Als de mensheid wil afkicken van de fossiele brandstoffen moet het transport flink op de schop. Fysicus Jo Hermans schetst scenario’s voor de toekomst.
Ooit raakt de olie op. Voorspellingen over wanneer dat precies gebeurt sloegen tot nu toe telkens de plank mis, maar hoeveel nieuwe bronnen en techniek we ook ontwikkelen: de voorraad is eindig. Het zou zelfs kunnen dat we besluiten om olie en aardgas gewoon in de grond te laten zitten. De zorgen over het klimaat worden immers steeds groter. Dat wordt afkicken.
Sorry, toekomstige generaties, maar we stonden strak van de fossiele brandstoffen. Er zijn mensen die denken dat de overgang een eitje wordt; dat we onze stinkende uitlaatgassen graag inruilen voor iets hippers en schoners. Het Stenen Tijdperk eindigde ook niet wegens een gebrek aan steen, zeggen ze dan. Die mensen gaan voorbij aan de fysisch-chemische werkelijkheid van onze maatschappelijke crack.
‘Als je gaat kijken naar de alternatieven, dan is niets zo gemakkelijk als fossiel’, vat natuurkundige Jo Hermans het samen. Sinds zijn emeritaat schrijft Hermans regelmatig over energievraagstukken. In zijn boek Energie Survival Gids bijvoorbeeld, en recent in het tijdschrift MRS Energy & Sustainability, over transport. Het afkicken van fossiele brandstoffen zal het meeste pijn doen in de transportsector, goed voor twintig procent van het wereldwijde energiegebruik.
Gezegend
De stroom uit het stopcontact zou je met grote investeringen fossielvrij kunnen maken. Bij transport is echter het hele punt dat je niet vast zit aan een stopcontact. ‘We zijn gezegend met benzine’, aldus Hermans. ‘Alle andere opties zijn onhandiger, duurder, zwaarder of gevaarlijker. De energiedichtheid van vloeibare brandstof is enorm hoog. Zodra je met gassen gaat werken, wordt het meteen een stuk moeilijker.’
Nu zou je benzine ook zelf kunnen maken. Chemici slagen er steeds beter in om CO₂uit de lucht met behulp van stroom om te zetten in andere koolstofverbindingen, en daarvan zou je weer brandstof kunnen maken. Vooralsnog werkt dat echter alleen op laboratoriumschaal, en is het nog te veel te omslachtig voor een tankstation.
Planten zetten vanzelf al CO₂ om in meer plant, maar ook aan biobrandstoffen kleven flinke nadelen. Als je gewassen gaat verbouwen om brandstof van te maken, kan er op die grond geen eten groeien. Ook de zogeheten tweede generatie biobrandstoffen, waarbij oneetbare plantenresten worden omgezet in brandstof, kampt met problemen. Als boeren die resten op het land laten liggen, helpen ze erosie voorkomen en zijn ze voer voor micro-organismen in de bodem. Als je ze in plaats daarvan naar de biofuel-fabriek brengt, krijg je netto juist meer CO₂ in de atmosfeer, aldus een Amerikaanse studie uit 2014.
Hermans voelt dan ook meer voor auto’s met accu’s. ‘Dan loop je tegen de technische beperkingen aan, maar die beperkingen schuiven op. Lithium-ion-accu’s worden steeds goedkoper, en de opslagcapaciteit steeds beter.’ Een accu moet natuurlijk worden opgeladen, maar dat kan ook met groene stroom. Het grote probleem: accu’s zijn zwaar. Een Tesla model S weegt bijna twee keer zoveel als een benzineauto, en dat komt vooral omdat er meer dan vijfhonderd kilo aan batterij in zit. Hoe zwaarder je voertuig, hoe meer energie het kost om het vooruit te krijgen. Voor vrachtverkeer op batterijen moeten de accu’s dus nog wel stukken beter worden.
Is er genoeg lithium op de wereld om honderden miljoenen accu-auto’s te maken? Wie antwoord zoekt op die vraag, belandt net als bij olie in een groot welles-nietes-spelletje over bewezen voorraden, onbewezen voorraden, economisch winbaarheid en veranderingen daarin. ‘Ik weet het niet’, zegt Hermans eerlijk. ‘Maar in principe kun je lithium recyclen, en fossiele brandstoffen in elk geval niet.’
Na de oliecrisis eind jaren ’70 gingen de Sovjets experimenteren met andere brandstoffen. De Tupolev Tu-155 vloog op vloeibaar waterstof. Boven die vleugel loopt een buis die de brandstof naar de motor vervoerde.
Waterstof
Vliegen op accu’s is om dezelfde reden onhaalbaar. Het gewicht van een Boeing 747 die klaar is voor vertrek, bestaat al voor de helft uit brandstof. Als je hem net als die Tesla twee keer zo zwaar maakt door er accu’s in te stoppen, kan hij niet meer opstijgen en moet je er nog meer accu’s in stoppen. Hermans vermoedt dat waterstofgas een beter alternatief is. Je kunt winnen uit water, door er een stroompje doorheen te jagen. Als je het verbrandt, krijg je weer water. Het probleem met gas is echter dat het gasvormig is: onder normale druk zitten er veel minder moleculen gas in een bepaald volume dan in datzelfde volume aan vloeistof. Eén liter waterstofgas levert daardoor ongeveer een duizendste van de energie van een liter kerosine.
Daar kun je drie dingen aan doen. Je kunt het gas laten absorberen door een metaal. Je kan zo verrassend veel waterstof kwijt, maar het metaal is veel zwaarder dan het gas dat je wilt opslaan, en het hele punt van vliegtuigen is nu juist dat ze licht moeten blijven.
Je kunt het gas samenpersen: als je de druk twee keer zo hoog maakt, passen er al twee keer zoveel moleculen in een liter. Daar zit wel een limiet op: hoe sterker je samenperst, hoe meer energie dat kost. De opbrengst wordt juist steeds kleiner: op een gegeven moment gaan de moleculen elkaar toch in de weg zitten. Maak je de druk zevenhonderd keer zo groot, dan zit er niet meer zevenhonderd keer zoveel waterstof in je tank, maar ongeveer twee derde daarvan. Om het onder die druk te houden, heb je bovendien een behoorlijk stevige opslagtank nodig. Die is ook al gauw veertig keer zo zwaar als het waterstof dat erin zit. ‘Voor bussen en trucks zou het een optie zijn’, aldus Hermans.
Koken
Voor vliegtuigen is vloeibaar waterstof een interessante optie, meent de fysicus. Waterstof wordt vloeibaar bij zo’n 250 graden onder nul. ‘Als je het eenmaal vloeibaar hebt, stop je het in een geavanceerde thermosfles, er daarin staat het dan gewoon te koken.’ Hoe hoger de temperatuur buiten de opslag, hoe sneller je waterstof weg is gekookt.
Dit is dus volkomen ellendig bij gebruik in auto’s, maar bij vliegtuigen is het probleem minder groot. Eenmaal opgestegen is de buitentemperatuur zo’n vijftig graden onder nul; dat scheelt al. Als je auto elke dag een paar procent van zijn brandstof kwijt zou raken door verdamping, is dat een probleem. Een vliegtuig vliegt echter maar een paar uur tot de landing, en moet toch al voor elke vlucht tanken.
Dat tanken gebeurt bovendien door professionals. Wel zo handig bij het toch wat riskante waterstof. Hermans: ‘In mijn onderzoekstijd gebeurde er ongeveer eens in de tien jaar een ongeluk met vloeibaar waterstof. Ik zou de omgang ermee niet aan de klanten van een tankstation overlaten. Maar de mensen op een vliegveld kun je hiervoor trainen.’
Ook voor de vliegtuigmaatschappijen heeft vloeibaar waterstof een groot voordeel: een kilo vloeibaar waterstof levert drie keer zoveel energie als een kilo kerosine. Een waterstofvliegtuig zou wel eens lichter en dus zuiniger kunnen zijn. Heel veel ervaring hebben we er niet mee: de Russische fabrikant Tupolev heeft er ooit eentje gebouwd, vlak voor de val van de Sovjet-Unie. Het toestel heeft slechts vijf vluchten op vloeibaar waterstof gemaakt, vooral omdat die brandstof zo duur en moeilijk verkrijgbaar was. ‘Niets kan op tegen de lage prijs en het gemak van kerosine’, aldus Hermans. ‘Het zou dan ook verstandig zijn om de beschikbaarheid ervan zo lang mogelijk te rekken, en onnodige vliegreizen te ontmoedigen. Als het ook maar enigszins politiek haalbaar was, zou je een wereldwijde belasting op kerosine willen heffen.’
Rijden op de zon
De zon levert de aarde enorme hoeveelheden energie, maar die is wel uitgesmeerd over de halve aarde waar het op dat moment dag is. Per vierkante meter is het niet zoveel. Bij lange na niet genoeg om een auto op te laten rijden, in elk geval. Zelfs als zonnepanelen 100 procent effectief zonne-energie zouden omzetten in stroom – en 30 procent is al heel wat – heb je zo’n vijftien vierkante meter nodig als je in een normaal formaat auto 130 wil rijden op de snelweg. De zonne-races winnende auto’s van de TU Delft en Universiteit Twente lijken dan ook meer op een omgevallen zeilbootje dan op een auto: alles is opgeofferd aan aerodynamica en panelen.
De TU Eindhoven werkt juist aan een gezinsauto op zonne-energie. Ook daar zijn offers gemaakt: de Stella Lux is extreem laag en heeft flinterdunne stoelen. Op een heldere dag kan ze rijden zonder de accu leger te maken, zolang je tenminste niet harder wil dan 43 kilometer per uur. Voor hogere snelheden is de accu nodig, maar die laadt zichzelf op als de auto stil staat. Is de accu vol, dan pompt de auto draadloos de stroom naar je huis, net als een zonnepaneel op je dak. Een zonneauto kán dus wel, maar je moet er wel wat comfort en rijgemak voor opofferen.
Laat een reactie achter