Fossielvrij met sectorkoppeling

We leefden vroeger met afzonderlijke energiesectoren: elektriciteit, koeling, verwarming, vervoer en industrieel verbruik waren aparte entiteiten. Sectorkoppeling is een vernieuwend concept gericht op het verminderen van fossiele brandstoffen in onze economie, door zoveel mogelijk processen te elektrificeren. Dit vraagt om een ‘holistische’ benadering van energiegebruik door zowel producenten als consumenten, en vereist de inzet van alle vormen van energieopwekking en -opslag op een zo flexibel mogelijke manier.

We weten nu dat hernieuwbare energie in een steeds groter deel van de vraag naar elektriciteit voorziet. Met sectorkoppeling kunnen we dit succes doorzetten naar energie- en uitstoot intensieve sectoren zoals transport, verwarming, landbouw en zware industrie.

Daarvoor zullen we alle sectoren van de economie die energie produceren, verbruiken en opslaan moeten verbinden. De sectorkoppeling die gebaseerd is op elektriciteit uit hernieuwbare bronnen, moet uiteindelijk de netto CO2-uitstoot op nul brengen.

Elektriciteit heeft de toekomst

De gedachte achter sectorkoppeling is dat de energie-industrie niet langer op zichzelf staat, maar dat de hele economie met een flexibel samenspel van elektriciteitsopwekking, -verbruik en -opslag samenwerkt zodat we klimaatneutraliteit bereiken. Dat kan natuurlijk alleen als we ‘oude’ energiebronnen zoals olie, kolen en gas, in alle sectoren vervangen. Maar voor onze industrie, transportsector en verwarming zijn we nog sterk afhankelijk van fossiele energiebronnen. Voorbeelden als power-to-gas (PtG of Windgas) voor de productie van waterstof, of power-to-heat (PtH of Windwarmte) voor de productie van warmte, zijn vaak nog experimenteel of slecht schaalbaar.

Opslagissues

Vergeleken met vloeibare of gasvormige brandstoffen, heeft elektriciteit het nadeel dat het niet gemakkelijk kan worden opgeslagen zonder verlies. Elektrische energie kunnen we alleen elektrochemisch opslaan in batterijen of in omgezette vorm naar waterstofgas (PtG-processen, pompaccumulatie of drukopbouw). Bij deze vormen van opslag of omzetting is er altijd sprake van aanzienlijk energieverlies van minimaal 50%.

Elektrische opslag is zeker mogelijk, maar vaak beperkt tot opslag van maximaal enkele uren. Power-to-X-oplossingen moeten het op de markt dus opnemen tegen goedkope fossiele brandstoffen. Dan kan slimme afstemming van vraag en aanbod van elektriciteit – flexibiliteit – helpen om de opslagbehoefte te beperken.

Flexibiliteit heeft binnen sectorkoppeling veel potentieel. Enkele voorbeelden: een vloot van elektrische vrachtwagens kan balanceringsvermogen leveren (niet gebruikt vermogen dat helpt om het net te balanceren). Een wagenpark van elektrische auto’s kan flexibel en kosteneffectief opladen. Koelcellen kunnen op een slimme manier gekoeld worden door de inertie van thermische processen te benutten… Zeker in middelgrote bedrijven is er nog heel wat onontgonnen terrein.

Transport en logistiek

De transformatie van lucht-, water- en vrachtwagentransport is een stuk taaier. Transportmiddelen met bovenleidingen – zoals treinen – bieden beperkte mobiliteit, zeker in dunbevolkte gebieden. Batterijen zijn inmiddels het meest gangbaar om het wagenpark te elektrificeren. De ontwikkelingen in batterijtechnologie gaan snel en dat vertaalt zich in een groeiende actieradius en lagere kosten. De batterijen die tijdens het opladen met het energienet verbonden zijn, bieden een enorm potentieel voor flexibiliteit – ook wel bekend als vehicle-to-grid (V2G). Bij weinig wind en bewolking kunnen autobatterijen compenseren voor kleine onevenwichtigheden in het energienet, door positief regelvermogen te leveren.

Naast batterijen zien we waterstof steeds vaker als mogelijke energiebron. In zwaar transport zijn de opslagmogelijkheden relatief eenvoudig en goedkoop. Het probleem daar is nu nog grootschalige productie van waterstof op basis van hernieuwbare energie. De efficiëntie van aandrijvingstechnieken gebaseerd op waterstof (omgezette zuiger- of wankelmotor, turbines of brandstofcellen) kan ook beter. In Japan zijn het de grote automerken die aan waterstofmotoren werken. In Duitsland zijn het vooral fabrikanten van bedrijfsvoertuigen. Waterstof uit PtG-systemen kan onderweg worden bijgetankt tijdens de verplichte rusttijden van vrachtwagenchauffeurs. De oplaadinfrastructuur zal daarvoor nog flink moeten groeien. In de logistieke sector worden elektrische voertuigen met name ingezet voor lokale leveringen. De logistieke bedrijven ontwikkelen daarvoor zelf hun vloot  en lokale overheden maken ook steeds vaker gebruik van elektrische bussen en taxi’s.

Maar containerschepen, intercontinentale vluchten en zware vrachtwagens overzetten op elektriciteit is een heel ander verhaal. Voor de luchtvaart zijn batterijen voorlopig geen volwaardig alternatief, al zijn er succesvolle voorbeelden van elektrisch vliegen op korte afstanden. Voor de zeevaart wordt onder meer gestudeerd op een combinatie met windkracht. 

Warmteopwekking

Tegenover de transportsector heeft warmteopwekking een belangrijk voordeel: warmte hangt niet af van transporteerbare brandstoftoevoer. Er zijn dan ook veel verschillende technologieën, die in allerlei combinaties worden toegepast, zoals warmtekrachtkoppeling. 

Een machine die elektriciteit of kinetische energie opwekt, genereert restwarmte door verbranding, frictie of chemische reacties. Het succes achter warmtekrachtkoppeling zit in het slim aanwenden van die restwarmte. Zeker als er waterstof, biomethaan of houtkorrels uit hernieuwbare bronnen bij worden gebruikt.

Natuurlijke warmte uit luchtwarmtepompen of geothermische warmtepompen is nu standaard in talrijke nieuwe gebouwen en huizen in Europa. Oudere gebouwen goed isoleren en voorzien van deze technologie kan de CO2-uitstoot van verwarmingssystemen aanzienlijk verlagen.
In stedelijke gebieden kunnen we afvalwarmte van industriële processen of datacentra inzetten voor stadverwarming. Zonthermie, waarbij zonnecollectoren warmte opwekken, deze opslaan en vervolgens doorleveren aan een stadswijk komt ook steeds meer in zwang. En elektrische verwarming maakt een comeback in de vorm van infraroodverwarmingspanelen die efficiënt zijn en verwarming op elektriciteit dus weer betaalbaar maken.
Lokale warmtenetwerken gekoppeld aan grotere biogascentrales zien we vooral in dorpen terugkomen. Het transport levert bij korte afstanden weinig verlies op omdat de afstanden klein zijn. Kortom, klimaat neutrale technieken zijn er, het gaat nu om opschalen.

Het is dus zaak om niet alleen te investeren in warmteopwekking, maar ook in de ontwikkeling van duurzame thermische isolatiesystemen. Een voorbeeld van sectorkoppeling is dat in goed geïsoleerde appartementen, elektrische infraroodverwarmingen verbonden worden met een virtuele energiecentrale. Je verwarmt dan wanneer de elektriciteit goedkoop is en zet de thermostaat laag als de prijzen stijgen. De fluctuatie wordt opgevangen door de goede isolatie.

Aan de consumentenkant zien we steeds meer energiebesparing: ledlampen en A+++ apparatuur zijn inmiddels gemeengoed. En in het verkeer worden brommers en scooters vervangen door elektrische fietsen, fatbikes en e-scooters.

Al deze technologieën zouden moeten bijdragen aan een daling van het huishoudelijke elektriciteitsverbruik – toch is dat effect beperkt. De economische groei veroorzaakt nog steeds een grotere vraag naar energie. In wezen vervangen we energieslurpende apparatuur door een veel grotere hoeveelheid kleine, zuinige apparaten.

Waar staan we?

Sectorkoppeling biedt onmiskenbaar kansen voor de energietransitie. Bij warmteopwekking en de industrie zien we dat nu gebeuren. De transportsector vraagt extra inspanning. Feit blijft dat de vraag naar elektrische energie zal blijven stijgen, met de bijbehorende belasting voor ons elektriciteitsnet. Netwerken van elektriciteitsproducenten, consumenten en opslagsystemen kunnen flexibiliteit leveren die nodig is om ons energiesysteem mee te laten groeien met de behoefte.