H16 Op weg naar duurzame energie
16.1 De zon als energiebron
Via fotosynthese maken planten glucose en zuurstof uit koolstofdioxide en water:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) -> C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Resten van planten en bomen worden na miljoenen jaren aardolie, aardgas en steenkool, allemaal
met flink veel C. Planten en fossiele brandstoffen zijn eigenlijk een opslag van chemische energie uit
zonne-energie. Bij verbranding komt de chemische energie vrij samen met slechte stoffen:
koolstofdioxide, zwaveloxiden en stikstofoxiden. Wij gebruiken in korte tijd meer fossiele
brandstoffen dan dat de aarde in lange tijd kan maken. Dit heeft als gevolg een versterkt
broeikaseffect en klimaatverandering. Ook is het probleem dat de fossiele brandstoffen opraken en
er dus andere energiebronnen moeten komen.
Bij omzetting van energie gaat altijd een deel verloren aan warmte. Door het rendement te
verbeteren, kunnen we energie besparen. Onder kwaliteit van energie verstaan we: de mogelijkheid
om energie op te slaan en het gemak waarmee je de energiesoort in een andere energiesoort kunt
omzetten. Elektrische energie heeft hoge kwaliteit (batterij=opslaan en met hoog rendement in
andere energiesoorten omzetten). Warmte heeft lage kwaliteit.
Energie is duurzaam als de productie en het gebruik ervan de levensomstandigheden van
toekomstige generaties niet in gevaar brengt. De stookwaarde en de C/H-verhouding zijn belangrijke
eigenschappen van brandstoffen. De stookwaarde is een maat voor de hoeveelheid energie die een
brandstof levert, Binas tabel 28B. Bij de stookwaarde komt het water als warmtedamp vrij, in
tegenstelling tot de verbrandingswarmte (tabel 56). De C/H-verhouding (verhouding tussen C en H in
brandstof) heeft invloed op de uitstoot van de hoeveelheid CO2. Waterstof lijkt een goed idee voor
brandstof, alleen de stookwaarde, transport en opslag is moeilijk. Toch wordt er veel onderzoek naar
gedaan. Zo kan waterstof in tanks onder hoge druk vloeibaar worden, wat makkelijker is.
Biobrandstoffen worden gemaakt uit biomassa. Eerste generatie: suikers, zetmeel, olie en vetten;
nadeel is dat je voedingsstoffen gebruikt als biodiesel of bio-ethanol. Tweede: Overgebleven
biomassa als kippenmest en stro of houtsnippers. Derde: algen, je hebt klein oppervlak nodig voor
grote opbrengst. De opbrengst zijn vetachtige stoffen die gebruikt kunnen worden als biodiesel.
Biomassa kan energie neutraal zijn, de energie voor de productie mag in elk geval niet tot meer CO2
leiden. De eerste en tweede generatie waren dus niet goed, er is namelijk ook energie nodig voor
transport etc.
Met zonnepanelen kan je zonne-energie opvangen en omzetten in elektriciteit. Ook windenergie is
duurzaam. Windturbines zetten bewegingsenergie van lucht om in elektrische energie. En water kan
energie opwekken bij hydro-elektrische centrales bij een stuwmeer. Geothermische centrales winnen
warmte uit de aardbodem. Je moet deze vormen van energie wel kunnen opslaan.
Warmtekrachtkoppeling is belangrijk bij duurzaam omgaan met energie. Bij warmtekrachtkoppeling
wordt warmte die bij een proces ontstaat zoveel mogelijk ergens anders gebruikt.
16.2 Brandstofcellen
Een belangrijk probleem voor de waterstofeconomie is het ontbreken van infrastructuur voor het
gebruik voor waterstof als energiedrager. Ook de duurzame productie is een probleem, biomassa
kost veel energie, fossiele brandstoffen zijn nutteloos en elektrolyse kan wel, maar dan niet
afkomstig uit kolencentrales. Een oplossing zou zijn om de elektrische energie met zonlicht of
windturbines op te wekken.
In een brandstofcel kan je de chemische energie van een brandstof rechtstreeks omzetten in
elektrische energie. Een brandstofcel is een elektrochemische cel met continue toevoer van zuurstof
en brandstof en een continue afvoer van reactieproducten. Hij kan bijvoorbeeld uit het volgende
16.1 De zon als energiebron
Via fotosynthese maken planten glucose en zuurstof uit koolstofdioxide en water:
6 CO2 (g) + 6 H2O (l) -> C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)
Resten van planten en bomen worden na miljoenen jaren aardolie, aardgas en steenkool, allemaal
met flink veel C. Planten en fossiele brandstoffen zijn eigenlijk een opslag van chemische energie uit
zonne-energie. Bij verbranding komt de chemische energie vrij samen met slechte stoffen:
koolstofdioxide, zwaveloxiden en stikstofoxiden. Wij gebruiken in korte tijd meer fossiele
brandstoffen dan dat de aarde in lange tijd kan maken. Dit heeft als gevolg een versterkt
broeikaseffect en klimaatverandering. Ook is het probleem dat de fossiele brandstoffen opraken en
er dus andere energiebronnen moeten komen.
Bij omzetting van energie gaat altijd een deel verloren aan warmte. Door het rendement te
verbeteren, kunnen we energie besparen. Onder kwaliteit van energie verstaan we: de mogelijkheid
om energie op te slaan en het gemak waarmee je de energiesoort in een andere energiesoort kunt
omzetten. Elektrische energie heeft hoge kwaliteit (batterij=opslaan en met hoog rendement in
andere energiesoorten omzetten). Warmte heeft lage kwaliteit.
Energie is duurzaam als de productie en het gebruik ervan de levensomstandigheden van
toekomstige generaties niet in gevaar brengt. De stookwaarde en de C/H-verhouding zijn belangrijke
eigenschappen van brandstoffen. De stookwaarde is een maat voor de hoeveelheid energie die een
brandstof levert, Binas tabel 28B. Bij de stookwaarde komt het water als warmtedamp vrij, in
tegenstelling tot de verbrandingswarmte (tabel 56). De C/H-verhouding (verhouding tussen C en H in
brandstof) heeft invloed op de uitstoot van de hoeveelheid CO2. Waterstof lijkt een goed idee voor
brandstof, alleen de stookwaarde, transport en opslag is moeilijk. Toch wordt er veel onderzoek naar
gedaan. Zo kan waterstof in tanks onder hoge druk vloeibaar worden, wat makkelijker is.
Biobrandstoffen worden gemaakt uit biomassa. Eerste generatie: suikers, zetmeel, olie en vetten;
nadeel is dat je voedingsstoffen gebruikt als biodiesel of bio-ethanol. Tweede: Overgebleven
biomassa als kippenmest en stro of houtsnippers. Derde: algen, je hebt klein oppervlak nodig voor
grote opbrengst. De opbrengst zijn vetachtige stoffen die gebruikt kunnen worden als biodiesel.
Biomassa kan energie neutraal zijn, de energie voor de productie mag in elk geval niet tot meer CO2
leiden. De eerste en tweede generatie waren dus niet goed, er is namelijk ook energie nodig voor
transport etc.
Met zonnepanelen kan je zonne-energie opvangen en omzetten in elektriciteit. Ook windenergie is
duurzaam. Windturbines zetten bewegingsenergie van lucht om in elektrische energie. En water kan
energie opwekken bij hydro-elektrische centrales bij een stuwmeer. Geothermische centrales winnen
warmte uit de aardbodem. Je moet deze vormen van energie wel kunnen opslaan.
Warmtekrachtkoppeling is belangrijk bij duurzaam omgaan met energie. Bij warmtekrachtkoppeling
wordt warmte die bij een proces ontstaat zoveel mogelijk ergens anders gebruikt.
16.2 Brandstofcellen
Een belangrijk probleem voor de waterstofeconomie is het ontbreken van infrastructuur voor het
gebruik voor waterstof als energiedrager. Ook de duurzame productie is een probleem, biomassa
kost veel energie, fossiele brandstoffen zijn nutteloos en elektrolyse kan wel, maar dan niet
afkomstig uit kolencentrales. Een oplossing zou zijn om de elektrische energie met zonlicht of
windturbines op te wekken.
In een brandstofcel kan je de chemische energie van een brandstof rechtstreeks omzetten in
elektrische energie. Een brandstofcel is een elektrochemische cel met continue toevoer van zuurstof
en brandstof en een continue afvoer van reactieproducten. Hij kan bijvoorbeeld uit het volgende
