Het politieke deel

Global Conference on Renewable Energy Approaches for DEsert Regions [GCREADER]
Le Royal Hotel Amman, Jordan, 18-22 September 2006
Woestijnen: duurzame energiecentrales en onuitputtelijke
drinkwaterbedrijven voor de hele wereld
Gerhard Knies
Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation
TREC
[email protected]
Samenvatting
De woestijnen op aarde en hun kustlijnen kunnen een oplossing verschaffen voor de
wereldwijde energie en waterproblemen. De woestijnen ontvangen overdag grote
hoeveelheden energie van buiten de aarde en zij zenden deze energie dag en nacht terug de
ruimte in als warmtestraling. De zon straalt ongeveer 1000 maal zoveel energie naar de
woestijnen op aarde als de mensheid gebruikt. Elke vierkante kilometer woestijn ontvangt
jaarlijks een hoeveelheid energie, gelijk aan 1,5 miljoen vaten olie. De hoeveelheid energie
die jaarlijks wereldwijd wordt verbruikt bereikt de woestijnen op aarde gedurende 5,7 uur
zonneschijn. We hebben de technologie om minstens 50% hiervan om te zetten in bruikbare
energie, zoals hitte voor stroomproductie, voor krachtcentrales en voor zeewaterontzilting.
Thermische zonnecentrales en zoetwaterbedrijven in woestijnen kunnen in elke denkbare
vraag van de mensheid naar schone energie en zoet water voorzien, als landen met veel zon
gaan samenwerken met landen waar technologie voorhanden is. Sunbelt en technologybelt
kunnen de energie, water en klimaatproblemen op aarde oplossen en kunnen de mensheid
weer in evenwicht brengen met Moeder Aarde, als ze gaan samenwerken alsof er geen
grenzen bestaan.
1. De wereld energie problematiek
De discussies over de zekerstelling van energieverschaffing, over fossiele brandstof
reserves en over uitstoot van broeikasgassen nemen toe. Aanvaardbare oplossingen voor het
energieprobleem lijken moeilijk te bereiken of zelfs onmogelijk. De klimaatverandering stelt
onze beschaving en de primaire leefomstandigheden ter discussie. De Club van Rome heeft er
reeds in 1972 op gewezen dat de ontwikkeling van de mensheid de grenzen van de groei aan
het bereiken is. Zulke grenzen zouden op twee (of zelfs meer) manieren bereikt worden: Door
uitputting van hulpbronnen en door vervuiling van het milieu op een schaal die het
herstelvermogen overstijgt. Uitputting van hulpbronnen zal diegenen treffen die de
overexploitatie veroorzaken. Tekorten zullen reacties uitlokken om de problemen het hoofd te
bieden. De gevolgen van vervuiling zullen echter pas met een grote vertraging in tijd
merkbaar zijn, met gevolg dat we er te lang mee door gaan waardoor onherstelbare schade
ontstaat en het milieu niet langer in staat is het systeem in stand te houden (overshoot.) Het
gevolg kan een ineenstorting zijn van de systemen die het leven mogelijk maken. Herstel is
wellicht niet mogelijk. Om “overshoot” te voorkomen zijn preventieve maatregels nodig in
plaats van actie achteraf. Er is geen wereldomvattend orgaan dat verantwoordelijk is voor, of
belast met de ecologische veiligheid op aarde.
De problemen van uitputting en “overshoot” staan hoog op de agenda van de energiesector:
-De uitputting van de ene bron van energie kan de introductie van alternatieven tot gevolg
hebben.
-Klimaatverandering draagt in zich het gevaar van een dermate snelle verandering van de
leefomstandigheden, dat ontwikkelde natuurlijke en sociale systemen niet in staat zijn zich
aan te passen.
Kan zonne-energie uit de woestijnen een oplossing worden voor allebei de problemen.
Hiervoor moeten we drie vragen beantwoorden:
1. Is er genoeg zonne-energie in de woestijnen om uitputting van hulpbronnen te
voorkomen en om terug te keren naar de toestand van een evenwichtig klimaat?
2. Kan zonne-energie uit de woestijnen stroom leveren op het moment dat er vraag
naar is?
3. Kan de energie van de woestijnen getransporteerd worden naar gebieden waar
voldoende vraag is.
Zonne-energie is een buitenaards alternatief voor de beperkte bronnen op deze planeet. Ze
draagt niet bij aan de uitputting van aardse hulpbronnen noch aan vervuiling van het milieu op
aarde. Zonne-energie komt overdag uit de ruimte als zonlicht en keert dag en nacht terug als
warmtestraling – of we het gebruiken of niet. Waar zonlicht de drijvende kracht is voor al het
leven op aarde, is het milieu hier in natuurlijk evenwicht met zonnestraling.
2. De mogelijkheden van zonne-energie in de woestijnen.
Zonnestraling kan worden omgezet in bruikbare energie en verschaft zo de
energiediensten, zoals elektriciteit, mobiliteit en warmte, waarvoor nu fossiele brandstoffen
worden gebruikt. De vraag is echter of er genoeg zonne-energie beschikbaar en toegankelijk
is.
De meest effectieve plaatsen om zonne-energie te verzamelen zijn de woestijnen. Het
potentieel aan zonne-energie in woestijnen kan worden geschat aan de hand van de grootte
van woestijnen en van de gemiddelde energie die zij jaarlijks ontvangen van de zon. Omdat er
verschil van mening is over de definitie van de afmeting van woestijnen hebben de volgende
bedragen een foutmarge van 10%. Maar omdat het aanbod van zonne-energie veel groter is
dan de vraag is een grotere nauwkeurigheid niet nodig.
Tabel 1: Jaarlijks zonne-energie potentieel van de woestijnen op aarde
Woestijngrootte
volgens UNEP
33 miljoen km2
Gemiddelde jaarlijkse
Totale jaarlijkse energieontvangst in
energieopbrengst per
woestijnen
vierkante meter
2,4 MWh (thermisch),
80 miljoen TWh
gelijk aan
-0,3 ton steenkool
10.000 miljard (giga) ton steenkool
-0,24 m3 olie, of een laag
van 24cm. diepte
50.000 miljard vaten olie
-1,5 vat olie
300.000 Exajoules
3. Het probleem van de uitputting van fossiele hulpbronnen
De stijgende olieprijzen tonen aan dat de uitputting van olie reeds zichtbaar wordt. Ook de
reserves aan aardgas, steenkool en producten voor kernsplitsing zijn begrensd. Fig.1 /BGR
2005/ toont de nu bekende (bewezen) reserves, de huidige productie-consumptie en de
vermoedde reserves aan fossiele hulpbronnen gebaseerd op geologische overwegingen. Bij
vergelijking met de mogelijkheden van zonne-energie ( tab.1) springen twee resultaten in het
oog ( tab.2).
1. De totale nu bekende reserves van fossiele energie komen overeen met slechts 47
dagen zonne-energie in de woestijnen.
2. De wereldwijde consumptie van fossiele energie in 2004 van 13,1 Gtoe (= 380EJ)
komt overeen met ½ dag (5,7 uren) zonneschijn in de woestijnen.
Figuur 1:Productie, reserves en bronnen van de afzonderlijke niet-duurzame brandstoffen in 2004, in
Gigaton steenkool equivalent: 1Gtce = 29EJ = 8,140 TWh-thermisch.
Tabel 2: Fossiele reserves, hulpbronnen, productieniveaus, uitputtingstijd en levertijd bij zonne-energie
Fossiele energiebron
Totaal
Olie (conventioneel)
Olie (non-conv.)
Aadgas (conv.)
Aardgas (non-conv.)
steenkool en bruinkool
Uranium, Thorium
Overeenkomstige zonnelevertijd in
Statische
woestijnen
Productie uitputtingsBewezen reserve
niveau
tijd
Bew.
reserve
Jaarlijkse
(Vermoedde res)
(Reserve/P) (vermoedde res.) productie in uren
in jaren
In dagen
1279 (6224)
13,1
98
47
(227)
5,7
233 (118)
5,5
42
8,5
(4,3)
2,4
96 (361)
196 (230)
3,0
65
1,3
2 (1687)
697 (3541)
4,1
170
1,8
56 (293)
0,5
101
0,2
Daar 10% van de zonne-energie kan worden omgezet in “bruikbare” energie zoals
elektriciteit, kunnen we vaststellen dat de huidige totale jaarlijkse vraag naar energie op aarde
in woestijnen kan worden opgewekt binnen 5 dagen. Dit werpt de vraag op: Waar ligt het
probleem van de energiebronnen? De bedragen in Tabel 2 voor productie/consumptie van
energie zullen stijgen met het groeien van de bevolking. In fig. 2 tonen we het scenario
“Exemplarische Pfad” zoals aangeboden door de Wissenschaftlicher Beirat der
Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, WBGU, dat uitgaat van een stijging van
de wereldwijde primaire energievraag met een factor 4 tot 1600 EJ of 55Gtce, over de periode
2000 tot 2100. Dit is 0,55 % van de zonne-energie die de woestijnen bereikt. Nogmaals: Wat
is het probleem van uitputting?
Figuur 2:
Ontwikkeling van de
wereldwijde primaire
vraag naar energie
volgens het scenario
“Exemplarische Pfad”
van de de
wetenschappelijke
adviescommissie
(WBGU) van de Duitse
regering
Wanneer uitputting van fossiel hulpbronnen dreigt, zou het geen probleem moeten zijn om
tekorten aan te vullen met zonne-energie in woestijnen. Dit is zelfs mogelijk als de huidige
energievraag zou stijgen met een factor 10, vooropgesteld dat de technologie om zonneenergie te winnen aanwezig is en geïnstalleerd is voor het tot uitputting komt.
We kunnen dus met zekerheid stellen:
Woestijnen kunnen energie leveren voor elke denkbare vraag van de mensheid.
4. Het probleem van vervuiling door fossiele brandstof –
klimaat verandering
Het andere probleem van het gebruik van fossiele energiebronnen is de toenemende
vervuiling van de atmosfeer. Dit is onderdeel van een algemener probleem van de groeiende
wereldbevolking: Het overstijgt het draagvermogen van het ecosysteem Aarde op
verscheidene manieren. Vandaar dat de Club van Rome in zijn 30 jarige herziening van 2004,
van het rapport “Grenzen aan de Groei” wijst op het overshoot probleem. Om de
“Ecologische Consumptie op Aarde” te kwantificeren is de menselijke voetafdruk, “human
footprint”, gedefinieerd /Wackernagel.../. De ontwikkeling hiervan wordt getoond in Fig. 3.
De menselijke ecologische voetafdruk is een middel voor het beheersen van hulpbronnen dat
meet hoeveel oppervlakte land en water een bevolking nodig heeft om de hulpbronnen te
produceren en zijn afval te absorberen met de nu beschikbare technologie. De totale
menselijke voetafdruk volgt uit de gemiddelde individuele footprint die verkregen wordt uit
het consumptiepatroon en het totale bevolkingscijfer:
Human Footprint = HF = ( individuele human footprint) maal ( wereldbevolking)
Figuur 3. Het verband tussen de
de wereldvraag en de wereldbiocapaciteit per jaar, en hoe dit
verband in de tijd is veranderd.
Uitgedrukt in “number of planets”.
De biocapaciteit van de aarde is
steeds 1 ( de horizontale blauwe
lijn).
De mate waarin van de menselijke voetafdruk de ecologische capaciteit van de aarde ( EEC)
overstijgt wordt getoond in fig. 3. Hij laat zien hoe het netto gebruik van de biocapaciteit van
deze planeet is gestegen van de helft van de capaciteit in 1961 tot 1,2 maal de capaciteit in
2002. De belangrijke boodschap is dat HF de EEC heeft overstegen rond 1980 en nu ongeveer
25% hoger is. Dit zal leiden tot aantasting en uiteindelijk ineenstorting van natuurlijke
systemen.
Het reeds zichtbare begin van een klimaatverandering zegt ons dat het overshoot concept niet
slechts theorie is. Klimaatverandering is een werkelijkheid met gevaarlijke implicaties omdat
het de wereld biocapaciteit zal verkleinen. Het klimaat is de belangrijkste factor die
natuurlijke leefomstandigheden mogelijk maakt. Klimaatverandering zal ons “tehuis” op
aarde veranderen of vernietigen. Snelle klimaatverandering zal ons “dakloos” kunnen maken.
Potentiële gevolgen van een ineenstorting zijn het grootschalige smelten van ijskappen aan de
polen en een eind aan de Golfstroom circulatie in de Noord-Atlantische Oceaan. Om het
evenwicht van de natuurlijke leefomstandigheden te herstellen moet de overshoot ongedaan
worden gemaakt. Hiertoe moet de footprint worden gereduceerd met tenminste 25%, terwijl
de wereldbevolking blijft groeien.
Figuur 4. laat de diverse onderdelen van de menselijke footprint zien als hectaren gemiddelde
bioproductiviteit die elk persoon vraagt. Die bedraagt 2,2 hectaren; 1,2 hectaren voor fossiele
energie, waarvan weer 89% nodig is voor het absorberen van CO2, 7% voor kernenergie en
4% voor productie van hout als brandstof.
Figuur 4: Aantal hectaren, nodig voor de
verschillende bestanddelen van de
gemiddelde Ecologische Footprint per
persoon.
Tabel 3: Hoe kunnen wij bijdragen aan een reductie van de human footprint
Oppervlak in
gebruik als:
Beschikbaar voor
HF reductie
Reden
1
Landbouw
Nee
Bevolkingsgroei
2
Veeteelt
Nee
Bevolkingsgroei
3
Visserij
Nee
Bevolkingsgroei
4
Bosbouw
Nee
Ontbossing
5
Hout als brandstof ?
6
Kernenergie
Ja
Vervangen door buitenaardse bron:
Zonne-energie uit woestijnen
7
CO2 absorptie
Ja
8
Bewoond gebied
Nee
Vervangen door buitenaardse bron:
Zonne-energie uit woestijnen
Bevolkingsgroei
De fossiele energieën, brandstof en kernenergie, zijn voor meer dan 50% verantwoordelijk
voor de ecologische footprint. Kernenergie draagt voor 7% bij aan de energie footprint, maar
volgens fig.1 voor slechts 3,8% aan de primaire energie. Vandaar dat het vervangen van
fossiele energie door kernenergie geen reductie oplevert van de ecologische footprint.
De vraag naar voedsel (items 1-3 in Tabel 3) en naar gebouwen (item 4,8) kan per persoon
niet veel verlaagd worden. Hout als brandstof maakt een te klein deel uit voor het verlagen
van de footprint en kan ook niet eenvoudig vervangen worden. Veruit de grootste en snelst
groeiende bijdrage aan het verbruik van de capaciteit op aarde wordt veroorzaakt door de
sector fossiele energie (6,7). De noodzakelijke reductie van de totale footprint met (tenminste)
25% zou bereikt kunnen worden met een 50% reductie van de energie footprint.
In tegenstelling tot fossiele brandstoffen, die door delven aan de aarde worden onttrokken en
na verbranding worden gedumpt in de biosfeer als langdurige vervuilers, CO2 in de atmosfeer
en radioactief afval in vele opslagplaatsen, draagt zonne-energie niet bij aan de menselijke
ecologische footprint, aangezien zonnestraling de aarde sowieso bereikt. Zijn “restjes” in de
vorm van immateriële warmte zullen precies hetzelfde zijn als die van de anders
“ongebruikte” zonne-energie. Dit is waar het bij ecologie om draait: Het gebruik en de
opslag van zonne-energie en zonnestroom hebben geen invloed op de wereld
energiebalans.
Als 50% van het huidige gebruik van fossiele brandstof aanvaardbaar is voor de footprint,
volgt uit de gegevens van fig. 1 dat het gebruik van fossiele brandstof zou moeten worden
gereduceerd tot een hoeveelheid van ten hoogste 6 gigaton per jaar aan steenkool equivalent,
wat overeenkomt met ongeveer 12 gigaton CO2.
Dezelfde grens is opgemaakt uit overwegingen van klimaatbehoud: om bv. de grens aan de
gemiddelde temperatuurstijging te stellen op 2 graden (Kelvin) en om de CO2 concentratie in
de atmosfeer onder 450 ppm te houden, moet de CO2 uitstoot in de atmosfeer worden beperkt
tot 13 gigaton per jaar /WBGU/, wat overeenkomt met 6,5 Gtce fossiele energie per jaar. Dit
houdt in dat van de te verwachten totale consumptie van 55 Gtce in 2100 ongeveer 50 Gtce
zou moeten komen uit schone duurzame bronnen. Dit is geen probleem gezien de 10.000 Gtce
aan zonne-energie die naar de woestijnen worden gestraald. Het enige probleem zou kunnen
ontstaan uit een tekort aan materialen voor de constructie van geschikte woestijntechnologie.
5. Technologie voor woestijnen als duurzame energiecentrale
Een simpele manier om zonne-energie in de woestijnen om te zetten in bruikbare
energie voor de wereld is door het opwekken van elektriciteit die direct kan worden
verzonden over duizenden kilometers naar de gebieden waar de vraag groot is. Om aan de
vraag van het moment te kunnen voldoen moet elektriciteit worden geleverd als er vraag is,
om kostbare inspanningen voor energieopslag te vermijden. Extreme schommelingen in de
vraag kunnen worden gladgestreken door management aan de vraagkant waardoor in enige
mate vraag en aanbod kunnen worden gecoördineerd. Anderzijds zou de mogelijkheid van
vraaggerichte productie toestaan de productie aan te passen aan de vraag. De technologie van
zonthermische centrales biedt hiervoor de beste mogelijkheden. Hiertoe moet zonlicht worden
geconcentreerd om hitte te produceren van voldoende hoogte (meer dan 300 graden Celsius),
die vervolgens wordt gebruikt om stoom te creëren om stoomturbines aan te drijven. De
zonnecollectors moeten het zonlicht daarom concentreren met een factor 40 of meer. De
bundeling kan in 1 richting (parabolische trogspiegels, Fresnel installaties) of
tweedimensionaal ( zonnetorens, zonneschotels).
Figuur 5.
Parabolische
trogspiegel
bij
Kramer Junction,
Californië, VS.
Voor deze zg. Concentrated Solar Power (CSP) technologie zijn locaties nodig met een flinke
portie direct zonlicht en beschikbaar ongebruikt land voor reeksen collectors. Zulke locaties
zijn ruim voorhanden in de woestijnen. Onder de stralingscondities die gelden in Noord
Afrika en het Arabisch schiereiland kunnen CSP centrales op een locatie van 1 km2 ongeveer
0.25 TWh/jaar opwekken. Natuurlijk wordt het inzetten van collectors in woestijnen beperkt
door zandduinen en ook door berghellingen. Hun locaties zijn echter wel bekend.
Energieopslag
Energieopslag van dag naar nacht zou zonne-energie 24 uur beschikbaar maken. Dit kan
mogelijk worden dmv. warmte opslag, in vloeibaar zout of in grote blokken beton. Overdag
leveren extra collectors stoom voor deze opslaginstallaties en verhitten ze tot 400-500 graden
Celsius. ’s Nachts wordt stoom opgewekt in de hete opslag. Dit maakt overdag ook
stroomproductie naar vraag mogelijk. Als er meer zonnestoom is opgewekt dan nodig wordt
de overtollige stoom de opslag in gevoerd, en als er minder is wordt energie uit de opslag
gebruikt om extra stoom op te wekken.
Hybride bedrijfsvoering
Als er verscheidene dagen of zelfs weken geen zon is kan de centrale doordraaien door
fossiele branders te gebruiken om stoom op te wekken. Zo heeft een CSP centrale niet ergens
anders een fossiele reservecentrale nodig. De extra’s van warmteopslag en hybride werking
zorgen dat CSP centrales altijd voldoende kunnen leveren.
Zeewater ontzilting door warmtekracht
Er is een bijzonder interessante mogelijkheid om gebruik te maken van “afval” warmte van de
koeling van de thermische centrale voor ontzilting. Als centrales zich in de buurt van de kust
bevinden kan de koeling van de stoomturbines geschieden mbv. zeewater, waarbij
verdamping ontzilte waterdamp oplevert. In warmtekracht multi-effect distillation ( MED)
installaties kan de afvalwarmte dienen voor ontzilting op een bijzonder efficiënte manier. De
MED ontziltinginstallatie vervangt de condensor van de centrale. Met de afvalwarmte van 1
kWh elektrische stroom kan 40 liter zoet water worden geproduceerd.
6. De prijs van “zonne brandstof”
De prijs van “zonnestoom” voor centrales van parabolische trogcollectors is het bedrag
waar alles om draait bij de concurrentie met fossiele brandstof. Ze hangt af van diverse
factoren als kapitaalkosten, jaarlijkse hoeveelheid zonnestraling en de prijs per vierkante
meter collector. De laatste zal dalen in de nabije toekomst met het groeien van de
productievolumes van dit soort collectors en zal de prijs van zonnestoom omlaag brengen. De
verwachte kostenreductie wordt getoond in fig. 6. Reeds nu kan “zonnebrandstof”
concurreren met olie van 50$ per vat, of elke andere fossiele brandstof van 3,2 $cent per
kWh-thermisch.
In het jaar 2025, wanneer rond 400 km2 geïnstalleerd kan zijn, zal zonnestroom naar
verwachting 1,3 $cent/kWh-therm. kosten.
Aangezien de fysieke levensduur van de collector 40 jaar kan zijn, zal de zonnestoom na 20
jaar minder dan 0,5 $cent/kWh-therm. Daar er aan geen van de materialen, die nodig zijn voor
de bouw van collectors schaarste is, voornamelijk glas en staal, zal zo’n uitbreiding van
collectors mogelijk zijn zonder de prijs van glas en staal op te drijven of tekorten te
veroorzaken. Voor zonne-energie van CSP kunnen we derhalve voortdurend dalende kosten
verwachten en onbegrensde uitbreiding.
Figuur 6: Prijs van het
equivalent van 1vat olie
(1580 kWh-therm) aan
zonne-energie van een
parabolische trogcollector,
op een locatie met 2500
kWh/m2/jaar direct
zonlicht. Centrale wordt
afgeschreven in 20 jaar en
de discontovoet bedraagt
5%/jaar. De kromme toont
de verwachte prijs van
zonnestoom bij vergroting
van de capaciteit zoals te
zien in het histogram.
De kosten van het transporteren van stroom van MENA naar Europa zijn niet schrikbarend
hoog. Ze worden hieronder behandeld (Tab. 5 en Fig. 12). De grotere zonnestraling in Noord
Afrika compenseert ruimschoots de transportkosten en verliezen.
1. Woestijnen als duurzame centrales
De diverse duurzame energiebronnen die voorhanden zijn, als aangegeven in fig.7 zijn
beoordeeld op hun economisch potentieel in de studies MED-CSP en TRANS-CSP.
Een technisch RE (renewable) potentieel, dat met een bepaalde technologie kan worden
gewonnen, wordt als economisch haalbaar beschouwd als de productiekosten voor 1 kWh
kunnen dalen tot 5 cent in 2050 ( we gaan ervan uit dat 1 $cent = 1 €cent), en als het
voordelig in een distributie systeem kan worden ingepast.
Het blijkt dat juist het economisch potentieel van zonnestroom uit CSP een factor 1000 groter
is dan enig ander economisch potentieel voor duurzame energie. In fig. 8 worden deze
potentiëlen vergeleken met vraag naar stroom in Europa en MENA zoals die was in 2000 en
de te verwachten vraag in 2050.
Fig. 7: De 50 landen in
Europa, het MiddenOosten en Noord Afrika
die zijn geanalyseerd in de
MED-CSP en TRANSCSP studies.
Tabel 4. Economische duurzame energiebronnen in Europa en MENA, in TWh/jaar
Duurzame hulpbron
Jaarlijkse MENA
capaciteit
Europa
TWh
EUMENA
Waterkracht Geothermisch
biomassa
CSP
Wind
PV
Golf/Getijde
300
380
170
630.500
290
190
0
790
370
720
1.450
1.450
140
140
1090
750
890
632.000
1.700
330
140
Figuur 8: Duurzame
economische potentiëlen
uit tabel 4, en de vraag in
Europa en MENA. De
linker staaf voor RE
potentiëlen is afgebroken
omdat hij 40 maal hoger
zou zijn dan het histogram.
Voor meer details zie:
www.dlr.de/tt/med-csp
www.dlr.de/tt/trans-csp
(Bedarf = vraag)
Het resultaat is dat de potentiëlen van wind, biomassa, golf/getij, geothermisch en waterkracht
elk kleiner zijn dan de vraag terwijl het potentieel van CSP ongeveer 100 maal groter is. Hier
zal investeren in de verbetering van CSP technologie het meeste opleveren. Het verwachte
wereldwijde stroomverbruik van ong. 35.000 TWh/jaar in 2050 is slechts 6 %, en de te
verwachten 8000 TWh/jaar in EU-MENA slechts 1,3 % van het economisch CSP potentieel
in MENA.
Deze mooie feiten maken CSP een bijzonder aantrekkelijke technologie:
1. Ze kan gegarandeerd stroom leveren tegen een lage prijs en zonder vervuiling.
2. Ze zal nooit op een grens aan hulpbronnen stuiten – nog van zonnestraling, nog van
vestigingslocaties nog van materialen (staal, glas) voor de constructie van collectors.
Opslagcapaciteit voor afval is niet nodig. Elke technische verbetering zal “voor altijd”
van nut blijven.
3. Door middel van HVDC transport kunnen de sunbelts van het Noordelijk en Zuidelijk
Halfrond stroom leveren aan meer dan 90% van de wereldbevolking.
8. Woestijnen als onuitputtelijke zoetwaterbedrijven
Zoals eerder aangestipt, kan de stroomproductie worden gecombineerd met ontzilting van
water, volgens het “warmtekracht” principe door overtollige warmte in te zetten als energie
voor thermische ontzilting en door stroom te gebruiken voor “reverse osmosis”(RO)
ontzilting.
40 kWh-therm. aan warmte, die vrij komt bij de productie van 25 kWh elektriciteit, is
voldoende voor het ontzilten van 1 m3 zeewater met de Multi Effect Distallation (MED)
methode. Daarnaast kan met 4 kWh elektrische stroom 1 m3 zeewater worden ontzilt met de
RO methode. De RO methode verdient de voorkeur voor water met een laag zoutgehalte. Bij
een hogere saliniteit en hogere watertemperatuur zoals in de Perzische Golf en de Rode Zee is
de MED methode meer geschikt. Het resterende zoutgehalte is minder dan 30 ppm bij MED
en 200 tot 500 ppm bij RO. Met deze uitontwikkelde ontzilting methodes kan zoetwater
worden geproduceerd voor elke zoutwatertoestand, en voor elke toepassing, van drinkwater
tot irrigatie met hun verschillende eisen wat betreft restsaliniteit. Ontziltingscapaciteit van
miljarden m3/jaar zijn mogelijk. Hierdoor wordt waterproductie mogelijk voor miljoenen
mensen, tegen een prijs van rond de 1 $/m3. Ontziltingsbedrijven moeten zich in de redelijke
nabijheid van de kust bevinden. In het geval van MED ontzilting volgens het warmtekracht
principe moeten ook de centrales zich daar bevinden.
Door de sterk groeiende bevolking, van 370 miljoen in 2000 tot naar verwachting 740 miljoen
in 2050, zal de vraag naar water in MENA aanzienlijk toenemen. Waterconsumptie is nu al
boven een in stand te houden (aan te vullen) niveau. In niet-duurzame levering wordt voorzien
door het pompen uit grondlagen, grondwater en fossiele hulpbronnen. Pompen in
kustgebieden heeft het gevaar van verlagen van de grondwaterspiegel tot beneden het nabije
zeeniveau waardoor het zeewater gaat binnendringen en het grondwater bederft. Dit is al
waargenomen in diverse kustgebieden van het Arabische schiereiland en met name bij
Gazastad.
De groeiende noodzaak van ontzilting is gigantisch in de MENA-landen. Fig. 9a laat zien wat
we tot 2050 kunnen verwachten: Het vraagoverschot boven de in stand te houden (aan te
vullen) levering zal stijgen van 40 miljard m3/jaar naar rond 170 miljard m3/jaar. De groei
van duurzame aanvoer tot 2050 in fig. 7a wordt veroorzaakt door het efficiënt gebruik van
water te verbeteren. Door verminderde beschikbaarheid van fossiele brandstof voor ontzilting
en door daling van de huidige waterproductie uit fossiele watervoorraden (zoals in de Sana’a
regio) kan de niet-duurzame levering niet doorgaan tot 2050. Hiervoor is nodig dat 170
miljard m3/jaar, dit is de aanvoer van 3 maal de Nijl, wordt ontzilt door zonne-energie of
andere duurzame energie, tenzij andere duurzame bronnen van water beschikbaar worden, of
het gebruik van water voor de landbouw ( zie fig. 9b) aanzienlijk wordt beperkt. Tot 50%
snijden in de productie van water voor de landbouw zou het ontbrekende water vrijmaken –
maar dit lijkt niet realistisch in een tijd waarin de bevolking verdubbelt.
Fig. 9a: Verwachte vraag naar
water in de MENA landen
volgens de MED-CSP studie.
De groei van de duurzame
levering wordt veroorzaakt door
groeiend hergebruik van water.
Fig. 9b: Opsplitsing van
waterbehoefte naar groepen
gebruikers,
volgens
een
scenario
met
grote
technologische ontwikkeling en
een steeds efficiënter gebruik
van water en hergebruik.
9. Klimaatbehoud door groene stroom uit de woestijnen
Om de vervuiling door fossiele brandstoffen de stoppen moeten de duurzame energieën
worden samengevoegd tot een mix die in staat is om stroom te produceren voor de vraag zoals
die zich voordoet op elk moment van de dag. In de TRANS-CSP studie is een scenario voor
de vorming van zo’n mix tot in detail bestudeerd. De resulterende stroomvoorziening van
zo’n zich ontwikkelend mengsel van capaciteit, die kan voldoen aan de te verwachten vraag in
Zuid Europa en MENA tot 2050, is te zien in fig. 10a.
Fig.10b laat de CO2 uitstoot van deze mix zien. Zelfs hoewel de stroomproductie groeit van
1300 tot 4100 TWh/jaar, dwz. meer dan verdriedubbelt, daalt de uitstoot van 750 naar 500 Mt
CO2/jaar, een afname tot 2/3. Dit is een reductie van de “specifieke CO2 uitstoot” door de
stroomsector van 0,58 tot 0,12 kg/kWh. Met de specifieke uitstoot van 0,12 Mt CO2/TWh zou
de te verwachten productie van 35.000 TWh in 2050 een uitstoot van 4,2 Gt CO2
veroorzaken. Vergelijk dit met 12 Gt CO2/jaar die wereldwijd moet worden bereikt voor een
klimaat in evenwicht /WBGU2003/. Zo’n overgang brengt het doel van een evenwichtig
klimaat reeds binnen handbereik. Verdere vervanging van fossiele door zonnebrandstof kan
en moet worden bereikt na 2050, daar meer zonne-energie nodig zal zijn om brandstof voor
het vervoer te produceren en stroom voor verwarming en productiewarmte.
De conclusie is dat we met stroom uit de woestijnen de wereldwijde energieproblemen,
in de vorm van de opdoemende uitputting van fossiele brandstofreserves en van de
reeds lopende klimaatverandering, kunnen elimineren, vooropgesteld dat de politieke
wil er is.
De hulpbronnen en de technologieën zijn binnen handbereik. De transitie zou onmiddellijk
kunnen starten. We roepen hiertoe op tot een gecoördineerde EU-MENA wijde inspanning,
met dezelfde vastberadenheid en hetzelfde ambitieuze karakter waarmee het Apollo
ruimteprogramma een man op de maan zette.
Figuur 10a: Stroomproductie
in MENA en Zuid Europa
( Cyprus, Turkije, Griekenland,
Malta, Italië, Spanje en
Portugal).
Figuur 10b: CO2 uitstoot in
MENA en Zuid Europa. De
vermeden uitstoot is berekend
voor een elektriciteitmix die
overeenkomt met die van het
jaar 2000 (BAU, business as
usual).
10. Een Apollo WOESTIJN Programma
voor water, energie en klimaatbehoud
Er zijn een aantal bedreigingen voor de wereldwijde, internationale, nationale, economische,
ecologische, sociale en individuele veiligheid. Klimaatverandering en ineenstorting van de
energie en watervoorziening zullen bijna alle sectoren van bovengenoemde veiligheid raken
en nog andere bedreigingen laten ontstaan, bijvoorbeeld nieuwe ziekten. Zonder water,
energie en klimaatbehoud kunnen geen van de 10 Millennium Development Goals worden
bereikt. Water, energie en klimaatbehoud (WEC) ligt aan de wortel van ons bestaan. WEC
onveiligheid houdt niet op aan de landsgrens.
Het herstellen WEC behoud en het tot staan brengen van de overshoot door de
menselijke footprint van het ecologische draagvermogen op aarde zou voor de
mensheid het veiligheidsdoel met de hoogste prioriteit moeten zijn.
Tijdens het Wereld Energie Dialoog op de Industrie Tentoonstelling 2006 te Hannover heeft
Prins Hassan bin Talal van Jordanië, in zijn functie van president van de Club van Rome, een
pleidooi gehouden voor samenwerking tussen de technologielanden en de landen in zonrijke
gebieden om dit doel te bereiken:
„Kan de sunbelt samen met de technology belt er voor zorgen dat zonne-energie de brandstof
wordt voor onze beschaving en de basis voor een veilig, betaalbaar en verkrijgbaar
energiesysteem?…
Meer dan 40 jaar geleden lanceerde President Kennedy het US Apollo Ruimte Programma
om de oude droom, een mens in de ruimte, werkelijkheid te laten worden.
Vandaag hebben we een grotere droom, het herstellen van het evenwicht tussen de mens en
zijn Moeder Aarde.
Ik nodig u allen uit uw woestijnen met andere ogen te bekijken: als een overvloedige en
onuitputtelijke bron van schone energie en zoetwater. Ik daag u uit om technologie ( het werk
van de mens) en de woestijnen ( het werk van God) ten dienste te stellen van de mensheid en
de natuur. Miljarden mensen, dieren en plantensoorten zouden beter worden van een stabiel
klimaat. Ik daag de Europese industrie uit om actie te ondernemen en deze visie werkelijkheid
te laten worden. Als president van de Club van Rome stel ik voor dat Europa, het Midden
Oosten en Noord Afrika een EUMENA Apollo Woestijn Programma lanceren, waarbij de
Club van Rome bereid is de eerste stappen te helpen organiseren”.
Zo’n programma zou onmiddellijk van start kunnen gaan. Het omvat technische, financiële en
politieke onderdelen.
Het technische deel
Het technische deel is uit en te na bestudeerd. Alle nodige stappen zijn mogelijk als EU en
MENA landen samenwerken alsof er geen grenzen. Naast de eerder genoemde technische
onderdelen is een Trans-Mediterraan Stroom Net (TMPG) nodig zoals geschetst in figuur 11.
Deze TMPG is de infrastructuur voor energiezekerheid voor EUMENA en voor
wereldwijd klimaatbehoud.
Figuur 11: schets van
een Trans-Mediterraan
Stroomnet (TMPG)
als infrastructuur voor
duurzaamheid en voor
veilige energie,
gebruikmakend van
Hoogspanning
Gelijkstroom transport
(HVDC), met
stroomverlies van
MENA tot EU minder
dan 15%
1ste stadium
(fase 2 van het
voorgestelde
Apollo Desert
Programma, zie
Tekst),
En toekomstige
uitbreiding
De uitvoering geschiedt in 3 fasen:
1. Inzetten van CSP centrales voor locale levering van stroom en water in MENA landen.
2. Installatie van transport leidingen zoals aangegeven door de doorlopende rode lijnen,
en meer centrales.
3. Uitbreiding van de TMPG naar het Zuiden.
Fase 1 is daadwerkelijk van start gegaan, maar moet zo snel mogelijk worden aangewakkerd
om kosten reductie te bereiken. Als de kosten van collectors worden gereduceerd tot 2/3 van
de huidige prijs, wat binnen 5 jaar bereikt kan worden, zal een aardverschuiving in gang
worden gezet. Zonne-energie zou op een groeiend aantal locaties goedkoper worden dan
fossiele energie. Door de goedkoopste optie te worden zou de conventionele marktwerking
een aardverschuiving veroorzaken van CSP toepassingen, daar de locale vraag naar nieuwe
capaciteit groot is in MENA landen.
Fase 2 is ook al gestart. Er is reeds een onderzeese HVDC kabel die stroom van fossiele
centrales in Spanje naar Marokko brengt. Er is overeenstemming over het inzetten van
transportlijnen van Algerije naar Spanje. Meer Noord Afrikaanse landen zijn geïnteresseerd in
zulke verbindingen. Een politiek partnerschap tussen EU en MENA landen voor WEC behoud
zou zeer helpen bij het mogelijk maken van planning en installatie van een volwaardig
TMPG, en voor het zekerstellen van de benodigde investeringen.
Fase 1 en 2 zijn het onderwerp van 2 CSP studies.
Fase 3 is nog niet onderzocht.
Het onderdeel financiën
Het is oneindig veel goedkoper en beter om een water en energie crisis in EUMENA te
voorkomen en de klimaatverandering te stoppen, dan ze te laten gebeuren als gevolg van
“business as usual”, of zelfs oorlogen te gaan voeren om oprakende energie en waterbronnen.
Rampen als gevolg van klimaatverandering, militaire uitgaven om de toegang tot olie en gas
te “verzekeren” en uitbreiding van bevoegdheid tot gebruik van kernwapens als uitvloeisel
van kernenergie technologie, brengen kosten mee in de orde van honderden miljarden dollars
per jaar. Met 1% van deze kosten als startgeld zouden de overstelpende “rand”voordelen van
het voorgestelde Apollo DESERT programma beschikbaar gemaakt kunnen worden. Om de
aardverschuiving op gang te brengen moet het hoofdproduct, zonnestroom voor MENA en
voor transport naar Europa, economisch kunnen concurreren met plaatselijke fossiele
productie en met Europese stroomproductie voor de Europese markten. Verwachte kosten
voor geïmporteerde zonnestroom zijn berekend in de TRANS-CSP studie voor een
uitbreidings-scenario in 7 fasen. Tabel 5 laat de resultaten zien voor de betrokken
investeringen en het gemiddelde transport naar Europa, en figuur 12 laat zien hoe over een
langere periode de prijs van geïmporteerde zonnestroom in Spanje en Duitsland zich verhoudt
met de prijs van stroom die wordt opgewekt in nieuwe centrales, gebouwd volgens de huidige
mix (paarse lijn) en volgens de huidige mix maar zonder kerncentrales (blauwe lijn). De rode
lijn toont de prijs van een mix in overgang naar duurzame productie, als aangenomen in het
TRANS-CSP scenario, en de gele lijn toont de prijs van geïmporteerde CSP. De
berekeningen tonen dat zonnestroom duidelijk goedkoper is dan de Spaanse mix en zelfs de
Duitse mix. CSP kan zelfs de goedkoopste optie worden voor grootschalige stroomlevering
aan Duitsland en ander Europese landen en kan helpen een eind te maken aan prijsstijgingen
van stroom in Europa. Zonnestroom uit Noord Afrika biedt grote mogelijkheden op de
Europese stroommarkten. Gepaste financiële ondersteuning voor fase 1 moet beschikbaar
komen. Investering in de volgende fases kan men herfinancieren met verkoop van
zonnestroom.
Tabel 5: Stroomproductie en transportcapaciteit voor levering van zonnestroom in Europa
fase
Jaar
1
2
2020
2025
Capaciteit, GW
1
10
Overdracht, TWh/jaar
5
65
Omzet, G€/jaar
0,3
4
Opp. Km, collectors
5*5
16 * 16
Stroomnet
0 3120 * 0.1
Investering, CSP
5
40
TMPG (G€)
0
3
Prijs
Stroom
5,5
5,1
€cent/kWh Transport
1,4
3
4
5
6
2030
2035
2040
2045
20
130
8
25 * 25
3110 * 0.1
75
8
4,9
1,8
30
195
12
30 * 30
4480 * 0.1
115
12
4,8
1,9
40
275
17
37 * 37
3800 * 0.2
175
17
4,7
1,3
50
370
22
41 * 41
3110 * 0.2
220
24
4,6
1,6
7
2050
60
450
27
46 * 46
4480 * 0.2
250
30
4,5
1,7
Figuur 12a: Gemiddelde prijs van
elektriciteit van nieuwe centrales in
het CSP scenario op grond van de
conservatieve energiemix van 2000,
vergeleken met import uit MENA in
het voorbeeld van Spanje
Figuur 12b: Zelfde als a) maar voor
het voorbeeld Duitsland
Het politieke deel
Schone energie uit de woestijnen is voor alle landen in EUMENA een win-win situatie en een
kans om tot wederzijds voordeel samen te werken, bilateraal en multilateraal. Technologybelt
en sunbelt, EU en MENA, zijn de ideale spelers in een dream team voor duurzaamheid en
behoud van water, energie en klimaat. Naast WEC behoud zullen banen worden geschapen en
een goed nabuurschap tussen EU en MENA. Met name zou zo’n samenwerking een opleving
kunnen brengen van wetenschap en technologie in de Arabische wereld.
Zonnestroom uit de woestijnen vervuld de 3 hoofddoelen van de GREEN PAPER voor een
nieuwe energiestrategie in de EU:
1. Duurzaamheid
2. Kunnen concurreren
3. Gegarandeerde levering
Energie uit de woestijnen en synergie tussen de sunbelt en technologybelt zullen een
belangrijke stap betekenen naar terugkeer tot een evenwicht met het ecosysteem aarde.
Het EU-MENA kader voor samenwerking, het Barcelona proces, zou een perfect kader
verschaffen voor de lancering van het Apollo DESERT programma. De oprichtingsverklaring
van het Barcelona proces uit 1995 benadrukt:
“De deelnemers spreken hun overtuiging uit dat vrede, stabiliteit en veiligheid in het
Middellandse Zee gebied een algemene aanwinst zijn die zij plechtig beloven te zullen
promoten en versterken met alle middelen waarover ze beschikken.”
Echter, in het nieuwe FIVE YEARS WORK PROGRAM, uitgegeven in december 2005 ter
gelegenheid van 10de verjaardag van Barcelona, wordt duurzame energie als onderdeel van
Mediterrane samenwerking niet eens genoemd. Hier schiet de politiek ernstig tekort,
vermoedelijk grotendeels door een gebrek aan kennis van de mogelijkheden van duurzame
energie en hier ligt een grote uitdaging voor de toekomst.
Om de duurzame energie op de agenda te zetten van het beleid in EU-MENA voor water,
energie en klimaatbehoud is de Club van Rome begonnen met de voorbereiding van een
startconferentie:
DESERTEC, een conferentie over
Woestijnen en Technologie in dienst van wereldwijd water, energie en
klimaatbehoud,
als een gezamenlijke inspanning van sunbelt en technologybelt om hun
eigen en wereldwijde problemen op te lossen.
De DESERTEC zal zich bezighouden met technische en politieke kwesties. Ze zal
gezamenlijk worden georganiseerd door de Club van Rome, het Spaanse Centrum voor
Onderzoek van Energie, Milieu en Technologie (CIEMAT) en andere organisaties. Het plan is
nu om haar in voorjaar 2007 te houden. Deskundigen op het gebied van wetenschap,
technologie, industrie, financiën en politiek zullen worden uitgenodigd.
Verantwoording
De inzichten, opvattingen en resultaten voor duurzame energie, gepresenteerd in dit stuk zijn
het werk van veel mensen die betrokken zijn bij het TREC netwerk. Hoewel de bijdragen van
sommige leden van TREC bijzonder belangrijk zijn is het te arbitrair om slechts enige namen
te noemen en niet bijna allemaal. De leden van TREC kunnen gevonden worden op
www.TRECers.net . Ik dank allen voor hun deelname en samenwerking
Verwijzingen (t.b.d.)