Tag: Jacobson

Inleiding
Mark Z. Jacobson is een hoogleraar aan Stanford University. Hij is verbonden aan een onderzoeksgroep op energiegebied die zich al jaren bezig houdt met het ontwikkelen van modellen, die moeten bewijzen dat het mogelijk is de hele aarde in of kort na 2050 op duurzame energie te laten draaien. Jacobson heeft zelf vooral verstand van modellering op de computer en verschijnt in publicaties vaak als lead author.

Jacobson (en zijn groep, maar kortheidshalve laat ik dat hierna weg) hanteren daarbij een nauwe definitie van “schone energie”.
De primaire winning moet plaatsvinden uit wind, waterkracht of zon, een beetje geothermie en golf- en getijdenenergie (WindWaterSolar afgekort tot WWS).
Het wisselende karakter van het aanbod wordt beheerst met Warmte-Koude Opslag (WKO), Phase Change Materials (PCM) in combinatie met Concentrated Solar Power (CSP), de productie van waterstof, en het openzetten van de kraan bij stuwdammen, al dan niet in combinatie  met oppompen. Verder kan het gunstig zijn (in die zin dat het minder kost) om de vraag naar stroom af te stemmen op het aanbod (zet de wasmachine aan als de zon schijnt).

Jacobsons ambities gaan verder dan alleen energieneutraliteit. Hij ziet zijn project als iets dat ook schade en doden door luchtverontreiniging tegengaat, netto banen oplevert, en op termijn minder kost. Hij levert dus een soort totaalpakket.
Dat is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) van december 2015. Zie www.pnas.org/content/112/49/15060 .

Jacobson presenteert dit pakket voor de wereld als geheel, en ook voor 139 landen in het bijzonder. (Ik heb hierover eerder op deze site geschreven onder Hoe 139 landen in 2050 volledig van duurzame energie kunnen leven ).
In het hierna volgende zal ik het voorstel van Jacobson voor Nederland bespreken. Eerst echter de VS.

Jacobson in de VS en het proces.
De VS-versie van Jacobson leidde in de sterk gepolitiseerde VS tot heftige debatten.

Het pakket viel in de smaak bij mensen als Bernie Sanders, diverse filmische grootheden en andere naamsbekende personen, en allerlei milieugroepen. In hoeverre hun mening gedeeld wordt door de samenleving in de VS als geheel, kan ik niet beoordelen. Dat kon wel eens een flink deel zijn.

Het riep ook veel verzet op, ook onder deskundigen en andersgelovige politici, waarvan vooral de meningen van deskundigen in de vakpers terecht kwamen (voor zover ik die gelezen heb).
Dat leidde tot een artikel dd 27 juni 2017, ook in PNAS, “Evaluation of a proposal for reliable low-cost grid power with 100% wind, water, and solar” met als lead author Christopher T.M. Clack (en daarna 20 andere namen, waaronder, naar men zegt, nogal wat beroemdheden). Het is te vinden op www.pnas.org/content/114/26/6722.full . Dit tweede artikel (uitvoerig peer reviewed) hakte in stevige, maar binnen de grenzen van de wetenschappelijke betamelijkheid blijvende, bewoordingen in op het eerste artikel.

De beer was los. Beer Jacobson stapte naar de rechter en eiste ruim 10 miljoen dollar schadevergoeding voor reputatieschade, te betalen door PNAS en door de lead author Clack (de andere 20 werden niet voor de rechter gedaagd). Met name de passage over “modeling errors” bij een professor die daar nu juist zijn brood mee verdiende stampte op de zere teen. Het proces loopt.

Je hebt wetenschappelijke vragen, politieke vragen en juridische vragen.
Zowel het eerste stuk van Jacobson als het tweede van Clack vallen in het wetenschappelijke domein. Ze gaan er over wat er natuurkundig kan, onder welke voorwaarden, en met welke economische kosten en baten. Binnen het wetenschappelijke domein gelden, ook voor linkse professoren die het beste met de wereld voor hebben, de wetenschappelijke regels en dat is in dit geval gewoon een verder doorgevoerde discussie in PNAS.
Vragen over wat wenselijk is, en welk doel hoeveel mag kosten, en wat de prioriteiten horen te zijn horen in het politieke domein thuis. Helaas is het politieke klimaat sterk verziekt en zit er een president (met aanhangende kliek) aan wie dit soort subtiliteiten ook niet besteed is.
Juridische vragen gaan pas spelen als er concrete mensen of rechtspersonen concreet geschaad worden door acties in het politieke domein.
Ik vind het een idiote actie van Jacobson.

Ik ken de situatie in de VS te slecht om diep op de VS-versie van Jacobson en zijn critici in te gaan. Een minieme steekproef uit de Amerikaanse pers lijkt op te leveren:

• de Trumpisten hebben er geen zin in en gebruiken bijvoorbeeld het elektriciteitsnet als argument (dat in de VS een stuk beroerder is dan in Europa)
• op papier vindt de wetenschap het scenario van Jacobson uitvoerbaar
• de zeer smalle focus van Jacobson op WWS is schadelijk en overbodig, welke bewering vanuit uiteenlopende belangen uitgesproken wordt ‘kernenergie’ ‘CCS’ ‘biomassa’
• Jacobson veronderstelt technieken die er nog niet of nauwelijks zijn en/of trekt deze technieken veel verder door dan gerechtvaardigd is
• Sommige dingen kunnen  gewoon niet (een vertienvoudiging van de stuwdamcapaciteit)
• Het kost teveel
• Het is veel realistischer om in 2050 80% van de dan nodige energie uit hernieuwbare bronnen te halen, aldus een door velen aangehaalde NREL-studie

Ik kom er op terug in de paragraaf over Nederland.

Jacobson in de geanalyseerde 139 landen samen

Wat uitleg bij deze figuur, die dus over de 139 landen samen gaat.

De ‘TW’ die er staan zijn jaargemiddelde Terawatten (Tera = 10¹²  = 1000miljard). Dus als je dit *8760 uur per jaar doet en *3600 sec/uur, geeft het de geproduceerde energie in een jaar.

Voor Jacobson is 2012 het basisjaar. In dat jaar verbruikten de geanalyseerde 139 landen samen 11953TW vermogen (jaargemiddeld).

Dat is ‘bruto’ omdat er fossiele brandstof deel van uitmaakt.
De binnenkomende (deels fossiele) energie gaat richting drie bestemmingen:

• Een deel wordt kracht of beweging of bedoelde warmte
• Een deel gaat in materie zitten (bijv. in plastic of kunstmest). Hiervan telt Jacobson 10% mee.
• Een deel wordt ongebruikte afvalwarmte.

Als je uit de fossiele brandstof stapt, wordt er geen afvalwarmte meer gemaakt. Dat scheelt uiteraard en die besparing staat in bovenstaand plaatje als bovenste (lichtstgrijze) driehoek.
Verder hoef je geen kolen en olie meer uit de grond te halen en rond te sjouwen en dat scheelt ook (de onderste grijze driehoek).
Tenslotte bespaart Jacobson een beetje als gevolg van menselijk beleid en gedrag. Mondiaal is dat 6,9% in 38 jaar.

In de grafiek betekent ‘BAU’ ‘Business As Usual’. Met andere woorden: men blijft op basis van ongewijzigd beleid fossiele brandstof gebruiken. De BAU-term is dus bruto (dus inclusief de drie grijze driehoeken).
De WWS-term is als alle energie rechtstreeks als elektriciteit wordt opgewekt of rechtstreeks als bedoelde warmte. De omweg via fossiele brandstof vervalt en de WWS-term is dus netto. Dat is het gekleurde deel van de grafiek. In 2050 is dus bruto = netto  geworden.

Al met al komt het mondiaal op neer dat Jacobson de groei, die anders plaatsgevonden zou hebben, wegvangt door het fossiele deel eruit te
snijden. Per saldo is bij hem het energiegebruik in 2012 (bruto) nagenoeg gelijk aan dat in 2050 (bruto = netto).

Jacobson in Nederland
(Eerst even een punt van aandacht. Let wel dat in Nederland bij zon en wind andere ‘Watt-en’ in omloop zijn.
Bij zon in Nederland geeft men de kiloWatt-piek en het aantal kW_piek * 950 heeft het aantal kWh , en dat * 3,6 miljoen het aantal Joule.
Bij wind in Nederland geeft men het nominale vermogen (dat boven een bepaalde windsnelheid niet meer toeneemt) en doet dat * ca 2200 uur op het land en * ca 4000 uur op zee, waarna verder als boven.
Dit systeem komt bij Jacobson ook voor en het kan tot verwarring leiden, dus let er even op.)

De mondiale cijfers (grafiek boven) worden door Jacobson omgezet in nationale cijfers (tabel onder). Hierin die voor Nederland en voor enkele andere landen ter vergelijking.

Je moet dit dus lezen als:
In Nederland zou het BAU-scenario in 2050 leiden tot een jaargemiddeld vermogen van 114,7GW, en het WWS-scenario tot 63,3GW. Het laatste cijfer is 44,84% lager dan het eerste cijfer (laatste kolom).

Het probleem met deze tabel is dat het vermogen in het basisjaar 2012 niet vermeld wordt. Met andere woorden: als Jacobson apart voor Nederland een gekleurde grafiek getekend had als boven, had je wel het rechtereindpunt van de rode en de stippellijn geweten, maar niet het linkereindpunt van beide samen.

Nu hebben wij een CBS en dat zegt dat Nederland in 2012 een jaargemiddeld vermogen had van 103,3GW (bruto), waarvan 61,4GW netto. Het systeem echter van het CBS is niet precies hetzelfde als dat van Jacobson, maar voor de grote lijn van de redenering maakt dat niet heel veel uit. In een gekleurde grafiek voor Nederland apart zou de rode lijn fors omlaag lopen: zo’n 40% in 38 jaar, dus een besparing van 1% per jaar. De huidige praktijk is dat de stippellijn de laatste jaren grofweg om een horizontale lijn wappert. Misschien dat je een beetje daling ziet als je goed kijkt en een beetje optimistisch doet.

Hoe dan ook, als Jacobson zijn zin krijgt, hebben wij in 2050 te verdelen 63,3GW, geheel in de vorm van emissieloze technieken.
De wereld wordt er trouwens een stuk schoner door. Jacobson denkt dat er in Nederland per jaar 6600 mensen minder vervroegd sterven aan Fijn stof (PM2.5) en ozon.

Jacobson stelt voor om de 63,3GW volgens de onderstaande percentages te verdelen (maar verschuivingen binnen dezelfde totaalsom zijn mogelijk). De percentages tellen op tot 100% en dat is die 63,3GW vermogen (over een jaar ca 2000PJ aan energie).

Een voorbeeld.
Wind op het land zou goed zijn voor 5,73% van 63,3GW = 3,63GW.
Let wel: dat is jaargemiddeld. Jacobson voorziet dus 3,63GW * 8760 * 3600 = 114,5PJ.
Het Nederlandse beleid voor wind op het land wil naar 6,00GW, maar dat is nominaal.
Het  Nederlandse beleid voorziet 6,00 * 2200 *3600= 47,5PJ.

Op basis van onderlinge afstand tussen de turbines komt Jacobson tot een energiedichtheid van 7,1W/m² voor windenergie, te land en ter zee.
Jacobson hanteert voor zonnepanelen op het dak 201W/m² en op de grond 0,30PJ/km² .

Het is mij een raadsel hoe je in Nederland CSP wil doen, want die installaties staan tot nu toe alleen maar in hete woestijnen, maar laat ik eens aannamen dat Jacobson weet wat hij zegt. Hij gebruikt deze techniek ook als energieopslag.
Ik neem dan de gegevens van Gemasolar bij Sevilla.

Dit alles geeft de volgende overzichtstabel:

Van de 2000PJ moet dus ca 1170PJ op het land opgewekt worden (rest wind op zee).
Deze site focust op Brabant, en dat is indicatief ca 1/7^de deel van Nederland, dus een kleine 170PJ voor Brabant.

Mijn mening
Dit is heftig en de vraag is hoe je dat er politiek doorheen krijgt. Ik ga dit in een aantal statements afwerken.

• Het doel is dat Nederland zijn bijdrage levert aan het Akkoord van Parijs. Daartoe moet de CO₂ – concentratie (en die van andere broeikasgassen) niet veel meer stijgen. Dit doel moet bereikt worden.
  Overgaan op duurzame energie is voor het klimaat een middel. Als je van Poetin en meneer Saoedi af wil, is het een doel.
• Men zou kunnen proberen meer te besparen, zodat we in 2050 nog lager dan 63GW uitkomen.
• Het WWS-puritanisme van Jacobson leidt in een dichtbevolkt land als Nederland tot grote spanningen, gaat te ver en hoeft niet zo extreem doorgevoerd te worden. Sommige milieugroepen in Nederland hanteren een vergelijkbaar puritanisme: wind en zon zijn halal en de rest is haram. Die dichotomie geeft een lekker gevoel van politieke zuiverheid, maar richt in de praktijk schade aan.
  Men moet niets op principiele gronden bij voorbaat verbieden en altijd eerst te analyseren hoe dingen in elkaar zitten en of een potentiele energiebron, al dan niet na het oplossen van praktische problemen, niet toch een bijdrage aan een oplossing kan bieden.
  Er is weinig op tegen om het pakket te verbreden met een portie biomassa, een portie CO₂-opslag onder de grond, een portie restwarmte van de industrie, een portie zoet-zoutwateropbrengst, en mogelijk een portie kernenergie in een nieuw technisch concept dat de huidige problemen sterk vermindert.
• Ik ben steeds minder iemand van het grote, zuivere gebaar, maar ik word steeds meer een sprokkelaar. Op  deze site staan artikelen over de potentiële opbrengst van mestvergisting, over de potentiele opbrengst van bossen, over restwarmte van datacenters, enz. Geen van deze posten lost op zichzelf alleen het probleem op. Silver bullets bestaan niet.
  Ik voel bijvoorbeeld voor een kritiek in de VS van Dodge (New York, The Energy Collective, zie Critique of the 100 Percent Renewable Energy for New York Plan_nov2013_Dodge ) dat New York (welke stad plus ommelanden best wel te vergelijken zijn met Nederland als geheel) zich lang niet in die mate leent voor zonneenergie als Jacobson zegt, maar ondertussen wel over grote hoeveelheden vergistbaar afval beschikt waar Jacobson niets mee wenst te doen.
• Als Jacobsons logica breed ingang zou vinden (het doel van zijn werk), zullen er dunbevolkte landen zijn met veel zon, die meer elektriciteit kunnen opwekken dan ze zelf nodig hebben. Met andere woorden: ze kunnen exporteren, waaronder naar Nederland. Nederland importeert nu ook netto energie en ook zonder verduurzaming zal dat steeds meer worden. Waarom geen duurzame stroom importeren over HVDCkabels uit Griekenland of Marokko?
  Wie weet verbetert dat de financiele onevenwichtigheid tussen Noord- en Zuid-Europa.
• Jacobsons aannames over de mogelijkheden van zon op daken lijken een lichte onderschatting.
• Maar hoe men het ook wendt of keert, er is nu al behoefte aan forse oppervlakten zonnepark op de grond.
  Men zou er in Brabant goed aan doen om een beleid te ontwikkelen, dat er op gericht is meerdere voordelen tegelijk te bewerken: naast de energieopbrengst ook een rol als flankerend beleid in de landbouwtransitie, en voor de ontwikkeling van extensief grasland dat een natuurwaarde zou kunnen hebben voor weidevogels en insecten.