We zijn ondertussen met meer dan 8 miljard mensen op onze planeet en nog steeds groeit ons energie-gebruik per persoon. Als we echt het klimaat op aarde stabiel willen houden of klimaat-verandering zoveel mogelijk willen beperken, moeten we wel goed gaan nadenken over wat voor soort energiebronnen we gaan gebruiken en vóóral welke niet. Vaak kom je nog wel een spraak- of begrips-verwarring tegen als het gaat over klimaat-neutrale energiebronnen. Hernieuwbare energie is niet altijd duurzame energie en ook lang niet altijd klimaat-neutrale energie. Daarom hieronder wat meer uitleg.
Er zijn maar drie klimaat-neutrale natuurlijke energie-bronnen te vinden op onze planeet en die zijn van nature ook nog eens heel schoon en eeuwigdurend. Die zorgen in een complex samenspel voor een continue en constante energiestroom en houden ons klimaat stabiel binnen bepaalde grenzen, zodat onze planeet leefbaar is en blijft, en het leven zich kan blijven ontwikkelen. Dat zijn:
Zonnestraling. Onze zon is een hele grote kernfusie-reactor. Zonnestraling zijn de fotonen die ontstaan bij kernfusie-reacties in de zon en die uiteindelijk de buitenkant van de zon bereiken en daar uitgestraald worden. Het duurt nog enkele miljarden jaren voordat onze zon verandert in een rode reus en minder gaat stralen. De zonnestraling die wij dagelijks ontvangen op aarde is dus eeuwigdurend. Onze zon levert ons elektrische energie via fotovoltaïsche panelen en warmte via zonnecollectoren. De zon zorgt via de Atmosferische Circulatie ook voor het weer. Wind is dan ook 'afgeleide' zonne-energie en wind-energie is daarom dus eigenlijk ook zonne-energie. Golfslag-energie of Ocean Wave Energy is dan weer een afgeleide van windenergie. De zon zorgt ook voor verdamping van water, waardoor er neerslag ontstaat en rivieren kunnen stromen. Waterkracht is dus ook een vorm van afgeleide zonne-energie. De zon drijft ook de warme en koudegolfstromen aan in de oceanen (Thermohaliene Circulatie of THC).
Rotatie van de Aarde. De Aarde draait in 24 uur precies eenmaal om haar eigen as. In feite is het een heel groot vliegwiel met een enorme massa. Er zit dan ook een onvoorstelbare hoeveelheid energie opgeslagen in die als maar draaiende Aarde. Omdat die Aarde in een vacuum (het heelal) roteert is die energie er eigenlijk niet van af te tappen. Je kunt geen dynamo monteren. Het is ook niet zo dat bijv. door massatraagheid van de atmosfeer of het oceaanwater, wij op Aarde daar sterke windstromen of waterstromen van ondervinden die ons energie zouden kunnen leveren. De atmosfeer en de oceanen zijn één geheel met het roterende lichaam Aarde. Wél is het zo dat in samenwerking met de zwaartekracht van de Maan, Zon en de Aarde zelf, er getijden ontstaan in het oceaanwater. De beweging van en de interne wrijving in het oceaanwater zorgen ervoor dat er een getij-effect kan ontstaan. De rotatie van de Aarde is daarbij ook een belangrijke drijvende kracht. Door de getijdenwerking neemt de rotatie van de Aarde zelfs een heel klein beetje af. Door geologen is vastgesteld dat 600 miljoen jaar geleden de Aarde sneller draaide en een dag 21 uur duurde. Getijden- en getijdenstroom-energie zijn dus klimaat-neutrale energiebronnen.
Aardwarmte is de warmte die uit het binnenste van de Aarde (6.000 graden Celsius) via convectie heel langzaam diffundeert naar het oppervlak van de aarde. Soms heel plaatselijk en geconcentreerd via vulkanen. Die warmte ontstaat door radioactief verval van elementen en stolling- en kristallisatie-warmte van de vloeibare kern van de aarde. Ook is er nog veel oerwarmte in de aardkern aanwezig afkomstig van de bewegingsenergie van meteorieten die bij inslag omgezet werd in warmte. 99.999% van de Aarde is warmer dan 100 graden Celsius. Maar deze warmte draagt maar ca 20 graden Kelvin bij aan de temperatuur van het aardoppervlak van gemiddeld 288 graden Kelvin. Voor die temperatuur zorgt de zon (235 graden Kelvin) en de natuurlijke broeikasgassen (33 graden Kelvin) zoals vooral waterdamp. Onze Aarde is een groot warmte-reservoir dat maar heel langzaam 'leegloopt'. Het is zelfs de vraag óf het leegloopt en niet heel langzaam voller wordt, gezien de nieuwe warmte die nog steeds ontstaat in de kern van de Aarde.
Zwaartekracht. Het gaat hierom de zwaartekracht van de Aarde, de Maan en de Zon. De zwaartekracht van de Aarde zorgt ervoor dat het regen- en smeltwater in onze rivieren vanaf de bergen omlaag stroomt richting de zee en oceanen. Dat water is door de energie van de zon vanaf het aardoppervlak verdampt en hoger in de koudere atmosfeer weer gecondenseerd en als neerslag weer naar beneden gekomen. Door de zwaartekracht van de aarde kunnen wij die 'afgeleide' zonne-energie dat het stromende rivierwater is, benutten. Door stuwdammen te bouwen in rivieren kunnen we met turbines electrische energie (waterkracht) opwekken. De zwaartekracht van de Maan en in mindere mate de Zon zorgen samen met de rotatie van de Aarde en de zwaartekracht van de Aarde zelf voor de getijdenwerking op onze Aarde. Getijdenstroom is een onuitputtelijke gratis energiebron die nagenoeg nog niet gebruikt wordt. Er is een verschil tussen getijdenenergie en getijdenstroomenergie. De eerste gaat uit van een estuarium dat bij vloed vol loopt en bij eb leeg loopt langs ingebouwde turbines in een dam, zoals La Rance (240 MW). Getijdenstroomenergie gebruikt speciale tidal turbines die geplaatst en verankerd worden in een getijdenstroom in open zee, dus niet in een dam. Een voorbeeld is de 2 MW O2 tidal turbine bij Orkney van Orbital Marine. Een andere inventieve vorm van getijdenenergie is Dynamic Tidal Power, een patent van twee Nederlandse waterbouwkundigen uit 2008. DTP gaat uit van een 35 tot 50 km lange dam loodrecht op de getijdenstroom en kustlijn die het tij opstuwt. Daardoor wordt het verschil tussen het waterniveau vóór en achter de dam behoorlijk verhoogt en kunnen de turbines in de dam veel meer energie uit de waterstroom halen. Eventueel kan voor een nog hogere opbrengst die dam aan het einde voorzien worden van een dam die er haaks op staat en de vloedgolf verder opsluit. Je krijgt dan een T-vormige dam vanaf de kustlijn. Zou je een identieke tweede dam parallel aanleggen op 150 km afstand van de eerste, dan ontstaat er precies een kwart fase tijdsverschil in de opgewekte energie-golven, met als gevolg een nog vlakkere elektriciteits-productie per etmaal van de twee gecombineerde dammen. De ontwerpers berekenden dat een dam van 35 km lang haaks tegen de kust bij IJmuiden 40 TWh/jaar zou kunnen produceren. Het totale electriciteitsverbruik in Nederland in 2022 was 117 TWh. Investeringen voor zo'n DTP zijn hoog en zouden opnieuw gecalculeerd moeten worden. Maar voor 40 TWh/jaar heb je toch wel minimaal vier EPR kerncentrales nodig á 15 miljard euro en tegen dat bedrag is een DTP vermoedelijk érg concurrerend. Bovendien zou zo'n DTP een groot visitekaartje afgeven van de Nederlandse waterkracht-ingenieurs.
Promotievideo Dynamic Tidal Power uit 2013
Daarnaast zijn er nog andere energiebronnen voor handen op onze aarde, maar die hebben allemaal gemeen dat die energie uit bronnen komt die als 'natuurlijke voorraden' te beschouwen zijn van o.a. de bovengenoemde vier natuurlijke bronnen. Door die natuurlijke voorraden te gebruiken, komt er veel méér warmte in de atmosfeer en naar het aardoppervlak dan onze planeet gewend is. Dit heet Anthropogenic Heat Release (AHR) en zorgt voor ca 10% van de opwarming van het klimaat (zie Opwarming van de Aarde door K.E.) . Hieronder een opsomming:
Fossiele Brandstoffen. Dit zijn restanten van lang vergaan marien en terrestrisch plantenleven, dat in de aardbodem opgesloten is geraakt en door geologische processen zijn getransformeerd. We noemen: turf, bruinkool, steenkool, aardgas, aardolie, asfalt. Het bestaat chemisch uit koolstof en waterstof. Bij winning en verbranding ontstaan de broeikasgassen koolstofdioxide, methaan en distikstofoxide (lachgas) én warmte (AHR). Alle vier factoren beïnvloeden het klimaat door extra opwarming. Fossiele brandstoffen zijn in feite chemisch geconcentreerde voorraden zonne-energie, omdat al het Aardse plantenleven op celniveau chemische fabriekjes zijn die met behulp van zonlicht (fotosynthese) koolstofdioxide plus water omzetten in koolwaterstoffen.
Geothermie. Geothermie is de techniek om de aardwarmte diep in de aarde via pijpleidingen en vloeistof naar boven te halen en te gebruiken voor verwarming of stoomturbines. In de normale aardkorst moet men daar gemiddeld zo'n 3.000 meter diep voor gaan. De warmte die men op dat moment naar boven brengt, zou normaal pas over enkele duizenden jaren het aardoppervlak bereikt hebben via de normale langzame convectie. De aardwarmte is echt onuitputtelijk. Maar door gebruik van geothermie brengt men extra warmte (AHR) naar het aardoppervlak én in het aardse klimaat, die er normaal op dat moment niet in thuis hoort. Niet aan te bevelen dus, tenzij er bijv. sprake is van energiewinning uit natuurlijke lavastromen. Vermeldenswaardig is hier dat Google samen met FERVO een op fracking gebaseerde geothermie-techniek heeft ontwikkeld in twee boven elkaar liggende horizontale boorgaten. Een pilot-project in Nevada moet gaan aantonen hoe efficiënt dit is. Maar ook dit is vanwege AHR niet gewenst.
Vulkanische warmte. Dit is vooral economisch interessant in vulkanische gebieden, omdat men daar maar heel ondiep hoeft te boren om 100+ graden celsius te bereiken. Voorbeelden zijn IJsland en Indonesië. Die vulkanische warmte die men ontrekt en gebruikt om electriciteit op te wekken of voor warmte, zou in de meeste gevallen toch binnen enkele tientallen jaren het aardoppervlak bereikt hebben via natuurlijke erupties. Het menselijk gebruik ervan voegt dus wel degelijk warmte toe aan het klimaat en is te kwalificeren als AHR, maar heeft een korte termijn effect.
Biomassa. Biomassa is dood plantenmateriaal dat gegroeid is in het afgelopen seizoen of in de jaren daarvoor en wordt geoogst met als doel dit te verbranden om energie te verkrijgen. Veelal hout, stro, algen, palmolie, agrarische reststromen e.d.. Biomassa kan klimaat-neutraal zijn als binnen een areaal in hetzelfde seizoen minimaal evenveel koolstof wordt vastgelegd door planten als dat er geoogst wordt. Maar als ongecontroleeerd en onbeperkt natuurbossen worden gekapt om als pellets in biomassa-centrales te worden opgestookt, komen er op het moment van verbranding nieuwe extra broeikasgassen én warmte (AHR) vrij, die zorgen voor extra opwarming van de aarde. Betrokken bedrijven roepen dan vaak dat de kaalgekapte natuurbossen van nieuwe aanplant zijn voorzien, maar er is lang niet altijd een (inter-)nationale autoriteit die dit controleert. Bovendien heeft die nieuwe aanplant pas na 100 jaar weer weer dezelfde hoeveelheid koolstof vastgelegd. Bossen zijn chemisch natuurlijke koolwaterstof-buffers en de koolstofopslag moet per areaal binnen nauwe marges gehouden worden, als er uit gekapt wordt. In natuur-bossen zou niet of alleen heel beperkt en selectief gekapt mogen worden, omdat ook rekening gehouden moet worden met biodiversiteit. Dus niet in één jaar 50% van het natuurbos kappen omdat de pellethout-prijs zo aantrekkelijk is. Productie-bossen dienen een voor koolstof-opslag geoptimaliseerd plan te hebben m.b.t. soort, aanplant, dunningen en kap. Het is daarbij onontbeerlijk dat de eigenaar daarop gecontroleerd wordt en een economische vergoeding krijgt.
Kernenergie. Zowel kernenergie afkomstig uit kernsplijting áls kernfusie voegt warmte (AHR) toe aan het klimaat. Kernenergie komt uit de 'nucleaire reserves' van onze aarde. Er is eigenlijk maar één natuurlijke element te vinden op aarde dat splijtbaar is: Uranium-235. In de natuur gebeurt kernsplijting maar heel zelden en dan ook nog op hele kleine schaal met een hoeveelheid die maar iets de kritische massa overschrijdt om tot een continue kernreactie te komen. Zo zijn er resten van kleine natuurlijke Uranium-235 reactoren gevonden in Oklo, Gabon, die 1,5 miljard geleden actief waren met intervallen gedurende een periode van 150.000 jaar. Berekeningen laten zien dat zo'n kernreactor een vermogen had van tussen de 100 en 500 kW. Zo'n kernsplijtingsreactor kun je zien als natuurlijk en klimaat-neutraal, want de hoeveelheid warmte die toen vrijkwam is verwaarloosbaar. Kernfusie kan daarentegen niet op een natuurlijke manier op aarde plaats vinden, de temperatuur die ervoor nodig is, is veel hoger dan zelfs in de kern van de aarde aanwezig is. Alleen met behulp van door de mens bedachte technologie kunnen kernfusie-reacties plaats vinden. De aardse bronnen voor kernfusie zijn in termen van energie-output bijna oneindig te noemen t.o.v. de aardse bronnen Uranium en Thorium voor kernsplijting. Vanuit het standpunt om opwarming van onze aarde tegen te gaan, lijkt het dus héél onverstandig om in kernsplijting en kernfusie te investeren. Door het wereldwijd in bedrijf nemen van honderden/duizenden kernsplijting- of kernfusiereactoren zou onze aarde door AHR heel snel vérder opwarmen. Zie voor meer uitleg Opwarming van de Aarde door K.E.