Duurzame Energiebronnen en Adoptiegraad

Een groeiend wereldwijd personeelsbestand en milieubewustzijn drijven de behoefte/het verlangen om ons thuis (de Aarde) vriendelijker te behandelen. Gelukkig, als we goed genoeg kijken, is er overal om ons heen onbeperkte energie te vinden. Elk object dat in beweging is, warmte produceert of zelfs licht, is een potentiële bron.

Het identificeren van energiebronnen is het gemakkelijke deel. De moeilijke hindernis is het benutten van dergelijke bronnen op een betrouwbare en consistente manier. Gelukkig hebben vooruitgangen in de materiaalkunde geleid tot efficiënties die voorheen ondenkbaar waren.

Duurzame Energie

Voordat we ingaan op enkele voorbeelden van schone energie en de bedrijven die hun nut stimuleren, is het belangrijk het onderscheid tussen duurzame en hernieuwbare bronnen te begrijpen.

Kort gezegd komt hernieuwbare energie van bronnen die hun aanbod van nature sneller aanvullen dan wij het verbruiken. Dit betekent echter niet per se dat deze bronnen schone energie leveren – alleen dat de voorraad niet uitgeput kan worden bij de huidige vraag.

Duurzame energie daarentegen verwijst naar bronnen die niet alleen zichzelf aanvullen, maar op de lange termijn geen negatieve effecten op de aarde hebben. Deze bronnen houden rekening met toekomstige generaties en streven ernaar hen een groene aarde te schenken, in plaats van een planeet die voortdurend wordt geteisterd door kolen, petroleum, methaan en andere vuile vormen van energie.

Het moet worden opgemerkt dat hoewel er een onderscheid bestaat tussen duurzame en hernieuwbare bronnen, in de meeste gevallen beide labels van toepassing zijn. Natuurlijk zijn die bronnen die beide criteria vervullen het meest intrigerend.

Typisch moet duurzame energie drie hindernissen overwinnen om als zodanig te worden beschouwd.

• Milieuvriendelijk
• Financieel duurzaam
• Sociaal duurzaam

Een veelvoorkomend voorbeeld van een duurzame energiebron is waterkracht. Door de maan die getijdenverschillen, golven en klimaatcycli veroorzaakt, zal er altijd stromend water op aarde zijn. Het benutten van de kinetische energie in stromend water is niet alleen een natuurlijk vernieuwend proces, het is duurzaam omdat het de aarde in de komende jaren niet negatief zal beïnvloeden, terwijl het al economisch en sociaal haalbaar is.

Een veelvoorkomend voorbeeld van een hernieuwbare energiebron die doorgaans niet als duurzaam wordt beschouwd, is biomassa. De meest voor de hand liggende toepassing hiervan is het verbranden van hout als warmtebron. Hoewel de voorraad biomassa sneller kan worden aangevuld dan wij het verbruiken, is het niet duurzaam vanwege de resulterende broeikasgassen die bij het gebruik vrijkomen.

Een veelvoorkomend voorbeeld van een niet-hernieuwbare, niet-duurzame energiebron is fossiele brandstoffen. Met de verspreiding van de verbrandingsmotor is het einde van onze voorraden fossiele brandstoffen al in zicht. Deze bron, die letterlijk miljoenen jaren heeft gekost om zich op te bouwen, is in wezen niet-hernieuwbaar, schadelijk voor het milieu en simpelweg geen duurzame bron voor de toekomst.

Topkandidaten

Nu we het onderscheid tussen hernieuwbare en duurzame energiebronnen begrijpen, volgen hier enkele voorbeelden die het meeste potentieel bieden. Elk van deze wordt al wereldwijd gebruikt en vertoont veelbelovende adoptieniveaus.

Het is belangrijk te onthouden dat de ene bron niet per se beter is dan de andere. De beste energiebron is diegene die gemakkelijk beschikbaar is in de lokale omgeving.

Waterkracht

Het benutten van water als energiebron is niets nieuws – we maken al eeuwenlang gebruik van dammen en watermolens. Tegenwoordig is waterkracht de grootste bron van koolstofarme elektriciteit ter wereld, goed voor meer dan 15% van de totale productie. Typische toepassingen vertrouwen op het benutten van de kinetische energie van stromend water om een turbine te laten draaien en elektriciteit te genereren.

Een voorbeeld van een organisatie die onze mogelijkheid om getijdenergie te benutten en ons begrip van de effecten op lokale ecosystemen wil bevorderen, is het Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE). Deze door de overheid gefinancierde organisatie is gevestigd in Nova Scotia, Canada, waar de grootste getijden ter wereld te vinden zijn in de Bay of Fundy.

In de Bay of Fundy stroomt meer dan 160 miljard ton water in en uit, twee keer per dag, elke dag – als een klok. De kracht van dit bewegende water is enorm en biedt potentieel voor even indrukwekkende energieproductie die net zo betrouwbaar is als de opkomst van de maan. Dit project bevindt zich in het midden van een langetermijnonderzoek naar de mogelijke gevaren die getijde turbines voor mariene planten- en diersoorten vormen.

Momenteel vertegenwoordigt waterkracht als geheel meer dan 70% van de wereldwijde elektriciteit die uit een duurzame bron komt, met China en de Verenigde Staten die de leiding nemen. Vooruitkijkend wordt verwacht dat de golf- en getijdemarkt alleen al zal groeien van $0,59 mrd in 2021 naar $4,41 mrd in 2028.

Wind

Net als waterkracht is elektriciteit opgewekt door de kracht van wind niets nieuws. In plaats van de kinetische energie van stromend water te benutten om een turbine te laten draaien, wordt het proces gerepliceerd door wind de bladen van een ventilator te laten draaien die verbonden zijn met een turbine.

Hoewel wind vrijwel overal ter wereld kan worden benut om elektriciteit op te wekken, brengt de praktijk zijn eigen uitdagingen met zich mee. Niet alleen zijn grote stukken land nodig om deze enorme velden te huisvesten, wind is simpelweg niet zo betrouwbaar als de getijden. De ene dag kan winderig zijn, de volgende dag kan het stil zijn.

Ondanks deze uitdagingen blijft windenergie in populariteit groeien en vertegenwoordigt meer dan 7,6% van de wereldwijde elektriciteitsproductie. In de Verenigde Staten is wind al de grootste bron van hernieuwbare energie geworden, goed voor ongeveer 10% van de eigen elektriciteitsproductie.

Een voorbeeld van een bedrijf dat de adoptie van windenergie stimuleert, is Siemens AG (SIE.SW ) (SIE.DE ) (SIEGY). Deze conglomeratie rapporteerde een omzet van $71,98 mrd in 2022, en op het moment van schrijven worden de aandelen van Siemens AG (SIEGY) door verschillende analisten genoteerd als ‘over’. Sinds 1847 bestaat het bedrijf en weet het zich aan de tijd aan te passen. Met dat in gedachten heeft Siemens volledige divisies die zich toeleggen op het ontwikkelen van technologieën die ons in staat stellen over te schakelen van fossiele brandstoffen naar duurzame bronnen.

Zonne-energie

Terwijl turbines cruciaal zijn voor de opwekking van elektriciteit bij bronnen zoals water of wind, zijn ze niet langer nodig wanneer we gebruikmaken van fotovoltaïsche cellen. Het foto-elektrisch effect, mogelijk gemaakt door fotonen een substraat in een aangeslagen toestand te laten brengen, is de onderliggende technologie achter zonne-energie. De zon is mogelijk de meest overvloedige energiebron in ons zonnestelsel – waarom zouden we niet alles benutten wat het te bieden heeft.

Sonerenergie is uniek in haar vermogen om te worden gebruikt in toepassingen zo klein als een persoonlijke batterijbank, of zo groot als het van stroom voorzien van steden.  Net als alle energiebronnen heeft het beperkingen. Terwijl moderne technologieën de efficiëntie en betaalbaarheid van zonnepanelen sterk hebben verhoogd, blijft de praktijk het meest geschikt voor regio’s met veel zonlicht. Reis dicht genoeg bij de polen, en er zijn gebieden op aarde die maandenlang geen zonsopgang kennen.

Op dit moment hebben recente vooruitgangen in zonne‑technologieën ervoor gezorgd dat 4,8% en groeiend van de wereldwijde elektriciteitsproductie afkomstig is van deze duurzame bron. Terwijl de Verenigde Staten mogelijk vooroplopen in energieproductie uit wind, blijven ze iets achter op het gebied van zonne‑energie, met ongeveer 3% afkomstig van het benutten van de zonnestralen.

Een van de meest prominente bedrijven en vernieuwers op het gebied van zonne‑technologie is niemand minder dan de fabrikant van elektrische voertuigen (EV), Tesla (TSLA ) (TSLA). Al jaren ontwikkelt en installeert het bedrijf zijn zonne‑daken, waarmee huiseigenaren traditionele zonnepanelen kunnen vervangen door fotovoltaïsche dakpannen. In de loop van 2022 rapporteerde Tesla een omzet van $81,46 mrd, en op het moment van schrijven wordt het door verschillende financiële analisten genoteerd als ‘over’.

Geothermisch

Het wordt verondersteld dat de aarde eeuwen geleden bestond uit entireëel van gesmolten materiaal, bedektd met oceanen van magma. Miljarden jaren later is ze afgekoeld, waardoor het oppervlak bewoonbaar is geworden voor de mensheid. De kern echter blijft woeden en verwarmt de verschillende lagen eromheen. Het is deze energie, gevonden onder het aardoppervlak, die we nu benutten, en die we geothermisch noemen.

Geothermische energie werkt meestal door thermische energie uit de Aarde te halen om een vloeistofmedium met een hoge warmtecapaciteit te verwarmen, dat vervolgens wordt gebruikt om turbines aan te drijven die elektriciteit genereren. In de afgelopen jaren is geothermie steeds populairder geworden, omdat het niet langer alleen haalbaar is voor grootschalige toepassingen, maar ook voor residentiële installaties als vorm van verwarming.

Hoewel geothermische energie overal kan worden benut als je diep genoeg graaft, zijn er natuurlijke hotspots over de hele wereld die het proces veel gemakkelijker maken – namelijk vulkanen. Landen zoals El Salvador hebben dit erkend en zetten gerichte inspanningen in om deze schone energiebron te benutten, aangezien ze ook overvloedig en betrouwbaar is.

Momenteel wordt, ondanks het potentieel, geothermische energie geschat op ongeveer 0,4% van de wereldwijde elektriciteitsvoorziening – een cijfer dat overeenkomt met de productie in de Verenigde Staten. Buiten vulkanen is geothermie vooral toegankelijk nabij tektonische platen en breuklijnen. Als gevolg hiervan is de kust van Californië een belangrijke regio om deze schone energie te benutten.

Voor investeerders die blootstelling aan de geothermische energiesector zoeken, is een van de toonaangevende bedrijven Ormat Technologies (ORA ) (ORA). Het bedrijf bezit momenteel meer dan 150 geothermische krachtcentrales en heeft meer dan 1.300 medewerkers. In de afgelopen vijf jaar heeft Ormat Technologies consequent jaarlijkse inkomsten van meer dan $650 miljard gegenereerd en zou het goed gepositioneerd moeten zijn om te profiteren van de groeiende populariteit van geothermie.

Kijkend naar de Toekomst

Hoewel de hierboven genoemde energiebronnen een enorm potentieel hebben om een groenere toekomst te faciliteren, zijn er nog een paar opties die op een dag alle anderen kunnen overtreffen.

Kernfusie

Ooit een onderdeel van sciencefiction, kan kernfusie op een dag werkelijkheid worden nu wetenschappers blijven doorgaan met veelbelovende doorbraken in het benutten van wat de ‘heilige graal’ van energieproductie wordt genoemd. In feite is de vooruitgang zo ver gevorderd dat overheden nu plannen maken om werkende prototypecentrales te bouwen vóór 2040.

Voor degenen die niet bekend zijn, moet kernfusie – hetzelfde proces dat onze zon ‘Sol’ aandrijft – niet worden verward met kernsplijting (het huidige proces dat wordt gebruikt in moderne kerncentrales). Elk proces levert enorme hoeveelheden energie, maar de eerste doet dit door omstandigheden te creëren die kernen combineren, terwijl de tweede zware elementen zoals uranium splitst.

Kernfusie levert niet alleen meer energie dan kernsplijting, het is ook een aanzienlijk schoner proces. Het probleem dat wetenschappers proberen op te lossen, is het ontwikkelen van de juiste omstandigheden om het proces zowel te faciliteren als veilig te benutten.

Piezo-elektriciteit

We hebben recentelijk gekeken naar piezo-elektriciteit, en hoe het een van de meest gebruikte, maar onbekende energiebronnen is. Piezo-elektriciteit is het vermogen van een materiaal, kunstmatig of natuurlijk, om een elektrische ontlading te creëren wanneer het onder externe druk staat.

Al tientallen jaren in gebruik voor alledaagse voorwerpen zoals microfoons, aanstekers en meer, blijft de moderne materiaalkunde zich ontwikkelen naar een dag waarop we via dit effect voldoende elektriciteit kunnen benutten voor grootschalige toepassingen.

Net als kernfusie leek het potentieel van grootschalig gebruik van piezo-elektrische materialen nog sciencefiction. Hoewel het nog vele jaren verwijderd is, kan het op een dag leiden tot een wereld waarin grote batterijen grotendeels overbodig zijn, omdat piezo-elektrische materialen zelfvoorzienende apparaten mogelijk maken.

Laatste Woord

Hoewel de wereld nog steeds verslaafd kan zijn aan energiebronnen zoals petroleumproducten, kolen en aardgas, is het overduidelijk dat ze niet de toekomst zijn. Gelukkig is energie overal om ons heen, en moderne wetenschap biedt ons steeds meer de mogelijkheid om een groeiende lijst van schone bronnen aan te boren.

Hoewel de toekomst op een dag de aarde kan zien die afhankelijk is van kernfusie en zelfvoorzienende apparaten, zal het de voortdurende adoptie van waterkracht, wind, zonne‑energie en geothermie zijn die ons daar brengt.