Hernieuwbare energiebronnen

Wat zijn hernieuwbare bronnen?

De wereld bevindt zich in een tijdperk van een energietransitie, fossiele energiebronnen worden in toenemende mate vervangen door hernieuwbare bronnen. Op den duur zal de energie, die we nodig hebben voor onze welvaart, grotendeels geproduceerd worden uit hernieuwbare bronnen. Hernieuwbare bronnen zijn niet-fossiele energiebronnen, die niet op kunnen raken of opnieuw kunnen worden aangevuld. Ofwel hernieuwbare bronnen zijn bronnen die onuitputtelijk zijn, omdat ze naar menselijke maatstaven onuitputtelijk zijn, of omdat ze zichzelf kunnen vernieuwen. Zonne-energie bijvoorbeeld is hernieuwbaar omdat zonne-energie niet-fossiel en naar menselijke maatstaven onuitputtelijk is [Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie].

In de afgelopen eeuwen heeft de mensheid verschillende hernieuwbare energiebronnen gebruikt in de vorm van spierkracht, hout, windenergie en waterkracht. Deze energiebronnen worden ook nu gebruikt maar dan in een moderne vorm. Daarnaast zijn er nu andere vormen van hernieuwbare energie ontwikkeld, bijvoorbeeld zonne-energie, geothermische energie en energie uit het verschil in zoutconcentratie tussen zoet en zout water. Hernieuwbare energie uit hernieuwbare bronnen wordt ook wel duurzame energie genoemd; dit is geen juiste benaming omdat niet alle hernieuwbare energie duurzaam is.

Bronnen van hernieuwbare energie

De belangrijkste bronnen van hernieuwbare energie worden gegenereerd door;

• de kernfusieprocessen in de zon,
• de zwaartekracht,
• het radioactieve verval in de aardkorst.

Voor menselijke begrippen leveren deze bronnen eeuwig energie en zijn daarom onuitputtelijk. In de onderstaande figuur worden de meeste vormen van hernieuwbare energie gegeven, afkomstig van de bovengenoemde drie typen bronnen.

De meeste hernieuwbare energiebronnen zijn op de een of andere manier vormen van zonne-energie. De energie van de kernfusieprocessen in de zon bereikt de aarde in de vorm van zonlicht. Dit zonlicht wordt, met geschikte technieken, direct omgezet in elektriciteit of in warmte. Indirect is zonlicht ook de bron van een aantal andere hernieuwbare bronnen. Zonlicht verdampt water wat na verloop van tijd als regenwater op de aarde neerkomt. Dit water wordt, in bergachtige gebieden, achter stuwdammen verzameld en omgezet in elektriciteit. Door zonlicht wordt de aarde verwarmd. Daardoor ontstaan luchtdrukverschillen die luchtstromingen veroorzaken, ofwel wind. Met deze windenergie wordt elektriciteit opgewekt. De wind over zeeën en oceanen leidt op zijn beurt tot golfslag. De energie in een golf wordt ook in elektriciteit omgezet. Zonne-energie leidt tot oceaanstromingen, tot temperatuurverschillen in een waterkolom van een oceaan en tot zout water. Deze verschijnselen worden in bruikbare energie omgezet. Zonlicht verwarmt de aarde. Deze omgevingsenergie wordt ook in bruikbare energie omgezet. Zonlicht leidt via fotosynthese tot vorming van biomassa. Biomassa is organisch materiaal, een geconcentreerde vorm van zonlicht. Gewassen als planten en bomen groeien door zonlicht. Hout van bomen is al sinds het begin van de mensheid een energiebron voor verwarmen. Biomassa wordt nu ook in andere vormen van energie omgezet. De biologische afbreekbare fractie van biologisch afval en andere plantaardige en dierlijke reststoffen, wordt ook als hernieuwbare energie beschouwd als ze gebruikt wordt om energie te genereren. Bij industriële processen en bij elektriciteitsopwekking wordt warmte en koude opgewekt als bijproduct. Normaal komen deze restwarmte en -koude ongebruikt in het milieu terecht. Ze worden als hernieuwbare bronnen beschouwd als deze afvalstromen nuttig worden gebruikt [Protocol Monitoring Hernieuwbare Energie].

Twee energievormen zijn geen zonne-energie: getijden en geothermische energie. De zwaartekracht in de vorm van de aantrekkingskracht van de maan veroorzaakt getijden in zeeën en oceanen op aarde. Het, door de getijden veroorzaakte, hoogteverschil in het zeewaterniveau wordt omgezet in energie. De getijdenverschillen veroorzaken ook stromingen in het water, die ook in energie worden omgezet. Bij het radioactief verval van radioactieve isotopen, in het binnenste van de aarde, wordt warmte gegenereerd. Hoe dieper onder het aardoppervlak, hoe hoger de temperatuur van de aarde wordt. Deze geothermische energie wordt aan de aarde onttrokken voor warmte- en elektriciteitslevering.

Al de bovengenoemde energiebronnen worden, via verschillende technieken, omgezet in bruikbare hernieuwbare energie. Vooral elektriciteit en warmte worden uit hernieuwbare bronnen gegenereerd. Daarnaast worden ook brandbare gassen en vloeibare brandstoffen geproduceerd uit hernieuwbare bronnen. De vloeibare brandstoffen worden voornamelijk voor transport ingezet.

Hernieuwbare energie wereldwijd

Het wereldwijde vermogen van duurzame energiebronnen bedroeg eind 2022 bijna 3400 GW. In 2023 werd er 510 GW vermogen bijgebouwd. Zet deze trend zich door dan zal rond 2030 de productiecapaciteit van zon- en windenergie ruim een 2,5 maal zo groot zijn als nu. Maar dat is echter minder dan de factor 3,0 die is afgesproken op de laatste klimaattop, om de opwarming van de aarde onder de anderhalve graad te houden. Er moet dan jaarlijks ongeveer 1000 GW aan vermogen bijkomen. Wereldwijd is ongeveer 14% van de verbruikte energie hernieuwbaar en dit percentage moet flink omhoog wil de temperatuurstijging beperkt worden tot anderhalve graad. Onderstaande figuur geeft een indruk van de productie van hernieuwbare energie wereldwijd, verdeeld over de werelddelen.

In de figuur is te zien dat waterkracht vooral in Oost- en Zuid-Azië, Noord- en Zuid-Amerika en Europa goed is ontwikkeld. In Europa wordt ongeveer de helft van het technisch potentieel aan waterkracht benut; in Noord- en Zuid-Amerika ongeveer een kwart, in Oost- en Zuid-Azië en in Oceanië ongeveer een vijfde. In Oost-Europa, Centraal Azië, Midden-Oosten en Afrika is het potentieel aan waterkracht nog nauwelijks ontwikkeld. Biomassa wordt vooral gebruikt Oost- en Zuid-Azië en in mindere mate in Europa, Amerika en Afrika. Er is een behoorlijk potentieel aan biomassa voor gebruik als energiebron vooral in Latijns-Amerika (Brazilië; suikerriet en hout) en Azië (India en China). Er worden verschillende technieken gebruikt om biomassa in energie om te zetten. Zonnepanelen worden vooral in Europa gebruikt voor het opwekken van elektriciteit gevolgd door Oost- en Zuid-Azië en Noord-Amerika. Europa is, net als bij zonnepanelen, koploper in het toepassen van windenergie voor het opwekken van elektriciteit. Iets minder wordt van windenergie gebruik gemaakt in Noord-Amerika en Oost- en Zuid-Azië. Geothermische bronnen om elektriciteit te genereren worden vooral gebruikt in Oost- en Zuid-Azië, Europa en Noord-Amerika, terwijl in Europa en Oost- en Zuid-Azië en Noord-Amerika ook veel geothermische bronnen worden ingezet als warmtebron [WEC], [Volkskrant].

Onderstaande figuur geeft de totale productie van energie uit hernieuwbare bronnen, in EJ (10¹⁸ J), in de verschillende werelddelen [WEC].

Duidelijk is dat de meeste hernieuwbare energie wordt geproduceerd in Oost- en Zuid-Azië, Noord- en Zuid-Amerika en Europa.

Onderstaande figuur geeft, voor 2015, de top vijf van de landen die de meeste energie produceren uit de verschillende hernieuwbare bronnen; waterkracht, biomassa, zonne-energie en windenergie voor het opwekken van elektriciteit en geothermie voor elektriciteit- en warmteopwekking. Deze vijf landen zijn gezamenlijk goed voor ongeveer 65 procent van de energieproductie uit de hernieuwbare bronnen [WEC].

Uit de figuur blijkt dat in China veel energie wordt geproduceerd uit waterkracht, op ruime afstand gevolgd door Brazilië, Canada, Verenigde Staten en Rusland. China produceert ook de meest hernieuwbare energie uit biomassa gevolgd door India en op ruime afstand gevolgd door Brazilië, de Verenigde Staten en Indonesië. Duitsland, Japan, China, de Verenigde Staten en Italië produceren veel elektriciteit uit zonne-energie. Verreweg de grootste producenten van elektriciteit uit windenergie zijn de Verenigde Staten en China op afstand gevolgd door Duitsland, Spanje en India. Elektriciteit uit geothermische bronnen wordt het meest geproduceerd in de Verenigde Staten, Filipijnen, Indonesië, Nieuw Zeeland en Mexico. China produceert verreweg de meeste warmte uit geothermische bronnen op afstand gevolgd door de Verenigde Staten, Zweden, Turkije en IJsland [WEC].

Het energieverbruik voor elektriciteitsopwekking ligt gemiddeld rond 20% van het totale energieverbruik. In Nederland werd, in 2021, 25% van de elektriciteit opgewekt met duurzame bronnen. Wereldwijd werd in 2021, door de snelle bouw van nieuwe zonneparken en windmolens, 10,3% van de elektriciteit opgewekt uit deze twee duurzame bronnen. In 2015 was dat nog maar 4,6%. Als deze trend de komende 10 jaar aanhoudt, ligt de energiesector op schema om het gestelde doel van Parijs te halen. Vijftig landen wekten in 2021 meer dan 10% van hun elektriciteit op uit zon en wind. De koplopers in de productie van stroom, uit zon en wind, zijn Denemarken en Uruguay [Volkskrant].

Hernieuwbare energie in Europa

Wat is de stand van zaken met betrekking tot het gebruik van hernieuwbare energie in Europa? De onderstaande figuur geeft voor 2020 het aandeel hernieuwbare energie in het totale primaire energieverbruik van de 27 landen van de Europese Unie aangevuld met het primaire energieverbruik van IJsland, Noorwegen, Turkije [Eurostat].

Het land binnen Europa wat de meeste hernieuwbare energie gebruikt is IJsland. Dat gebruikt vooral geothermische energie voor warmte en elektriciteit. Op veel plekken in IJsland is het grondwater, op een kilometer diep, heter dan 150 ^oC. Gebouwen worden verwarmd met de energie van geisers. Geisers worden ook gebruikt om elektriciteit op te wekken. Verder komt de stroom van stuwmeren en windmolens. Slechts 10% van het energiegebruik in IJsland komt uit olie. Dat is vooral brandstof voor transport. Ook Noorwegen heeft een behoorlijk aandeel hernieuwbare energie vooral in de vorm van waterkracht. In andere bergachtige landen is waterkracht ook een belangrijk bron voor de energievoorziening. In veel landen wordt op grote schaal gebruik gemaakt van biomassa, vaak in de vorm van hout, voor de verwarming van woningen. Daarnaast wordt biogas ingezet, bijvoorbeeld afkomstig van het vergisten van biologisch afval. In afvalverbrandingsinstallaties wordt afval verbrand, een deel van dat afval is biologisch en wordt als hernieuwbaar aangemerkt (bio-afval). In Denemarken, Zweden, Portugal en Ierland wordt meer dan vijf procent van de energie opgewekt met windenergie. Het aandeel zonne-energie (warmte en elektriciteit) neemt snel toe, voornamelijk door het plaatsen van zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit. In Spanje staan een aantal zonnecentrales die elektriciteit opwekken via geconcentreerde zonnewarmte. Nederland blijft, met 10% hernieuwbare energie, achter bij de rest van Europa. In de grafiek staat Nederland op de een na laatste plaats. In 2021 was er in de Europese Unie een omslagpunt; er werd meer elektriciteit opgewekt uit hernieuwbare bronnen (38%) dan uit fossiele brandstoffen (37%) [Volkskrant].

Hernieuwbare energie in Nederland

De stand van hernieuwbare energie in Nederland wordt in onderstaande figuur geschetst. De figuur geeft aan in hoeverre de verschillende bronnen van hernieuwbare energie bijdragen aan hernieuwbare energie in Nederland en hoe deze bronnen zich in de afgelopen tijd, van 1990 tot en met 2021, hebben ontwikkeld. In de figuur is het bruto energetisch eindverbruik van hernieuwbare energie gegeven zoals dat wordt gedefinieerd in EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie uit 2009 [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

Uit de figuur blijkt dat de opwekking van hernieuwbare energie in 2021 is afgenomen ten opzichte van 2020. Dit komt door een aanpassing in 2021 van de Renewable Energy Directive (RED) van de Europese Unie. In de nieuwe RED zijn aanvullende eisen opgenomen voor de hernieuwbaarheid van biomassa. De precieze interpretatie van deze regels is nog onduidelijk. In bovengenoemd figuur is het, volgens RED onzekere deel, weggelaten. Het aandeel biomassa valt dan terug van 120 naar 108 PJ. Wordt het onzekere deel meegenomen dan stijgt het aandeel van 120 naar 136 PJ. Het totaal aandeel hernieuwbare energie in de bovenste grafiek komt, zonder het onzekere deel, uit op 220 in 2021 terwijl het in 2020 222 PJ was wat een lichte daling betekent. Zou het onzekere deel worden meegenomen dat kwam het totaal in de bovenste grafiek uit op 247 PJ [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

Het aandeel hernieuwbare energie in 2021, in de vorm van het bruto energetisch eindverbruik in Nederland, is 12% van het totale bruto eindverbruik zonder het, volgens de RED, onzekere deel. De grootste bijdrage wordt in 2021 in Nederland geleverd door biomassa, 22%. Worden het biogene afval van afvalverbrandingsinstallaties, biogas en de biotransportbrandstoffen meegerekend dan levert biomassa 45% van de hernieuwbare energie in 2020. Windenergie en zonne-energie zijn daarna de grootste bronnen met een bijdrage van respectievelijk 28% en 17% [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

Zonne-energie heeft een stijgend aandeel in het bruto energetisch eindverbruik. Dit is vooral het gevolg van de sterke toename van het aantal geplaatste zonnepanelen, dankzij het feit dat de prijs daarvan sterk is gedaald. In 2000 was de prijs 600 dollar per MWh, nu is dat minder dan 50 dollar per MWh. Zonnepanelen worden geplaatst op daken van woningen en (bedrijfs)gebouwen en in zonneparken. Zonnepanelen leveren groene elektriciteit (17,9%). Daarnaast wordt in zonnecollectoren, met zonne-energie, warmte opgewekt (0,5%). Windenergie levert groene elektriciteit opgewekt via windturbines, zowel op land als op zee. Wind op zee was in 2021 goed voor een derde van de totale Nederlandse elektriciteitsproductie uit wind [Volkskrant].

Onder biomassa vallen een aantal verschillende bronnen. Bij elektriciteitscentrales het (bij)stoken van biomassa voor het opwekken van elektriciteit (5,4%), bij bedrijven het verbranden van biomassa voor elektriciteits- en warmteopwekking (9,6%), bij huishoudens het stoken van hout in open haarden en kachels voor warmte (6,7%). In totaal is het aandeel biomassa dan 22% in 2021. Biogas draagt voor ongeveer 4,0% bij aan het bruto eindverbruik. Onder biogas valt stortgas opgevangen uit vuilstortplaatsen (0,1%), biogas dat vrijkomt in rioolwaterzuiveringsinstallaties bij vergisten van zuiveringsslib (1,0%), biogas dat wordt geproduceerd bij het vergisten van mest al of niet samen met plantaardige materialen (1,6%) en biogas dat wordt gewonnen bij anaerobe zuivering van afvalwater en natte biomassastromen (1,3%). Het verbranden van biogeen afval in afvalverbrandingsinstallaties levert een bijdrage van 7,6% in 2021. Biotransportbrandstoffen zijn biobenzine en biodiesel die bijgemengd worden aan normale benzine en diesel (11,5%) [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

De overige bronnen, geothermische energie, bodem warmte/koude, buitenluchtwarmte en waterkracht dragen in totaal 9,3% bij aan het hernieuwbaar bruto energetisch eindverbruik in 2021. Geothermische energie is aardwarmte, op een diepte van meer dan 500 meter, afkomstig van processen in het binnenste van de aarde, die via een geboorde put wordt gewonnen (2,6%). Bodemwarmte/koude is warmte en/of koude onttrokken aan de bodem, al of niet gebruik makend van een warmtepomp (2,3%). Deze warmte/koude wordt gebruikt om gebouwen te verwarmen of te koelen. Buitenluchtwarmte is warmte die via een warmtepomp onttrokken wordt aan de buitenlucht en wordt gebruikt voor verwarming (4,3%). Waterkracht wekt groene elektriciteit op met waterturbines geplaatst in rivieren (0,1%) [CBS, Hernieuwbare energie in Nederland, 2021].

Nieuwe hernieuwbare bronnen zijn in ontwikkeling. Onder andere de 'blauwe' energiecentrale (osmotische centrale) in de Afsluitdijk. Deze centrale maakt gebruik van het verschil in zoutconcentratie tussen zout en zoet water en wekt daaruit elektriciteit op. Een andere nieuwe techniek maakt gebruik van algen. Algen kunnen, dankzij de fotosynthetische eigenschappen van deze micro-organismen, licht omzetten in elektrische stroom. De opbrengst van deze techniek gaat in de richting van één Watt per vierkante meter [CBS Statline], [Volkskrant].

Dat Nederland achter blijft met hernieuwbare energie, vergeleken met de rest van Europa, komt voor een deel doordat we hier nauwelijks waterkracht hebben. Daarnaast heeft Nederland een eigen aardgasvoorraad waardoor bijna alle huishoudens een aardgasaansluiting hebben. In het buitenland ontbreekt die vaak, waardoor er veel hout gestookt wordt door huishoudens. Echter ook vergeleken met landen die geen waterkracht hebben en weinig hout stoken blijft Nederland duidelijk achter. Vergelijk bijvoorbeeld de situatie van Nederland met Denemarken, Duitsland en Spanje. Dat komt omdat in die landen de overheid hernieuwbare energie heeft gestimuleerd wat in Nederland pas in de laatste jaren van de grond is gekomen. Daardoor hangt Nederland, wat hernieuwbare energie betreft, aan de staart van het peloton. In 2020 heeft Nederland met ongeveer 11% het op een na laagste aandeel hernieuwbare energie van de Europese Unie; dit aandeel ligt ver onder het gemiddelde aandeel hernieuwbare energie van bijna 20% in het Europa van de Europese gemeenschap (EU-27). In de EU-Richtlijn Hernieuwbare Energie uit 2009 is vastgelegd dat, in Nederland, in 2020, 14 procent van het bruto energetisch eindverbruik van energie afkomstig moest zijn van hernieuwbare energiebronnen. Dit doel is niet gehaald; het aandeel hernieuwbare energie in het bruto energetisch energieverbruik in 2020 in Nederland was 11%. Om aan de doelstelling te voldoen heeft Nederland duurzame energie ingekocht van Denemarken. Dit land produceert meer duurzame energie dan voor de Deense doelstelling nodig is. In totaal werd 16 terawattuur aan hernieuwbare energie ingekocht, voldoende om de Nederlandse doelstelling van 14% te halen [CBS Statline].

De laatste jaren vindt een inhaalslag plaats. In Nederland steeg het aandeel wind en zon afgelopen twee jaar van 14 naar 25% terwijl het aandeel fossiele brandstoffen daalde van 78 naar 63%. Nederland staat nu samen met Spanje en Luxemburg in de topdrie van landen die de meeste zonne-energie produceren. In het voorjaar van 2022 werd, een aantal malen, meer dan de helft van de elektriciteit in Nederland geproduceerd via hernieuwbare bronnen. Bovendien werd voor, het eerst, enkele uren meer groene stroom opgewekt, dan wat totaal aan elektriciteit nodig was. Dat is sindsdien nog enkele keren gebeurd. Door het grote aanbod van groene stroom werd de elektriciteitsprijs maar liefst 17 uur negatief. Veel zonne- en windparken werden daardoor op deze momenten stilgezet. Over heel 2022 kwam 40% van de totale elektriciteitsproductie uit hernieuwbare bronnen, het aandeel uit fossiele brandstoffen daalde naar 65% [Volkskrant], [CBS Statline].