is het gebruik van ion-selectieve membranen. Hierdoor ontstaat direct een elektrische spanning. Een voorbeeld van deze methode is de proefcentrale van het Nederlandse bedrijf REDstack op de Afsluitdijk. Per jaar stroomt gemiddeld 89.600 miljoen kubieke meter zoet rivierwater in zee. Het vermogen van energie uit de zoet-zoutovergang komt daarmee op 7.000 MW, dat is omgerekend 220 PJ. De 7,8 miljoen Nederlandse huishoudens verbruiken in totaal tussen de 400 en 500 PJ. Energie uit zoet-zoutovergang kan dus in de helft van de vraag voorzien als we het volledig zouden kunnen benutten.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 220 PJ
De in water levende microalgen, zeewieren en waterplanten vormen samen aquatische biomassa. Er is geen landbouwgrond nodig om het te telen, ze vermenigvuldigen snel en bevatten veel eiwitten en oliën. Algen zijn zeer geschikt om te raffineren tot bestanddeel voor biobrandstof: je krijgt dan biodiesel uit algen waarmee we de CO2-uitstoot kunnen verlagen. Het kweken van algen wordt momenteel getest op land in testvijvers. In Noord-Holland Noord is al een ‘zeeboerderij’ bij Texel die wieren teelt en oogst voor onder meer duurzame energieproductie.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 190 PJ
Ons oppervlaktewater is in de zomer warm is en in de winter koud. Deze vorm van thermische energie uit water is ook duurzaam. Het vormt een alternatief voor het verwarmen en koelen van gebouwen met oppervlaktewater. Het opslaan van de warmte of de koude uit het water is ook mogelijk. Oppervlaktewater in stedelijk gebied bijvoorbeeld, heeft een groot potentieel voor het verwarmen en koelen van gebouwen die zich dichtbij het water bevinden. Zo’n gebouw kan een datacenter of ziekenhuis zijn. Koeling met oppervlaktewater in de zomer heeft als bijkomend voordeel, dat het de kwaliteit van het water verbetert: minder kans op drijflagen, botulisme, (blauw)algen en stank. De totale oppervlakte van onze meren, plassen en rivieren is ruim 2.500 vierkante kilometer. De oppervlakte van de Noordzee is 57.000 vierkante kilometer. De energie uit wamte en koude van al dit water kan natuurlijk slechts gedeeltelijk benut worden. De gebouwen die ervan profiteren moeten dicht bij de bron staan. Stel dat je een oppervlakte van 1.000 vierkante kilometer kan benutten, dan levert dat zo’n 20 PJ per jaar op.
Potentiële energievoorraad in Nederland: 20 PJ
Dus water is een interessante energiebron. Maar wat levert het ons potentiëel nu eigenlijk op? We zetten even alle initiatieven en hun potentiële energievoorraden onder elkaar:
waterkracht: 11 PJ
getijdenstroming: 85 PJ
golven: 54 PJ
zoet-zoutovergang: 220 PJ
aquatische biomassa: 190 PJ
thermisch: 20 PJ
totaal potentieel energievoorraad: 580 PJ
In totaal kan energie uit water dus behoorlijk veel duurzame energie opleveren, namelijk zo’n 580 PJ. Als we het potentieel volledig zouden kunnen benutten, kunnen we ruim voldoen aan de jaarlijkse vraag van de Nederlandse huishoudens van zo’n 400 tot 500 PJ!
Wil je meer weten over energie uit water, kijk dan eens op deze sites:
Nederlandse Vereniging voor Energie uit Water
European Marine Energy Centre (EMEC)
Met dank aan Pieter Bergmeijer en Fred Gardner
Niet alleen in omvang, maar juist ook op het vlak van maatschappelijke impact. Of het nu gaat om financiering, huisvesting of gewoon een klankbord om je ideeën aan te spiegelen.
