TNO: behalve goedkope hernieuwbare zonnestroom ook duurzaam materiaalgebruik

Gebruik  van zonnepanelen groeit explosief
Het gebruik van zonnepanelen (Photo Voltaische systemen, PV) groeit heel snel.

Eind 2020 stond er mondiaal zo’n 700GWp opgesteld, goed voor ruim 4% van de mondiale elektriciteitsvraag. Dat kan in 2050 uitgegroeid zijn tot 10.000 – 80.000 GWp, beetje afhankelijk van wie je  gelooft. 60.000GWp lijkt een redelijk safe waarde.
Wat helpt is dat zonnestroom steeds goedkoper wordt. In gunstige gebieden heb je tegenwoordig een kWh  zonnestroom voor minder dan 2 €cent

In Nederland stond er eind 2020 ruim 10GWp, goed voor grofweg 10 miljard kWh, ca 35PJ. Dat is ruim 8% van de Nederlandse electriciteitsvraag (ruim 1% van het totale Nederlandse energiebudget, want dat is veel groter dan alleen elektriciteit – een veelgemaakte fout). Ook weer afhankelijk van wie je gelooft zal dat stijgen tot ca 100 a 200GWpin 2050. De laatste waarde zou dan goed zijn voor ergens rond de 750PJ, te realiseren op (bij het huidige rendement van 20%) ca 1000km2 netto. Bruto is dat meer, maar dat  hangt sterk van de constellatie af.
Het is lastig in te schatten of (orde van grootte) 750PJ genoeg is voor de stroomvraag in 2050. De huidige stroomvraag is 420PJ, maar die zal sterk stijgen, oa door warmtepompen, elektrische auto’s en de verduurzaming van de industrie.

Duurzaam is meer dan alleen maar goedkope groene stroom
Bij een dergelijke explosieve groei is het onverbiddelijk nodig naar het grotere plaatje te kijken, en niet alleen maar naar zoveel mogelijk stroom voor zo weinig mogelijk geld. .
Het moet ook gaan over de productie en over de sloop, en het moet niet alleen maar over geïnvesteerde en geoogste stroom gaan, maar ook over geïnvesteerde en teruggeoogste materialen.

De Nederlandse Publiek-Private Samenwerkingsorganisatie TNO (Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek) heeft in een recente publicatie “Tijd voor duurzame zonne-energie” een onderzoeksagenda opgezet om deze ruimere context in kaart te  brengen. Eindverantwoordelijk is de Nederlandse zonnestroomgoeroe, prof. Wim Sinke. Hij organiseerde er een webinar over op 09 december 2022, samen met zijn medewerkers Mara Hauck (ook werkzaam bij de TU/e) en Mirjam Theelen.
Het paper is te vinden op https://www.tno.nl/nl/aandachtsgebieden/energietransitie/roadmaps/hernieuwbare-elektriciteit/zonne-energie/pv/recyclebare-zonnemodules/ .
Het paper onderscheidt onderwerpen  die je als een technische evolutie kunt zien, technologische onderwerpen die een breuk zijn met wat er was (revolutionair), en maatschappelijke  inbedding, al dan niet combi.

Bij ‘stroom’ kan men op techneutenwijze blijven denken, met dien verstande dat vanaf nu ook de CO2 – footprint van het maken van het paneel meegeteld moet worden. Dat is een uitvoerbare exercitie en dat levert, na wat versimpelingen, op dat zonnepanelen in hun leven ongeveer 20* zoveel energie opleveren als het maken gekost heeft. Welk CO2 -getal bij die energie hoort, hangt er van af  met welke stroommix je vergelijkt.

In deze getallen zit verwerkt de productie en 25 jaar exploitatie, niet de afdankfase (die zou overigens minder dan 10% toevoegen). Een state of the art en in China geproduceerd paneel, dat 25 jaar in Noordwest-Europa dienst doet, heeft over die periode 55 gr CO2 per kWh  aan zijn jas hangen. Toekomstige systemen doen het beter en zelfs nog beter dan de aangegeven worst case-variant, omdat de toekomstige stroommix gunstiger zal zijn dan de huidige.

Bij stroom is ontwikkeling mogelijk op basis ‘business as usual’. Zonne-energie is nog niet uitontwikkeld en men vindt nog steeds nieuwe technieken (nieuwe materialen of meerlaags-panelen) die bijvoorbeeld het rendement verder opdrijven (nu ca 20%, kan 25 a 30% worden). Tot nu toe was het criterium vooral ‘meer stroom voor minder geld’, maar dat moet dus ruimer opgevat gaan worden. Geen techneut die in de stress schiet.

Opbouw van een PV-paneel

Bij materialen ligt het een stuk moeilijker dan bij stroom. Die zijn of worden schaars, zitten maar in een paar landen, en de winning gaat vaak met flinke milieuvervuiling mee gepaard. Of dwangarbeid, zoals gerapporteerd bij de fabricage van heel zuiver silicium.
Schaarste zit vaak waar men het niet verwacht. Dat koper en zilver (voor de contactstripjes) schaars zullen worden, ligt in de lijn der verwachtingen. Maar ook zoiets simpels als glas en silicium groeit tot een probleem  uit: er is zand zat op de wereld, maar lang  niet alle zand is zuiver genoeg. Bovendien vreet de productie van glas, en nog meer van zuiver silicium, energie.
On enig gevoel te krijgen: 2TWp (het dubbele van wat de wereld binnenkort haalt), bij 25% rendement, vraagt om 8000km2 glas. Dat is bijna evenveel als nu in de bouw en verwante sectoren gebruikt wordt.
De logistiek moet over de hele keten goed zijn en goed blijven

Recycling in de gebruikelijke zin des woords, zelfs als die goed werkt, zal de eerste decennia maar een klein deel (voorlopig een paar procent) van de oplossing zijn om de eenvoudige reden dat  er bij de huidige groei zeer veel meer panelen uitgaan dan terugkomen. (Ik heb eerder over recycling van PV-panelen geschreven, zie https://www.bjmgerard.nl/recycling-van-zonnepanelen-op-komst/ ).

TNO hanteert de “R-ladder”.

De R-ladder
  • R1 en R2 hebben daarbij betrekking op langere levensduren en minder materiaalgebruik. Dunne film-folies hebben per kWh minder materiaal nodig. Men kan daaraan in de ontwerpfase al werken.
  • R3 en R4 hebben betrekking op hergebruik (vandaar de lus in de schets0: repareren, onderhoud, opknappen en moderniseren. Dienstig zijn tweedehandsmarkten, revisie en ‘retrofitten’.
  • R5 en R6 hebben betrekking op ‘End of life’- scenario’s. ‘Recycling’ betekent hier het terugwinnen van materialen (zie het verhaal bij ROSI), R6 betekent meestal verbranden.

De EU probeert ook invloed uit te oefenen met minimumeisen voor eco-ontwerp en energielabeling en een systeem van ‘Groene publieke aanbesteding’. Er wordt nu gewerkt aan een eerste versie van een document met dergelijke grootheden.
In de recente Europese Groene Taxonomie zijn PV-systemen in praktijk altijd duurzaam. Een technisch advies uit eigen gelederen om een bovengrens te stellen aan de CO2 – footprint en die dan stapsgewijze in de toekomst te laten dalen, haalde het niet.

TNO vindt dat Europa weer zijn eigen zonnepanelen zou moeten gaan produceren en heeft dat opgeschreven in een artikelin de Volkskrant. Zie https://www.tno.nl/nl/aandachtsgebieden/energietransitie/roadmaps/hernieuwbare-elektriciteit/zonne-energie/europa-zonnepanelen-produceren/ .

Verwerkingsschema, specifiek voor zonnepanelen

Maatschappelijke aspecten
Toepassing in gebouwen en functies is het populairst. Daar kan meer dan alleen maar starre standaardpanelen op een dak zetten. Er  zijn interessante trends om PV integraal in constructies te verwerken, eventueel zelfs als bouwmateriaal (woningen, fietspaden, geluidsschermen). TNO verwijst hier naar een eerdere publicatie “Zonpositief: zonne-energie op weg naar impact” ( https://publications.tno.nl/publication/34637826/ZvsyVf/tno-2021-zonpositief.pdf ).

Ook als het om zonneparken op de grond gaat, nodig om voldoende omvang en snelheid te bereiken om de klimaatdoelen te halen, moet nagedacht worden om het goed te doen. Bijvoorbeeld landschapsinrichting en multifunctionaliteit.

Zonnepanelen, geïntegreerd in een gevel of in dakpannen.
De flats links zijn De Willem en De Zwijger in Best, de eerste Nul op de Meterflats in de sociale huursector. Het is vervangende nieuwbouw. Op de site van de NBA is informatie te vinden op https://www.nbarchitecten.nl/portfolio-items/de-willem-en-de-zwijger/ .

Een ander soort maatschappelijk probleem is dat de productgebonden verwijderingsbijdrage in 2014 is afgeschaft. In plaats daarvan werkt men nu met een omslagstelsel: de verwijderingskosten van bijvoorbeeld televisies die nu richting afval gaan, wordt omgeslagen over de televisies die nu nieuw worden verkocht.
In een min of meer statische markt werkt dat, maar in een exploderende markt als die van zonnepanelen niet: de verkoop is nu, maar de verwijderingskosten duren nog decennia. Dat systeem moet anders.

Update

Er wordt nagedacht om voor zonnepanelen en omvormers opnieuw een vorm van verwijderingsbijdrage te definieren.

De producentenorganisaties van zonnepanelen en omvormers, witgoed, consumentenelektronica, verlichting, gereedschappen en ICT richtten in januari 2020 de Stichting Organisatie Producentenverantwoordelijkheid E-waste Nederland (OPEN) op.
In een uitvoerig artikel in Solar van 07 jan 2022 ging de Stichting OPEN op de problematiek in. Ze legde uit dat de verwerking van zonnepanelen zichzelf niet uit de opbrengsten van de teruggewonnen materialen bedruipen kan en dat er dus op enigerlei wijze geld bij moet, en dat er nu zo weinig panelen terugkomen dat het niet loont om daar nu een serieuze fabriek voor te bouwen. Er is nog even tijd om geld, gebouwen en processen te realiseren.
Intussen volgt de Stichting Open wat er in het buitenland gebeurt en ook wat het lokale initiatiefCaparis Leeuwarden doet.
Verder benadrukt de Stichting OPEN dat als ereen verwijderingsbijdrage komt, iedereen verplicht mee moet doen.
De tekst van het artikel is hierna te lezen.


Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.