Oplossingen voor de klimaatproblematiek?

Blog 4: Een systeemverandering – deel 1

Wetenschappers krijgen vaak de vraag wat de oplossing is voor de klimaatproblematiek. Een eenvoudig en panklaar, alomvattend antwoord kan daar echter niet zomaar op gegeven worden. Bovendien is er niet zoiets als ‘één wonderoplossing’. De reden hiervoor is dat de klimaatproblematiek diepgeworteld is in onze maatschappij, en ook de oplossingen een brede visie vragen. In de blogreeks ‘Oplossingen voor de klimaatproblematiek?’ geeft Klimaatlink een overzicht van mogelijke oplossingen, gebaseerd op wetenschappelijke kennis en gevuld met fascinerende inzichten op het gebied van klimaatbeleid, -onderzoek, -investeringen en meer. In zeven blogs maken we duidelijk wat nodig is om de klimaatverandering tegen te gaan.

Deze blog is de vierde van een reeks van zeven. Het gaat over de maatschappelijke transitie die met de oplossingen voor de klimaatproblematiek gepaard gaan: een systeemverandering met het extra voordeel dat het ons dichterbij klimaatneutraliteit brengt. Deze blog is geïnspireerd door o.a. ‘Van klimaatverandering naar systeemverandering’ (S. Vicca en A. Crabbé), ‘Tien klimaatacties die werken’ (P. Boussemaere), ‘Transforming Energy’ (A. Patt) en het ‘Report Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation’ (IPCC, 2011). Voor deze blog werkte Klimaatlink samen met Sebastian Hendrik Sterl (natuurkundige, gespecialiseerd in energie en klimaat, verbonden aan de Vrije Universiteit Brussel).

De eerste blogs van deze blogreeks nog niet gelezen?:

Oplossingen voor de klimaatproblematiek?

Systeemverandering

In de vorige blogs van deze reeks werden verschillende wegen besproken die we kunnen bewandelen om de klimaatproblematiek op te lossen. Deze werden onderverdeeld in twee grote principes:

Begin met de afname van de broeikasgasuitstoot bij de bron. Breng de uitstoot terug naar nul. Dit is de grootste prioriteit.
Werk samen met de natuur. Ondersteun de koolstofopslag die op een natuurlijke wijze CO₂ uit de atmosfeer haalt en op het land en in de oceanen opslaat. Vul dit aan via alternatieve en vernieuwende landbouwtechnieken en versterk de mogelijkheden voor zuiver technische (‘machinale’) CO₂-opname en -opslag.

Mogelijk vroeg je jezelf daarbij af of ‘dit allemaal wel haalbaar is’ en of ‘dit wel realistisch is’. Het antwoord op die vragen is ‘ja’. Maar om het allemaal te verwezenlijken en een succesvol klimaatbeleid te voeren, is er een derde principe nodig: een systeemverandering. Dat is een breed en moeilijk begrip, maar samengevat zijn dit de belangrijkste onderdelen:

Een energietransitie, waarbij fossiele brandstoffen vervangen worden door hernieuwbare energiebronnen. Hiervoor zal niet enkel geïnvesteerd moeten worden in zonnepanelen, windmolens en andere bronnen van hernieuwbare energie, maar zijn er ook enkele fundamentele veranderingen in het energiesysteem nodig. We moeten bijvoorbeeld elektrisch gaan rijden, verwarmen en koken, de stroomvraag moet slim worden afgestemd op het aanbod, de mogelijkheden voor energieopslag moeten worden uitgebreid, en stroomnetten moeten grootschaliger uitgebouwd worden.
Een economische transitie naar een economie gestoeld op 100% duurzame principes, waar economische welvaart hand in hand gaat met de grenzen die onze planeet stelt.
De omarming van een sociale transitie. Gezondheid, veiligheid, onderwijs, huisvesting en voldoende beschikbaarheid van voedsel en drinkbaar water zijn belangrijke menselijke noden, onlosmakelijk verbonden met het klimaatvraagstuk. De systeemverandering is financieel vaak onhaalbaar voor de sociaal-economisch zwakkere groepen. Sociale rechtvaardigheid meenemen in de verschillende transitieplannen is daarom cruciaal en noodzakelijk om iedereen aan boord te houden.
Een voedseltransitie naar een sociaal-ecologische samenleving. We moeten, ook bij een groeiende wereldbevolking, iedereen voeden. We moeten voedselverspilling tot een absoluut minimum reduceren, en een betere balans vinden tussen landgebruik en voedselproductie. Hierbij kunnen we niet voorbij het feit dat er iets moet gebeuren aan het enorme landgebruik en de grote klimaatimpact van de veeteelt.

In deze blog (blog 4) wordt dieper ingegaan op de energietransitie. De economische-, sociale- en voedseltransitie worden besproken in respectievelijk blogs 5, 6 en 7 van deze reeks.

Energietransitie

Weg van fossiele brandstoffen

Een groot deel van de broeikasgasuitstoot door de mens is afkomstig van energieopwekking (~87%, voor transport, voor huizen, voor industrie …). Wereldwijd zijn fossiele brandstoffen, olie, gas en kolen, nog steeds de grootste energiebronnen. Het aandeel van kernenergie en hernieuwbare energie zoals waterkracht-, wind- en zonne-energie is veel kleiner (zie Figuren 4.1 en 4.2).

Vooral het gebruik van steenkool heeft een hoge CO₂-uitstoot. De laatste jaren zien we dit gebruik wel afnemen. De energieproductie zet immers meer en meer in op gas (dat per eenheid energie minder CO₂ uitstoot dan kolen en olie) en een stevige toename van wind- en zonne-energie (+11.4% per jaar, zie Figuren 4.1 en 4.2). De energietransitie is dus wel degelijk begonnen. Steeds meer steenkoolcentrales worden uitgeschakeld, en plannen voor nieuwe steenkoolcentrales worden steeds vaker geannuleerd. In veel landen is het einde van het steenkooltijdperk aangebroken. Ook investeringen gaan sinds 2009 vooral naar hernieuwbare bronnen. Al zijn er, ook nu nog steeds, blijvend investeringen in fossiele brandstoffen. Een uitstap uit fossiele brandstoffen is nochtans essentieel om de energietransitie waar te maken.

*Figuur 4.1: het jaarlijkse globale energieverbruik en zijn energiebronnen. (bron: Global Carbon Project; Data: BP, IEA (bioenergy))*

*Figuur 4.2: het jaarlijkse globale energieverbruik per persoon en zijn energiebronnen. (bron: Global Carbon Project; Data: BP)*

Hoe? De opkomst van hernieuwbare energie.

Maar dat betekent uiteraard dat we ook grootschalig moeten inzetten op andere energiebronnen. Het aantal zonnepanelen en windmolens, en ook hun efficiëntie, stijgt voortdurend. Door de grotere vraag en productie daalt hernieuwbare energie ook sterk in kostprijs (zie Figuur 4.3). Dat is erg belangrijk, bijvoorbeeld ook voor ontwikkelingslanden: het is voor hen inmiddels vaak interessanter om te investeren in hernieuwbare energie dan in fossiele brandstoffen of in kerncentrales. Zonnepanelen en windmolens zijn dan ook een belangrijke ruggengraat van de energietransitie. Daarnaast hebben ook geothermische energie, waterkrachtcentrales, getijdenenergie, bio-energie … een plaats in een hernieuwbaar energiesysteem. We moeten er echter over waken dat ze niet ten koste gaan van een duurzaam behoud van onze ecosystemen, wat bijvoorbeeld bij waterkracht en bio-energie een probleem kan vormen. Belangrijk hierbij is de tijdshorizon: we moeten maximale prioriteit geven aan technieken die nu reeds inzetbaar, efficiënt en duurzaam zijn, om de transitie snel genoeg te kunnen waarmaken. Daarnaast moet er ook nog ruimte zijn voor verder onderzoek naar andere, mogelijk efficiëntere, technieken voor energieopwekking.

*Figuur 4.3: De vergelijking van kostprijs (USD/kWh) van hernieuwbare energie tussen 2010 en 2020. Bron: IRENA Renewable Cast Database.*

Hoe? Een slim en groot elektriciteitsnetwerk.

De huidige elektriciteitsvoorziening in zowat alle Europese landen heeft een ‘top-down’ structuur: een steenkool-, gas- of kerncentrale wekt elektriciteit op die verdeeld wordt over het hele elektriciteitsnet. De vraag en het aanbod moeten daarbij in balans blijven. Door de opkomst van wind- en zonne-energie kan dit soms lastig worden. Bij te veel stroom (bijvoorbeeld zonnige, windrijke dagen) raakt het netwerk overbelast. Bij te weinig stroom (bijvoorbeeld windstille, donkere avonden) moeten back-upcentrales snel kunnen bijspringen.

Het huidige elektriciteitsnetwerk moet daarom versterkt en gedigitaliseerd worden. Zo kan op een slimme manier omgegaan worden met de steeds schommelende productie van zonne- en windstroom. In zo’n slim netwerk (‘smart grid’) worden productie, opslag en verbruik intelligent op elkaar afgestemd. Een voorbeeld hiervan is dat men op zonnige dagen de wasmachine bij voorkeur ’s middags aanzet (afstemmen van productie en verbruik), dat de elektrische auto terug het stroomnet voedt wanneer het donker en windstil is (afstemmen van opslag en verbruik), of dat batterijcentrales klaar staan om in te springen bij stroomtekorten zoals flexibele gascentrales of waterkrachtcentrales dat op dit moment doen (afstemming van productie, opslag en verbruik). Dit alles om de stabiliteit van het net niet in gevaar te brengen.

Er zijn verschillende manieren van stroomopslag. Dit kan bijvoorbeeld via batterijen, hydro-energieopslag (via pompen, bijvoorbeeld kan water hogerop gepompt worden wanneer er een teveel aan stroom is), samengeperste lucht, of het maken van waterstof. Deze methodes verschillen in efficiëntie en in toepassing. Zo zijn batterijen bijvoorbeeld erg geschikt om verschillen tussen dag en nacht te overbruggen, maar niet tussen zomer en winter.

Hoe groter het netwerk, hoe beter een systeem met veel zonne- en windstroom werkt en hoe minder investering in opslagcapaciteit er nodig is. Er is altijd wel ergens wind en zon, of veel en weinig vraag naar elektriciteit. We moeten er dus voor zorgen dat landen in West-Europa meer samenwerken en hun elektriciteitsnetwerken sterker met elkaar verbonden worden.

Hoe? Het herindelen van de elektriciteitsmarkt.

De behoefte aan stroom binnen huishoudens en bedrijven kan gestuurd worden door het bevoordelen of benadelen van piek- en daluren. De hele markt kan anders ingedeeld worden, met bijvoorbeeld goedkopere elektriciteit wanneer de zon het meeste elektriciteit opwekt, en duurdere elektriciteit tijdens piekuren ‘s avonds of ‘s nachts. Huishoudtoestellen, oplaadpalen, industriële geëlektrificeerde processen … kunnen hierop ingesteld worden.

Hoe? Elektrificatie, alternatieve brandstoffen en hergebruik van koolstof.

Voor veel processen wordt thermische energie gebruikt, meestal hitte of stoom afkomstig van het verbranden van fossiele brandstoffen. De installatie van warmtenetten, waarmee huizen en gebouwen verwarmt worden met restwarmte van de industrie, kan in sommige regio’s een alternatief bieden. Daarnaast is de elektrificatie van thermische processen erg belangrijk: elektrisch verwarmen met een warmtepomp, elektrisch rijden … Zonnepanelen en windturbines leveren namelijk stroom, geen warmte. Toch kan niet alles geëlektrificeerd worden. In de staalindustrie wordt bijvoorbeeld erts gesmolten bij enorm hoge temperaturen, die met elektrificatie moeilijk gerealiseerd kunnen worden.

Processen die niet geëlektrificeerd kunnen worden, kunnen via power-to-gas een alternatief gebruiken. Met behulp van hernieuwbare energie kan waterstof gemaakt worden, dat vervolgens vervoerd en verbrand kan worden voor het behalen van hoge temperaturen. Een andere optie om de huidige fossiele gassen te vervangen is het gebruik van biobrandstoffen zoals biomethaan. Is er bij het energieproces toch nog een onvermijdelijke broeikasgasuitstoot, dan kan finaal nog ‘carbon capture and storage’ (CCS) of ‘carbon capture and utilisation’ (CCU) toegepast worden. Bij CCS wordt het opgevangen koolstof opgeslagen in bijvoorbeeld ondergrondse gesteentelagen. Bij CCU wordt de koolstof afgevangen, verwerkt en zoveel mogelijk hergebruikt, het liefst in toepassingen met een economische én een ecologische meerwaarde.

CCU kan een hulp zijn voor allerlei onderdelen van de systeemverandering. Het kan de motor van de circulaire bio-economie worden (dit wordt later besproken in blog 5), omdat het proces CO₂ gebruikt voor de productie van hernieuwbare brandstoffen of materialen zoals plastics. Het maakt van het broeikasgas zelf een grondstof. Dat betekent echter niet dat we verder mogen doen met het verbranden van fossiele brandstoffen! Zolang we dit blijven doen, hebben CCS en CCU geen zichtbaar effect op het CO₂-gehalte in de atmosfeer. Er is bovendien nog veel onderzoek nodig naar CCU en CCS. Momenteel zijn ze te duur en inefficiënt.

Volgende blogs…

De volgende blogs van deze reeks gaan verder met de economische- (blog 5), sociale- (blog 6) en voedseltransitie (blog 7) die allen nodig zijn voor het effectief uitrollen van de oplossingen voor de klimaatproblematiek.