Energie voor de hele wereld Understand article

Energie – waarom is dat zo belangrijk, waar halen we die vandaan en hoe gebruiken we die? Gieljan de Vries van het Nederlandse FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen gaat op onderzoek.

Energiegebruik van een gemiddeld
Brits huishouden. Het leeuwendeel
van de energie is nodig om de
woning te verwarmen en om heet
water te maken. Verlichting
verbruikt maar 3% van de totale
energie, dus installeren van
energiezuinige lampen heeft maar
een beperkte impact op het
totaalverbruik. Warmteverlies
tegengaan door betere isolatie
bespaart veel meer energie.
Gegevens: department van handel
en industrie, Verenigd Koninkirjk.
Klik op de afbeelding om te vergroten

Figuur met dank aan Gieljan de Vries

Vergeet de dollar, de euro en de yen – als je echt iets voor elkaar wilt krijgen in de wereld, moet je energie betalen. Een auto in beweging krijgen, je computer laten werken of iets produceren in een fabriek kost allemaal energie. Wat is energie en wat koop je ervoor in onze wereld?

Volgens natuurkundigen is energie “iets wat je nodig hebt om werk te kunnen verrichten”. Een nogal abstracte definitie, maar dat kan niet anders: het concept van energie is op zóveel verschillende situaties en materialen van toepassing. Van elke taak die je maar kunt bedenken kun je uitrekenen hoeveel energie in joules (J) het kost om de klus te klaren. Ook kun je bepalen hoeveel vermogen ervoor nodig is: de energievraag per seconde, gemeten in joules per seconde, of watt (W). Aan elk onderdeel van ons leven hangt een energie-prijskaartje.

Mensen gebruiken constant energie. Terwijl je stilzit op je stoel heeft je lichaam al een vermogen van 100 W nodig. Die energie wordt gebruikt door spieren als je hart, maar ook voor allerlei biochemische reacties in je organen. En mensen doen wel meer dan op een stoel zitten. Bij inspanning als traplopen of verhuisdozen sjouwen leveren we nog eens 100 W aan vermogen en dat kunnen we urenlang volhouden. Maar om die 100 W aan nuttig vermogen te leveren, hebben onze spieren wel 300 à 400 W vermogen nodig; drie tot vier keer zoveel als ze zelf aan bewegingsenergie leveren. Een Europees huishouden van drie tot vier personen verbruikt continu een gemiddeld vermogen van 400 W om de verwarming, elektrische apparaten en andere zaken van energie te voorzien. Als je die energie op zou wekken door mensen in tredmolens te laten lopen, zou je twaalf man nodig hebben: vier per keer in drie periodes van acht uur.

Twintigduizend uur werk

Gelukkig hoeven we geen slaven aan het werk te zetten om in onze energiebehoefte te voorzien. In plaats daarvan is zo’n 81% van het totaalverbruik afkomstig uit de chemische energie in fossiele brandstoffen: olie, gas en kolen. In feite is dat zonne-energie, miljoenen jaren geleden opgenomen door groeiende planten. Nadet die afstierven raakten ze bedolven onder lagen grond en werden de plantencellen door de hoge onderaardse druk en temperatuur omgezet in lange, energierijke moleculen.

Wereldwijd energiegebruik in 2006. Bijna 81% van alle energie werd opgewekt met fossiele brandstoffen. Het aandeel biomassa is niet echt ‘duurzaam’ te noemen; deze energie wordt voornamelijk opgewekt in ontwikkelingslanden, door tropische regenwouden te kappen en de bomen te verbranden. Zonder boomwortels om de grond vast te houden spoelt de regen de dunne, vruchtbare toplaag aarde weg en blijft er geen voedingsbodem over nieuwe bomen. Kijk ook naar de kleine rol van duurzame energiebronnen nu spelen: windmolens en zonnecellen zijn pas net begonnen hun plaats op het energietoneel in te nemen. Gegevens: internationaal energieagentschap (International Energy Agency), Key World Energy Statistics 2008. Klik op de afbeelding om te vergroten
Figuur met dank aan Gieljan de Vries

In de wereld energieproductie worden alledrie de fossiele brandstoffen – kolen, olie en gas – ruwweg in dezelfde hoeveelheden gebruikt. Olie is de meest zichtbare van de drie: alle soorten transport zijn compleet afhankelijk van de verschillende soorten brandstof die je van olie kunt maken. Bij de verbranding van een standaardvat olie (159 liter) komt 6100 MJ (miljoen joule) energie vrij. Dat is niet alleen een enorme hoeveelheid energie, het is ook nog eens ongelofelijk goedkoop. In 2008 schommelde de olieprijs tussen $30 en $150 en een mens zou 22.000 uur hard moeten werken om evenveel energie te produceren als er in één vat olie zit. Dat komt neer op elf jaar lang in de tredmolen, elke werkdag van 9 tot 5. Succes met zoeken naar iemand die voor zo weinig geld zo hard wil werken.

Terug naar ons gemiddelde energiegebruik. We hebben meer nodig dan die 100 W per persoon of 400 W per huishouden om in onze levensstijl te voorzien. Denk maar eens aan de energie die nodig is om alle huishoudelijke apparatuur te maken en te vervoeren! De huishoudens zijn in de meeste landen goed voor ongeveer een kwart van de energievraag. Transport en industrie vragen elk een derde van het totaal en de rest van de energie gaat naar bedrijven, infrastructuur en landbouw.

Een meer vol olie

Laten we de getallen eens op een rijtje zetten. In 2006 verbruikte de Europese Unie 49,2 TJ (terajoule) energie. Dat is 49 miljoen miljoen joule, een hoeveelheid om steil van achterover te slaan. Zelfs uitgesmeerd over 500 miljoen Europeanen is ons jaarlijkse energiegebruik enorm: 95.800 MJ voor ieder van ons – zo’n 16 vaten olie. Om heel Europa puur met olie van energie te voorzien zouden we 1176 miljoen ton ruwe olie moeten verbranden, genoeg om een meer van 20 meter diep en 20 bij 30 kilometer groot te vullen. En dat is alleen nog maar de jaarlijkse energievraag van Europa. In datzelfde jaar hadden de VS het equivalent van 2340 miljoen ton olie nodig en China gebruikte 1717 miljoen ton. Het Chinese energiegebruik is spectaculair gestegen sinds de start van hun snelle economische groei. Toch is China per inwoner geen verspillende energieconsument. Elke Chinees gebruikt jaarlijks evenveel energie als er in 1,3 ton olie zit. Iemand uit de Verenigde Staten heeft 7,4 ton olie nodig en de gemiddelde Europeaan 3,7 ton.

Elk jaar verscheept een vloot van 3500 olietankers, sommige wel 400 meter lang, zo’n 2000 miljoen ton olie over de wereldzeeën. Dat is niet eens alle olie die we gebruiken: pijpleidingen verstouwen een ander deel van de olievraag. In 2006 gebruikten we wereldwijd 3481 miljoen ton olie, goed voor 43% van de wereld energievraag.

Groeiende energiebehoefte. De International Energy Agency, een energiedenktank in Parijs, maakt uitgebreide voorspellingen van het toekomstige energiegebruik. In hun World Energy Outlook 2008 hebben ze berekend hoeveel energie de verschillende energiebronnen tussen 2015 en 2030 zullen gebruiken. De kolom met percentages (rechts) geeft telkens aan hoeveel de bijdrage van elke bron tussen 2006 en 2030 jaarlijks zal groeien. Kolen worden steeds belangrijker en duurzame energiebronnen hebben het hoogste groeicijfer – maar ze moeten van ver komen. Gegevens: internationaal energieagentschap (International Energy Agency), World Energy Outlook 2008. Klik op de afbeelding om te vergroten
Figuur met dank aan Gieljan de Vries

Enorme getallen die er in de toekomst niet kleiner op worden. Volgens ruwe schattingen heeft de wereld in 2100 vier keer zoveel energie nodig als we tegenwoordig gebruiken. In een eeuw tijd groeit de bevolking van China, India en andere ontwikkelende landen en zullen die landen hun energiegebruik per inwoner naar Europees niveau proberen te krijgen. Vier miljard mensen extra die evenveel energie nodig hebben als de gemiddelde Europeaan nu verbruikt. Geef ze eens ongelijk.

Energie en levensstandaard

Voor het grootste deel van de wereldbevolking is energie niet iets om op te bezuinigen, zoals in het rijke Westen, maar juist een heel belangrijke manier om in eerste levensbehoeften te voorzien. Makkelijke toegang tot energie en drinkwater is voor ons vanzelfsprekend, maar voor tweederde van de mensheid is dat onschatbare luxe. Zonder kunstlicht kun je ’s avonds nauwelijks doorwerken en zit er dus een rem op je productiviteit. Zonder energie om water te zuiveren en transporteren moeten mensen in ontwikkelingslanden kilometers lopen naar de dichtstbijzijnde waterput. Lopen, want fietsen of fatsoenlijke wegen om de tocht makkelijker te maken zijn er niet.

Je kunt je levensstandaard alleen verbeteren als je energie te besteden hebt. Elektrische lampen voor langere werkdagen, dieselmotoren voor in de zware machines waarmee je wegen bouwt, gebouwen maakt of landbouw verbetert. Met genoeg energie kun je goederen maken in fabrieken en ze vervoeren in vrachtwagens met een fossiele brandstofaandrijving. Energie maakt het leven makkelijker.

We hoeven maar naar de armste landen op aarde te kijken om te zien dat onze eigen manier van leven compleet afhankelijk is van ruim voorradige energie. We hebben energie nodig voor watermanagement, maar ook om kunstmest te produceren die helpt de bevolking van voedsel te voorzien. We gebruiken energie om huizen te verwarmen of te koelen en om iedereen te vervoeren. Energie houdt fabrieken en steden aan de praat, zorgt dat miljoenen mensen werk hebben. Als er minder energie is, worden al die zaken duurder – het voorrecht van de rijken. Omgekeerd is het ook waar: een land dat zijn bevolking van meer energie kan voorzien, verbetert hun leefomstandigheden. Energie is geen wondermiddel tegen problemen in Afrika, maar zonder energie zijn al die problemen nog veel lastiger op te lossen.

Gezocht: nieuwe energiebronnen

Five sustainable sources of energy. You can collect energy that is spread out across the globe from wind, sunlight and plants. Nuclear fission plants are much more compact, but have the problem of radioactive waste. Fusion energy, a technology that’s expected to generate clean, almost inexhaustible energy by mimicking the power source of the Sun, is now being explored. It’s expected to feed electricity into the grid by around 2050.
Public domain image; image source: Wikimedia Commons

De wereld heeft meer energie nodig. Op korte termijn betekent dat: meer fossiele brandstoffen gebruiken. Kolencentrales, mét alle vervuiling die ze uitstoten, waren een paar jaar geleden totaal niet populair. Nu wordt er in China wekelijks een geopend. De vraag naar olie alleen zal in 2030 47% hoger liggen dan nu en bedrijven zoeken dan ook de meest onherbergzame gebieden zoals de diepzee of de polen af op zoek naar aardgas om energiecentrales en fabrieken op te laten draaien. Volgens de International Energy Agency (IEA) zorgen al deze investeringen ervoor, dat fossiele brandstoffen ook in de toekomst rond de 81% van de energieproductie zullen leveren. In absolute getallen is de verwachting dat de energievraag – en daarmee de vraag naar fossiele brandstof – in 2030 bijna anderhalf keer zo hoog is als nu.

Op een dag raken de fossiele brandstoffen op. In mijnen zit bij het huidige verbruik nog genoeg kolen voor 200 jaar. Sommige analisten zijn bang dat de olieproductie al over zijn piek heen is: de IEA heeft berekend dat bestaande olievelden elk jaar minder produceren en dat er ter weinig nieuwe olievelden worden aangeboord om dat langzame verval tegen te gaan. We hebben nieuwe, duurzame energiebronnen nodig als we strijd om de krimpende reserves willen voorkomen. En natuurlijk maken we ons zorgen over de manier waarop fossiele brandstoffen bijdragen aan klimaatverandering door het broeikaseffect!

Gelukkig wordt er nu al gewerkt aan een nieuwe manier om de wereld van energie te voorzien. Er wordt energie opgewekt uit zonlicht, wind en water – zelfs de hitte van de aardkern wordt ingezet om fossiele brandstoffen te vervangen. Wetenschappers werken aan veelbelovende energiebronnen als fusie-energie (zie Warrick, 2006). Zijn we op tijd gestart deze bronnen te ontwikkelen? Of wordt het in de toekomst woekeren met energie? Science in School neemt in de komende edities alternatieve energiebronnen onder de loep. Let goed op, want deze technieken gaan de wereld veranderen. Om in de klas te experimenteren met alternatieve energiebronnen, zie het artikel van Dudley Shallcross en collega’s in dit nummer (Shallcross e.a., 2009).

 

Grote getallen

Als je het over het totale energiegebruik van iedereen op aarde hebt, rijzen de getallen de pan uit. Hier is een lijstje om je te helpen. Van links naar rechts zie je telkens een getal, hoe we dat noemen, een korte wetenschappelijke schrijfwijze en tenslotte een voorvoegsel dat we ervoor gebruiken.

Getal Naam Wetenschappelijke notatie Voorvoegsel
1 000 000 miljoen 106 mega (M)
1 000 000 000 miljard 109 giga (G)
1 000 000 000 000 biljoen 1012 tera (T)
1 000 000 000 000 000 biljard 1015 peta (P)
1 000 000 000 000 000 000 triljoen 1018 exa (E)

Voorbeeld: in 2006 was het totale energiegebruik van alle mensen op aarde gelijk aan de energieinhoud van 7912 miljoen ton olie. Die 6,5 miljard mensen, dus 6,5 x 109, gebruikten 331.259.616 terajoule (TJ), ongeveer 331,26 x 1018 = 331,26 exajoule (EJ).

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Website van het Nederlandse FOM-Instituut voor Plasmafysics Rijnhuizen: www.rijnhuizen.nl

Resources

Author(s)

Gieljan de Vries (1978) studeerde natuurkunde aan de Nederlandse Universiteit van Utrecht en ontdekte zijn grote passie: mensen vertellen over wetenschap. Dat deed hij eerst als wetenschapsjournalist en daarna als publieksvoorlichter van Rijnhuizenw1, het Nederlandse centrum voor onderzoek naar fusie-energie. Daar leerde Gieljan de wereld van energie kennen en begreep hij hoe afhankelijk onze manier van leven is van ruim voorradige energie.


Review

Experts in de wetenschapseducatie benadrukken dat energie een lastig onderwerp is. Ook is het voor leerlingen niet makkelijk om in te zien hoe belangrijk energie is in het dagelijks leven. Misschien groeit de interesse als ze horen dat er zonder elektriciteit of brandstof ook geen MP3-spelers, geen PC’s, TV’s of internet zou zijn. Ook basisbehoeften als verwarming, verlichting en auto’s zouden ver te zoeken zijn. Burgers van de toekomst moeten de vitale rol van energie begrijpen, de milieuproblemen die horen bij toenemend gebruik van fossiele brandstoffen en vooral de dringende noodzaak over te gaan naar duurzame energiebronnen.

In dit artikel vertelt Gieljan de Vries over hoe belangrijk energie is. Hij geeft interessante en motiverende informatie en getallen over de huidige en toekomstige vraag naar enorme hoeveelheden energie. In dit artikel komen milieuaspecten, wetenschap en economie samen: energie leent zich voor een grote hoeveelheid aan interdisciplinaire lesonderwerpen.


Vangelis Koltsakis, Griekenland




License

CC-BY-NC-ND