Een rechtse case voor de energietransitie

De inspiratie van deze blog kwam na de zoveelste column van Jean-Marie Dedecker en het resulterende Twitterdraadje dat ik maakte. Waarom is rechts zo tegen de energietransitie en hoe kan rechts overtuigd worden van de merites ervan? Dat zijn de twee centrale vragen die ik behandel in deze blog.

Inleiding

Het is een publiek geheim dat rechts sceptisch tot ronduit avers tegenover groene beleidsmaatregelen staat. De reden is simpel als dat het banaal is: rechts neemt de klimaatverandering niet serieus, of alleszins niet serieus genoeg om het status-quo te veranderen.

Ja, het financiële plaatje is onderdeel daarvan maar eerder een bliksemafleider. Dit argument wordt al sinds 2010 gebruikt, maar op 10 jaar tijd is er zoveel vooruitgang in de groene sectoren geboekt dat geld niet echt het issue is. Op lange termijn gezien zijn groene maatregelen economisch voordeliger, maar als een konijn naar een lichtbak kijkt rechts niet verder dan zijn neus lang is.

Deze opinie van Jean-Marie Dedecker is daar een klassiek voorbeeld van. Zonder enige vorm van kennis herhaalt hij de oude riedeltjes dat hij al een decennium vertelt: dat de batterijen van een 'stekkerautootje' zo slecht zijn dat je niet een heen- en retourtje tussen Brussel en de kust niet kan doen zonder op te laden (feit: actieradius van de gemiddelde elektrische wagens is 200-300 km en met de snellaadpalen hoef je maar 10 minuten te 'tanken'), de aankoopprijs is hoog (feit: een zeer kortzichtige manier van denken want een goedkopere benzineslurper betaal je over diens levensduur meer aan de pomp door accijnzen en onderhoudskosten) en natuurlijk doen alsof het belangrijkste aan een wagen is je jaarlijkse tocht naar de bergen (feit: de meeste mensen doen dat niet, voor 99% van de verplaatsingen kan je een volledig elektrische of hybride gebruiken).

Het is bizar: een libertair als Jean-Marie Dedecker verkiest afhankelijkheid van de oliesjeiks boven vrijheid. De elektrische wagen is meer dan ooit 'mijn auto mijn vrijheid'. Zet thuis wat zonnepanelen en klaar: je kan off-grid rijden.

 'Maar wat als de zon niet schijnt?' Dat is de raison d'être van deze blog: aantonen hoe gebruik te maken van de technologie van vandaag je onafhankelijk en goedkoop kan wonen.

Systeemdenken

Allereerst moeten we weg van het hokjesdenken. De woning van de toekomst is niet onderverdeeld in vakjes: hier is elektriciteit, hier is warmte, hier is warm water, enz. Al die verschillende vormen van energieverbruik worden aan elkaar gekoppeld. Ook weg met het lineair denken: aanvoer, verbruik en afvoer wordt opvang, hergebruik, buffering, omvorming en als laatste afvoer.

Dit klinkt abstract maar ik zal het even aantonen met een heel simpel voorbeeld. Na een uurtje joggen kom je bezweet thuis. Je gaat naar de badkamer en je doucht. Je gasketel ontbrandt, je boiler maakt warm water aan dat vervolgens uit de douchekop komt en terug wegspoelt naar het riool. Dit is de klassieke manier van lineair denken.

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid is dit verspilling: het warme water waarvoor je energie hebt verbruikt, spoelt weg via het riool. Zo gaat voor een Nederlands gezin jaarlijks 300 euro verloren via het afvoerputje.

De woning van de toekomst gaat juist heel spaarzaam om met de kostbare energie. Ik ga hiervoor een zo breed mogelijk overzicht geven van de duurzame technieken die nu bestaan. Ik neem altijd als uitgangspunt de mogelijkheid om volledig off-grid te leven. Ik ga dus geen collectieve technieken als een warmtenet bespreken.

1. De zonnepaneel

Dit is een klassieker en al goed ingeburgerd, zodat dit misschien geen verdere uitleg behoeft. Fout! Veel mensen weten niet dat er drie types zonnepanelen bestaan: zonnecellen, zonnecollectoren en hybriden. Zonnecellen bestaan uit twee onderverdelen: fotovoltaïsche en foto-elektrochemische. Je hebt ook nog eens geconcentreerde zonnepanelen.

Fotovoltaïsche zonnecellen is wat we het best kennen: direct zonlicht wordt hierbij omgezet in elektriciteit. De blauwe tot zwarte siliciumzonnepanelen zijn de meest gebruikte. Monokristallijne siliciumzonnecellen zijn het meest efficiënt, maar op grotere daken worden minder efficiënte polykristallijne zonnecellen gezet omdat zij goedkoper zijn. Amorfe zonnecellen zijn het minst renderend en worden nog nauwelijks gebruikt. Hoogrendementspanelen combineren verschillende vormen van zonnecellen voor maximale opbrengst. Zo kan een gemiddelde opbrengst van 250 Wattpiek opgekrikt worden tot 360 Wattpiek.

Foto-elektrochemische zonnecellen kunnen ook elektriciteit produceren of rechtstreeks water omzetten in waterstofgas door middel van een chemische reactie met een elektrolyt of een kleurstof zoals de DSC (Dye-Sensitized Cell). Het rendement van een DSC ligt een pak lager dan bij siliciumzonnepanelen (3-5% vs. 14-17%), maar er is mogelijkheid tot 30% rendement in de toekomst. DSC-panelen kunnen ook beter indirect zonlicht gebruiken dan silicumzonnecelpanelen zodat je die zonnepanelen zelfs binnen kan plaatsen.

Technisch gezien wordt de DSC ook als een fotovoltaïsche zonnecel beschouwd, een puur foto-elektrochemische zonnecel produceert waterstof. In Vlaanderen zijn we koploper met deze techniek, maar qua efficiëntie zijn er betere manieren om waterstof te produceren. Zij zitten aan een rendement van 15%.

Zonnecollectoren daarentegen gebruiken zonlicht om warm water te maken. Zonnecollectoren kunnen hiervoor indirect zonlicht gebruiken zodat op een bewolkte dag er nog steeds warm water is. De zonnecollectoren hebben hiervoor water als warmtewisselaar die de opgevangen warmte afvoeren via leidingen naar een zonneboiler. Er bestaan vlakkeplaatcollectoren, vaccuümbuiscollectoren en heteluchtcollectoren, elk met hun voor- en nadelen.

Hybride zonnepanelen of PV thermische panelen combineren zonnecellen en zonnecollectoren voor zowel elektriciteit en warmte. Deze combinatie is efficiënter dan de aparte installaties. Een probleem voor zonnecellen is oververhitting: op een zonnige dag kan het dakoppervlak wel 70 °C worden waardoor het rendement keldert. Door een zonnecollector te integreren, voer je die overtollige warmte af voor nuttig gebruik waarbij je dus ook de zonnecellen afkoelt. Dit gaat wel ten kosten van het rendement van de zonnecollector, maar dit hoeft niet noodzakelijk een probleem zijn als je de lagere temperatuur kan 'oppompen' (zie verder). Een PVT collector is dan weer een efficiëntere zonnecollector ten koste van de zonnecellen.

Geconcentreerde zonnepanelen concentreren het zonlicht op een kleiner maar heel efficiënt (30% of meer) zonnecel, al dan niet in combinatie met zonnecollectoren. Voor residentiële toepassingen komt dit nog niet vaak voor (kostprijs vooral) maar ik ben positief dat dit waarschijnlijk de toekomst is.

Nadeel van zonnepanelen: als de zonlicht niet schijnt, zoals 's nachts en in de winter, dan heb je ook geen opwekking. In de winter is het energieverbruik het hoogst 's morgens en 's avonds, wanneer zonnepanelen het minst efficiënt zijn. Er bevatten buffertechnieken (thuisbatterij of buffervat) maar dat is gelimiteerd tot 24 u. Zonnepanelen op zich zijn niet voldoende om off-grid te gaan. Zonnepanelen hebben vandaag een goede terugverdientijd, zodat een investering zeer interessant is.

2. Warmtepompen

Warmtepompen zijn waarschijnlijk dé duurzaamste warmtetechniek op de markt. Het principe is dat van een omgekeerde koelkast: door gebruik te maken van een compressor en een 'koel'middel, wordt warmte 'opgepompt' naar een hogere temperatuur. Zo kan voor elke kW aan elektriciteit 3 tot 4 kW aan warmte geproduceerd worden, wat een rendement van 300% tot 400% is. Een gascondensatieketel die op de meest efficiënte wijze gas verbrand en warmte uit de rookgassen recupereert via condensatie, kan slechts een rendement van maximaal 107% bereiken.

Er zijn zoveel verschillende soorten warmtepompen dat deze overal toegepast kunnen worden (en niet alleen in goed geïsoleerde woningen met vloerverwarming, wat foutief verspreid wordt zoals bv. door de Gezinsbond). Er zijn zelfs droogkasten die met een warmtepomp werken.

Warmtepompen kan je onderverdelen in al vier grote groepen: decentrale ruimteverwarmingswarmtepompen, centrale ruimteverwarmingswarmtepompen, warmtepompboilers en combiwarmtepompen. Decentrale warmtepompen zijn warmtepompen die één ruimte verwarmen terwijl centrale warmtepompen als een cv-ketel alle ruimtes verwarmt. Warmtepompboilers verwarmen enkel het sanitair water terwijl combiwarmtepompen zowel aan ruimte- als sanitaire verwarming doen.

Vervolgens kan je warmtepompen onderverdelen in types op basis van de warmtebron en warmtewisselaar: lucht-luchtwarmtepompen, lucht-waterwarmtepompen, water-waterwarmtepompen en bodem-waterwarmtepompen. Die kan je nog verder onderverdelen in sub-types. Het voordeel is dat er geen rechtstreeks contact is tussen de bron en de wisselaar: bv. een lucht-gebaseerde warmtepomp haalt enkel de warmte, en niet de (vervuilde) lucht, binnen.

Een laatste onderverdeling is het aandrijfsysteem van het hele compressieproces. Je hebt elektrisch aangedreven warmtepompen, gasgedreven warmtepompen en gasabsortptiewarmtepompen.

Elektrische warmtepompen gebruiken een elektromotor om de compressor aan te drijven, al dan niet in combinatie met een elektrische weerstandsverwarmer wanneer de compressor het niet aankan.
Gasgedreven warmtepompen gebruiken een een verbrandingsmotor. Net als bij de gascondensatieketel kan hierbij de warmte van de rookgassen worden gerecupereerd. Gasabsorptiewarmtepompen gebruiken thermische compressie. Beide stoten CO2 uit waardoor de warmte minder groen is dan elektrische warmtepompen (bij groene stroom).

Net zoals de zonnepanelen heb je ook hybride warmtepompen die verschillende technieken combineren: warmtepompen samen met hybride zonnepanelen (dus dubbel hybride), warmtepompen samen met een CV-ketel, dat kan een gascondensatieketel zijn maar zou ook kunnen werken op waterstof in de toekomst. De werking van een hybride warmtepomp kan je hier bekijken.

Nu begrijp je waarom de keuze tussen een gascondensatieketel en een warmtepomp een valse keuze is. Hybride warmtepompen zijn de beste keuze voor slecht geïsoleerde woningen met radiatoren: aangezien de gascondensatieketel geheel of gedeeltelijk kan verwarmen, heb je altijd zekerheid. Desondanks kan de warmtepomp eveneens verwarmen, waardoor je bespaart in gasverbruik en CO2-uitstoot.

Lucht-luchtwarmtepompen

Terug naar de verschillende groepen en types. De meest bekende warmtepompen zijn lucht-luchtwarmtepompen of ook wel aircowarmtepompen genoemd. Je hebt hiervan single-split en multi-split vormen. Deze warmtepompen kunnen hun compressor activiteit omkeren waardoor de ruimte wordt afgekoeld i.p.v. verwarmt (actieve koeling).

Helaas, de netbeheerder sluit actieve koeling uit als je in aanmerking wilt komen voor subsidies. De aannemer dient dan die optie uitschakelen. Onbegrijpelijk als je het mij vraagt, tot zelfs crimineel, aangezien warmtepompairco's de meest efficiënte airco's zijn en hittegolven leiden tot vroegtijdige sterfte bij zwakke bevolkingsgroepen (bejaarden en kinderen). Vlaanderen ziet airco nog steeds als een luxegoed, terwijl door de klimaatverandering de zomers alsmaar heter worden. Bovendien verhoogt de kans op oververhitting door de aanmoediging van de woning luchtdicht te isoleren. Pervers!

Single-split is de enige vorm van decentrale warmtepomp. De buitenunit met ventilator zuigt de lucht binnen die rechtstreeks naar een binnenunit met een compressor gaat. Eén warmtepomp verwarmt hierbij één ruimte. Als je je hele huis op die manier wilt verwarmen, heb je dus voor elke ruimte een apart toestel nodig. De installatie hiervan is relatief simpel.

Multi-split heeft één of meerdere buitenunits verbonden met meerdere binnenunits. Een buizensysteem verbindt de verschillende units. Het is een vorm van centrale verwarming waarbij de centrale buiten staat, in de tuin of op het dak. Alleen heeft de buitenunit krachtige ventilatoren die geluidsoverlast kunnen veroorzaken. De technologie wordt alsmaar meer geluidsstil, maar voor vele woningen is dit geen optie.

Lucht-waterwarmtepompen werken hetzelfde als multi-split systeem, de warmtewisselaar zijn dan weer buizen met water. Je hebt hiervoor overgedimensioneerde radiatoren op hoge temperatuur of ventiloconvectoren of vloerverwarming op lage temperatuur nodig, terwijl de binnenunits van lucht-luchtwarmtepompen je radiatoren vervangen.

Lucht-gebaseerde warmtepompen zijn het minst efficiënt. De warmtepomp functioneert het beste wanneer het verschil tussen de omgevingstemperatuur en de afgiftetemperatuur het kleinst is. Als het buiten vriest, daalt het rendement. Elektrische warmtepompen schakelen hierbij over op elektrische weerstandsverwarming, wat zeer duur kan worden.

Gasgedreven lucht-gebaseerde warmtepompen kunnen door de verbrandingsmotor wel optimaal werken bij vriestemperaturen. De warmte van de koeling van de motor en de rookgassen worden namelijk gerecupereerd, waardoor de buitenlucht voorverwarmd wordt. Toch is er hier veel vooruitgang waardoor elektrische warmtepompen nog kunnen werken tot -10 °C.

Een speciaal systeem zijn de ventilatiewarmtepompen. Ventilatiesystemen type C (natuurlijke aanvoer, mechanische afvoer) kunnen door een kleine warmtepomp warmte recupereren. Voordat de warme binnenlucht wordt afgevoerd, wordt het langs kleine warmtepomp gestuurd die het oppompt en naar de cv-ketel stuurt. Doordat de binnenlucht warm is, werkt deze warmtepomp uitermate efficiënt. Hierdoor bespaar je op de stookkosten.

Bij volledig mechanische ventilatie wordt gekozen om met een warmtewisselaar de inkomende lucht voor te verwarmen door gebruik te maken van de warmte van de buitengaande lucht. In combinatie met de lucht-luchtwarmtepomp maak je die laatste meer efficiënt door de hogere aanvoertemperatuur van de lucht. Een variant is de bodemwarmtewisselaar: inkomende lucht wordt hierbij eerst langs een pijp in de bodem opgewarmd

Het meest efficiënte zijn warmtepomppanelen: zoals bij thermische zonnepanelen wordt de warmte van de zon afgegeven aan een warmtewisselaar (water met glycol) die vervolgens naar een warmtepomp binnenshuis wordt gevoerd die deze warmte naar het interne watersysteem oppompt. Er worden extra ventilatoren geplaatst zodat er betere warmtewisseling gebeurt tussen de panelen en het buizensysteem. Warmtepomppanelen moeten qua efficiëntie niet onderdoen voor bodem-waterwamtepompen én door de zonnepanelen wordt de elektriciteit voor de warmtepomp hernieuwbaar geleverd.

Water- en bodem-gebaseerde warmtepompen

Water is veel stabieler dan lucht. Het water kan oppervlaktewater zijn: er zijn projecten in Leuven die het water van de Dijle als warmtebron gebruiken. Je zou al een vijvertje of gracht moeten hebben om dit voor een individuele woning te gebruiken. Die zou vervolgens voldoende diep moeten zijn om een stabiele vriesvrije zone te hebben. Niet echt mogelijk voor de meeste woningen.

Recent hebben ingenieurs warmte uit het rioolwater (riothermie) bestudeerd voor de KULeuven campus. Dit is eerder een collectieve installatie, ik zie niet hoe dit werkt voor een individuele woning.

Het kan kleinschaliger: een warmtewisselaar kan warmte recupereren uit het douchewater, (vaat)wasmachinewater,... Het principe is identiek aan dat van ventilatiewarmtewisselaar: het uitgaand warm douchewater wisselt zijn warmte uit met het inkomende koude leidingwater. Hierbij recupereer je de warmte geproduceerd door je boiler én maakt dat de verdere opwarming van het leidingwater efficiënter verloopt.

Wat met water-waterwarmtepompen commercieel wordt bedoeld is eigenlijk grondwater-waterwarmtepomp. Grondwater wordt hierbij opgepompt dat zijn warmte afgeeft aan een intern buizensysteem met een water-glycolmengsel. Vervolgens wordt het teruggepompt. Het voordeel is dat grondwater heel constant (12-14 °C) is, waardoor het rendement veel hoger ligt. Vanwege de waterhuishouding en de watertaksen en -vergunning is dit geen sinecure. De meeste overheden staan niet te springen om hiervoor toelating te verlenen.

De echte bodem-waterwarmtepomp of geothermische warmtepomp is meer in gebruik. Daarbij worden via boorgaten kunststoffen buizen met warmtewisselaar (water-glycolmengsel) tot diep (>100 m) onder de grond gebracht. Het is de warmtewisselaar die hierbij opgepompt wordt, niet het grondwater. Goed uitgevoerde buizen zijn lekdicht en veilig voor het milieu. Het systeem is gesloten: er is geen vermenging van grondwater met de warmtewisselaar.

Er bestaat ook een direct exchange (DX) systeem: hierbij wordt het koelmiddel rechtstreeks met koperen leidingen in de bodem gebracht, zonder een extra warmtewisselaar. De verdamping van het koelmiddel drijft het proces aan, zodat er geen pomp noodzakelijk is. De koperen leidingen zijn betere warmtegeleiders dan kunststoffenbuizen, waardoor het systeem korter is.

De grondwater-waterwarmtepomp en de geothermische warmtepomp zijn voorbeelden van verticale bodemwarmtepompen. Er bestaan ook horizontale bodemwarmtepompen: het buizensysteem wordt horizontaal op een vorstvrije diepte van ongeveer 2 meter in de tuin gelegd. De temperatuur is minder constant maar het bespaart de dure boringen. Nadeel is dat buiten gras niets kan groeien bovenop de horizontale bodemwarmtewisselaar: wortels kunnen het buizensysteem beschadigen en verhardingen verhindert de regeneratie van de bodem door insijpeling van water.

Geothermische warmtepompen kunnen zowel passief als actief koelen. Met passief koelen wordt enkel de pomp ingeschakeld, die hierbij het water opgewarmd door het huis onder de grond stuurt, waar het afkoelt en terug wordt opgepompt. Bij echte warme temperaturen kan de passieve koeling niet bijbenen. Actief kan ook, waarbij de compressor wordt ingeschakeld, maar zoals gezegd dan verlies je je subsidies.

Door warmte van de zomer ondergronds te stockeren, wordt de bodem warmer waardoor in de winter meer warmte kan onttrokken worden. Over het jaar bekeken kan dit in balans zijn of lichtjes meer warmtestockage dan onttrekking. Hierdoor verbetert het rendement jaar na jaar (tot 5 of 6 kW warmte per kW elektriciteit).

Een speciale combinatie van geothermische warmtepomp is met betonkernactivering. Beton heeft een grote thermische massa: het slaat makkelijk warmte op en geeft het slechts traag af. Beton buffert hierbij: in de winter is het huis warmer en in de zomer koel. Het principe is afgekeken van kerken: door het gesteente hebben die een relatief constante temperatuur.

Tijdens het gieten van het beton legt men buizen aan in het beton, deze worden later gevuld met water. Als het water warmer is dan de ruimte, geeft het warmte af en vice versa. Het is goedkoper en efficiënter dan luchtgebaseerde koeling. Bovendien vervangt de betonkernactivering de vloer- en plafondverwarming, wat kosten bespaart. Verbind je de buizen van de betonkernactivering met de buizen van de geothermische warmtepomp via de funderingspalen ('energiepalen'), dan kan je niet alleen warmte bufferen maar ook stockeren en oppompen via de bodem.

Een speciale vorm van bodem-warmtepomp met warmtepomppanelen is het ijs-energiebuffersysteem van Viessmann. Daarbij wordt een betonnen watervat in de tuin geplaatst op een diepte van 4 meter. Daarin wordt een warmtewisselaar geplaatst. Als de warmtepomppanelen onvoldoende warmte kunnen onttrekken in de winter, wordt het watervat aangesproken. Stelselmatig wordt warmte onttrokken. Op het laatste verandert het water in ijs. Door de faseverandering van water naar ijs komt veel water vrij, ongeveer evenveel warmte als dat nodig is om water van 0 °C naar 80 °C te verwarmen. Het betonnen vat wordt niet geïsoleerd, zodat het geregenereerd wordt door de constante bodemwarmte. In de zomer wordt warmte in het watervat gestockeerd, waardoor dit het water en de omliggende bodem verwarmen, waarna dit in de winter kan onttrokken worden. In Duitsland zijn er al enkele van deze ijs-energiebuffersystemen.

De diversiteit en toepasbaarheid van warmtepompen maakt dit dé milieuvriendelijke techniek van de toekomst. Elk jaar dalen de prijzen van de warmtepompen, zodat een investering in warmtepomp aantrekkelijker wordt.

3. Micro-WKK's

WKK staat voor warmte-krachtkoppeling (in het Engels cogeneration). Het principe is heel simpel: in klassieke elektriciteitscentrales wordt slechts 30%-50% van de energie gebruikt voor elektriciteitsproductie. 50%-70% van de energie is restwarmte die via de koeltorens verloren gaat. Een WKK gebruikt beide energievormen, waardoor er slechts een verlies is van 10%. WKK's zijn hierdoor efficiënter dan de individuele vormen van energieopwekking.

WKK's worden al veelvuldig gebruikt in de industrie en dat al sinds de jaren 70. In Vlaanderen is er 2,25 GW aan WKK's (Doel 1 en 2 samen), die 20% van de hele elektriciteitsbehoefte dekt. Recent zijn er micro-WKK's op de markt waardoor ook grote of kleine residentiële woningen hiermee verwarmd worden.

Voor residentiële woningen zijn er drie technieken. Ten eerste heb je een inwendige verbrandingsmotor. Je hebt hierbij ofwel een gasmotor of een gasturbine, gelijkaardig aan de motor van een wagen. Inwendige verbrandingsmotoren hebben een elektrisch rendement van 30 à 45% en een thermisch rendement van 40 à 65%. Nadeel is dat het een "vuile" techniek is met veel geluids- en fijnstofproductie. Ook zijn deze door de vele bewegende delen onderhoudsintensief. Meer en meer wordt hiervan afscheid genomen.

Een tweede techniek is de uitwendige verbrandingsmotor (sterling- of rankinemotor) Deze micro-WKK staat ook bekend als de HRe of hoogrendementsketel met elektriciteitsproductie. Gas, aardgas of propaangas, wordt door een klassieke gascondensatieketel verbrandt. Een deel van warmte wordt gebruikt om een zuigersysteem aan te voeren. Het is veel stiller maar produceer veel minder elektriciteit (1 kW elektriciteit en 12 kW warmte).

De derde techniek is de brandstofcel. Deze is relatief nieuw en wordt door een beperkt aantal producenten geleverd (weeral ook het Duitse Viessmann, maar evengoed Vaillant). Er gebeurt hierbij geen 'warme' verbranding maar een 'koude' verbranding. Het aardgas wordt door stoom gekraakt en vormt waterstof (en koolstofmonoxide - na een tweede zuivering koolstofdioxide). Die waterstof (eigenlijk protonen) wordt door gebruik te maken van katalysatoren, anodes en kathodes elektriciteit geproduceerd. Vervolgens wordt de waterstof blootgesteld aan zuurstof, hierbij wordt water gevormd en komt er warmte vrij.

De brandstofceltechniek is de zuiverste techniek: er komen geen rookgassen vrij, er is geen lawaaierige verbrandingsmotor en belangrijker: de meeste elektriciteit wordt hierbij geproduceerd. Voor elke 1 kW elektriciteit produceert het 2 kW warmte. Een tweede gascondensatieketel dekt de piekwarmtebehoefte af. Het totaal rendement van de installatie is 90%, maar door het meer efficiënter gebruik van het aardgas is het 50% meer efficiënt dan een gascondensatieketel en produceert het 30% minder CO2.

Belangrijk: het systeem maakt gebruik van waterstof. Aldus is er mogelijkheid voor volledig groene elektriciteits- en warmteproductie, zonder de noodzaak voor aardgas.

Het nadeel is dat micro-WKK's vooral in energieverslindende woningen werkt, in passieve woningen is er veel minder elektriciteit en warmte nodig zodat de investering niet wordt terugbetaald (of zeer lang). Micro-WKK's voor grote appartementsgebouwen of op wijkniveau onder de vorm van een warmtenet hebben wel een toekomst.

Zijn sterkte is ook zijn zwakte: omdat warmte en elektriciteit gekoppeld zijn, is een micro-WKK zo goed als nutteloos in de zomer. De warmtevraag is dan onbestaande, waardoor je ook geen elektriciteit kan maken.

Je kan in principe elektriciteit maken van warmte (heat-to-power heet dat dan, zoals reversed electro dialysis of thermoelektrische generator), alleen als je als particulier warmte-krachtcertificaten wilt krijgen mag je de warmte niet omzetten in elektriciteit. Zelfs al zou het wettelijk mogen, de huidige technieken staan nog niet op punt om dit op een renderende manier te doen die ook voor residentiële toepassingen zou werken.

Er is één groot voordeel: micro-WKK's zijn vraaggestuurd eerder dan aanbodgestuurd. Micro-WKK's kan je op- en afzetten. Die flexibiliteit is totaal afwezig bij zonnepanelen en warmtepompen. Wie zekerheid wilt, kan best voor een micro-WKK gaan.

4. Vergistingsinstallaties

Micro-WKK's mogen dan wel efficiënte ketels zijn, het blijven ketels. Natuurlijk, als CO2 de minste van je zorgen is, dan maakt de oorsprong van de brandstof weinig uit. Als je toch de micro-WKK wil vergroenen, dan heb je een groen alternatief voor aardgas nodig.

Die bestaat! In Vlaanderen is er een mogelijkheid voor landbouwbedrijven om hun overtollig mest te vergisten tot biogas (een mengsel van methaan en CO2), wat dan opgezuiverd kan worden tot biomethaan. De combinatie van een vergistingsinstallatie met een WKK geeft dan een bio-WKK waardoor groene elektriciteit en warmte kan geproduceerd worden.

De vergisting zelf vergt warmte-energie, de bacteriën die de mest afbreken opereren het beste op een temperatuur van 37-38°C (mesofiel) of 55-57°C (thermofiel). Door efficiënt gebruik van de nodige warmte kan er netto meer warmte geproduceerd dan verbruikt wordt, zodat landbouwbedrijven een bron van warmte kunnen zijn voor anderen.

Kan dezelfde techniek worden toegepast voor woningen? Ja! Meer zelfs, in Nederland is er in Amsterdam-Noord een hele wijk die een vergistingsinstallatie gaat krijgen. Ontlasting en urine kan evengoed vergist worden tot biogas. Ook kan er fosfaat uit gerecupereerd worden. Wel jammer dat het GFT-afval niet via vermalers wordt meevergist, noch dat de warmte uit het afvalwater wordt gerecupereerd via riothermische warmtepompen.

Voor een individuele woning is dit evengoed een mogelijkheid. Dan wordt de septische put vervangen door een ondergrondse vergister, UASB-septische-tank of UASB-reactor. Er zijn in Nederland nog geen cases bekend hiervoor, buiten één in Sneek. Het slib en het vergiste afvalwater vergt wel nabehandeling, omdat nutriënten en pathogenen erin aanwezig blijven. Er bestaan hiervoor biotechnische installaties (struvietreactor, OLAND-reactoralgenbioreactor, helofytenfilter, groene gevel,...).

Een compleet systeem zoals in Sneek is mogelijk, maar rendeert vanaf 500 personen. Opvallend: zo'n installatie is vanaf die schaal even kostenefficiënt als een centrale rioolwaterzuiveringsinstallatie, maar met minder rioolinfrastructuur en minder verlies aan grondstoffen.

Het gezuiverd grijs en zwart afvalwater kan vervolgens hergebruikt worden als toiletwater. Grijs afvalwater kan intern hergebruikt worden door een eigen kleine waterzuiveringsinstallatie. Hydraloop in Nederland produceert zo'n installatie en wonnen in Las Vegas hiervoor verschillende prijzen. Maar dat terzijde.

5. Power-to-gas

Zijn vergistingsinstallaties en aanverwanten de enige mogelijkheden om aan groene brandstoffen te komen? Nee, natuurlijk niet. Meer zelfs, groene brandstoffen kunnen een rol spelen in het opslagprobleem van overtollige elektriciteit.

Een groot probleem van elektriciteit is de opslag ervan. Een thuisbatterij kan stroom hoogstens een dag vasthouden en pieken tussen piekproductie in de middag en piekconsumptie 's ochtends and 's avonds compenseren.

Er wordt ook vaak gekeken naar een 'smart grid', waarbij bij de batterij van iedere elektrische wagen wordt ingeschakeld als buffer. Zelf acht ik de kans op slagen op slechts gering, aangezien dit een volledige hertekening van het elektriciteitsnet vergt. Realiteit zal eerder zijn dat mensen moeten betalen om extra elektriciteit op het net te plaatsen.

Een andere manier is elektriciteit omzetten in warmte, dit heet ook power-to-heat. Warmte kan namelijk langer opgeslagen worden dan elektriciteit (maar ook niet weer superlang). Dit kan alleen lokaal gebeuren, omdat er meer verlies is bij transport in vergelijking met elektriciteit. De klassieke elektrische weerstandsboiler of elektrodeboiler kan dit doen. Nadeel: die energie ben je dan ook 'kwijt', je kan die alleen voor verwarming gebruiken. Wanneer is de meeste hernieuwbare elektriciteitsproductie? In de zomer. Wanneer is de warmtevraag het laagst? Ook in de zomer. Power-to-heat is geen oplossing voor het opslagprobleem.

Er is dus nood aan een vorm van opslag met het minste verlies en de meeste langdurigheid. Dan komen we automatisch terecht bij brandstoffen, of power-to-gas. Via elektrolyse kan je water splitsen in waterstofgas en zuurstof, en die waterstofgas kan je samen met CO2 omzetten in methaan of methanol (wat vervolgens naar groene diesel of andere brandstoffen kan verwerkt worden).

Er is één probleem: de efficiëntie van de elektrolyse is slechts 50-70%, hoogstens 85%. Bij omvorming naar methaan is er opnieuw een verlies van 8%. Alhoewel, recent is er onderzoek naar methaanproducerende bacteriën die de efficiëntie van de elektrolyse kunnen verhogen dankzij enzymes, waardoor 85-100% conversie is. Bovendien gebeurt dit bij lagere temperaturen en pH niveaus. Het nadeel: dit proces is trager dan het chemisch alternatief.

Er bestaan ook volledig biologisch processen: zowel elektromethanogenese als elektrohydrogenese kunnen geproduceerd worden gebruikmakend van microbiële elektrolysecellen. Het enige dat nodig is, is een kleine hoeveelheid elektriciteit en een groeimedium (dit kan groenafval zijn, een alternatief voor de vergistingsinstallatie?). Het omgekeerde is de microbiële brandstofcel, die kan elektriciteit produceren. Deze zijn nog steeds in een experimentele fase, maar er is al een werkzame microbiële elektrolysecentrale in Duitsland en Denemarken.

Nadeel van waterstof is dat het een gas is met een kleine dichtheid. De huidige gasleidingen zijn hierop niet voorzien. Aldus zal het eerder biomethaan of biomethanol zijn die het opslagmedium van de toekomst zijn.

Toekomstmuziek? Nee, er wordt een waterstofcentrale in Oostende gepland die de overschotten van de windmolens op zee gaan omvormen tot waterstofgas. Tegen 2025 zal die klaar zijn.

Waterstof is een 'dure' energiebron. Als we even vanuit gaan van een efficiëntie van 70%, dan betekent dat 30% elektriciteit verloren gaat. Aangezien elektriciteit veruit het duurst is, moet er met waterstof spaarzaam worden omgegaan. De kans is klein dat onze woning verwarmd wordt met waterstofgas, of dat onze auto's brandstofcellen op basis van waterstof zullen hebben. Die twee zaken zullen eerder op elektriciteit werken. Vliegtuigen, boten, vrachtwagens en bussen kunnen wél op waterstof vliegen, varen of rijden. Ook de petrochemie kan groene brandstoffen beter gebruiken.

Betekent dit dat enkel grote centrales waterstof zullen produceren? Nee, dit kan ook thuis. In Duitsland wordt een huizenblok door een combinatie van een elektrolyse, methaanvormer, condensatieboiler en micro-WKK verwarmd. Revolutionair is het circulaire aspect: de CO2 die vrijkomt wordt afgescheiden van de andere rookgassen en gebruikt in de methaanvormers. De efficiëntie van het systeem is 80%, maar het kan verhoogd worden. Het enige nadeel is dat de zonnepanelen onvoldoende surplus elektriciteit leveren voor de installatie, zodat het maar half off-grid is.

Toch opent dit perspectieven in de toekomst. Kan iedereen zijn huis omvormen van consument tot producent? Wie weet!

6. Windturbines

Windenergie is verrassend. Ondanks dat het in één adem met zonnepanelen wordt genoemd, zijn windturbines minder geschikt voor kleinschalige toepassingen. De windsnelheid neemt namelijk exponentieel toe met de hoogte door de weerstand van het landschap. Toch ga ik enkele kleinschalige toepassingen noemen, juist vanwege de beperkte bekendheid.

Er zijn twee soorten 'urban' windturbines: windturbines met een horizontale as en windturbines met een verticale as. Bij horizontale asturbines rekenen we de bekende propellorturbines. En dan zijn er speciale balvormige of muurvormige windturbines. Wie meer wilt weten, verwijs ik door.

De meeste urban windturbines kosten meer dan ze opbrengen over hun levensduur gezien: lage opbrengst en geen overheidssteun. Windturbines zijn enkel zinvol op daken van hoge appartementsgebouwen of voor boerderijen op het platteland, waar voldoende wind is. Op andere plakken leveren ze niet eens genoeg op om een tv van stroom te voorzien. Exit de urban windturbine.

Er bestaat ook zoiets als de 'warmtemolen', in deze molen wordt de rotatie van de wieken omgezet in warmte dan elektriciteit. Het principe is simpel: je verbindt de rotor met een opslagtank. Door wrijving met het water wordt warmte gecreëerd. Dit gebeurt efficiënter dan elektriciteit, waardoor lagere windsnelheden nodig zijn. Warmtemolens zijn simpeler in bouw (geen transformatoren enz.) waardoor ze minder kosten én wegen. Thermische energieopslag is goedkoper en efficiënter dan elektriciteit.

Nog efficiënter is de rotor van de windmolen rechtstreeks verbinden met de mechanische compressor van de warmtepomp. Dat ziet er zo uit. Niet alleen is er hiervoor een conversie minder nodig, maar bespaar je ook de nodige stroom voor de compressor. Hetzelfde probleem is van toepassing voor windenergie: geen wind betekent ook geen warmtepomp. Er zal dus altijd een back-up elektromotor nodig zijn, of een buffertank, maar als het waait (wat voornamelijk in de winter is wanneer de warmtepomp het hardst werkt), kan dit een besparing zijn.

Misschien is de combinatie van een warmtemolen en een door een windmolen aangedreven warmtepomp de beste? De hamvraag: wie wilt de eerste stap maken?

7. Groendak

Wacht, wat doet een groendak hier? Een groendak wordt het vaakst aangelegd als onderdeel van de waterhuishouding: groendaken bufferen het hemelwater, zodat de piek van een regenbui wordt verlegd in de tijd en hierdoor de belasting van de riolering daalt. Bovendien hebben groendaken ecologische waarde.

Toch hebben groendaken potentieel in de besparing van energie. Alleszins is het voldoende om op de lijst van Project Drawdown te staan. De besparing is eerder klein (0,77 Mt CO2 besparing tegen 2050) in vergelijking met warmtepompen (5,2Mt). Waarom?

Intuïtief wordt gedacht aan isolatie: een groendak bovenop een normaal dak zou de isolatiegraad doen stijgen. Dit klopt gedeeltelijk: de isolatie van een groendak is relatief beperkt, de thermische weerstand van het groendak is afkomstig van het dun laagje vochtige bodem. In vergelijking met gewone isolatie is de bijkomende thermische weerstand nul.

Maar, groendaken hebben andere kwaliteiten: de schaduw van de plantjes maakt dat er minder zonnestraling wordt opgenomen wordt door het dak, het water in de bodem wordt door evotranspiratie verdampt wat bijkomende verkoeling brengt (tot de bodem droog is), de bodemlaag vormt net zoals beton een thermisch opslagmedium dat grote temperatuursverschillen dempt en de waterstroming is ook een efficiënte stroming van warmte.

Deze secundaire eigenschappen zorgt volgens deze studie ervoor dat groendaken gemiddeld +/- 10% tot 25% minder warmteverlies hebben in de wintermaanden en gemiddeld +/- 75-80% minder warmteopname in de zomermaanden. Het hangt af of het groendak extensief (zoals een sedumdak) of intensief is (zoals een daktuin). Hoe meer planten en bodem, hoe meer gewicht de dakconstructie moet dragen maar hoe meer voordeel dat je doet.

75% minder warmteopname, dat voelt vooral de airco. Lager verbruik van de airco betekent ook minder energieverbruik en CO2 uitstoot. Het is omwille van die reden dat groendaken mee opgenomen zijn in de lijst van Project Drawdown.

Groendaken hoeven niet noodzakelijk in competitie te gaan met zonnepanelen. Meer zelfs, de verminderde warmteopname van het groendak vermijdt oververhitting, waardoor het rendement stijgt. Het Brusselse departement van Leefmilieu heeft een fiche hierover.

Ook kan het hemelwater van een groendak, mits bijkomende filtering vanwege de humuszuren, perfect opgevangen worden door een hemelwaterput voor hergebruik. De opvang is wel 50% minder (want meer verdamping). Zo word je ook (meer) onafhankelijk van het leidingwater.

Conclusie

Ik heb een overzicht gegeven van meerdere duurzame technieken om off-grid te leven. Het is niet zozeer de bedoeling dat je ze allemaal tegelijkertijd toepast. Wel zijn er meerdere combinaties mogelijk.

Zelfs al geloof je niet in klimaatverandering of wens je niet volledig off-grid te leven, een aantal van deze technieken hebben een redelijke terugverdientijd. De meesten rechtsen begrijpen het concept van investeren om later de vruchten ervan te plukken, zeker als het gaat om het verlagen van de energiefactuur.

Wie koppig met een benzineslurper wilt rondrijden, zijn huis wilt verwarmen met een gasketel en elektriciteit van het net haalt, verliest elke geloofwaardigheid als die klaagt over de hoge prijzen. Met de technieken van vandaag kan je je lot in eigen handen nemen. Het is momenteel enkel een kwestie van onwetendheid, de meeste tegenstanders zoals Jean-Marie Dedecker weten gewoon niet beter.

Elke Watt aan elektriciteit en warmte bespaard, is een Watt die niet geproduceerd hoeft te worden. De huidige rato van grondige energierenovaties van woningen is veel te laag. De drempel is nog veel te hoog. Een voorstel van sp.a - renovaties prefinancieren door de netbeheerder en de renteloze lening te laten terugbetalen via de energiefactuur - werd even in overweging genomen door minister van Energie Zuhal Demir (N-VA) maar onmiddellijk afgeschoten door de partijtop. Nochtans zou het geld vooral ten goede komen voor de lage en middenklasse, eerder dan de gegoeden zoals het huidig premiesysteem.

Dit bewijst dat het ecorealisme van het N-VA een dode mus is, een goedkope marketingtechniek om een groen imago aan te meten zonder de nodige acties en middelen daar tegenover te plaatsen. Ondertussen worden de normen wel elk jaar strenger. Een beleid met de stok (normen) zonder wortel (financiering) is fundamenteel onrechtvaardig.

Toch begrijp ik dat voor verschillende gezinnen sommige technieken niet mogelijk of te duur zijn. Er zal nog altijd de nood zijn aan centrale vorm van energieproductie. Windmolenparken, zonneparken, kerncentrales en groene gascentrales met afvang en gebruik van CO2 blijven een optie. De overheid zal sowieso een rol spelen in de energietransitie.

Ondertussen tikt de klok genadeloos verder. Ik ga niet aan doemdenken doen, maar met de mondiale veranderingen - klimaatverandering maar ook de geopolitieke spanningen met Rusland en de Golfstaten - hangt de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen als een molensteen rond de nek van Vlaanderen. De versnelling moet hoger worden geschakeld.

Toch ben ik optimistisch. De technieken in 2010 zijn heel anders dan de technieken in 2020. Innovatie zal steeds vaker praktische en financiële bezwaren van duurzame technieken tackelen. Het is nu een kwestie van mensen te overtuigen om mee te stappen in het Vlaanderen van morgen.

Reacties

Anoniem zei…
Mooie post en op vele punten ben ik het eens. Er ontbreekt trouwens nog een hydro optie, alhoewel hier in België niet het gros van de energie vandaag zal komen, maar golfslag centrales zijn in ieder geval groen en bieden zekerheid.

Onze kerncentrales moeten zo snel mogelijk dicht, maar niet als eerste, zonder investering in de energietransitie. Als groene jongen, is kernenergie een must in onze energiemix en wel op basis van Thorium, al was het maar om onze huidige rommel op te ruimen.
https://www.youtube.com/watch?v=tHO1ebNxhVI

Volledig off-grid gaan geloof ik niet en ook niet in het minst omdat je iedereen wil laten meebetalen voor je infrastructuur. Off-grid kunnen gaan in geval van tekorten is wel een must en dat is waar ik het niet echt eens ben met je analyse in die zin dat smart-grid en storage de enige manier zijn om een stabiel grid te halen, in tegenstelling tot de groenen die de verantwoordelijkheid willen overhevelen naar het buitenland.

Je wil eigenlijk piekverbruik zoveel mogelijk beperken en dit kan enkel door buffers. Dat een batterij maar een dag mee zou gaan is een fabeltje, alhoewel dat voor de gemiddelde thuisbatterij zou kunnen kloppen. Dit is echter niet het doel van een smart grid. Het gemiddeld verbruik van een gezin is 3500kWh per jaar, wat dus neerkomt op 10kWh per dag. Momenteel zitten we aan 100kWh max batterij voor de zwaardere Tesla voertuigen. Daar kan je in theorie dus je huis een hele week op laten draaien. In tegenstelling tot Nissan hebben zij nog geen vehicle-to-grid (V2G) techniek aan boord, maar uiteindelijk zal dat wel komen en dit voor alle EV's. Iedereen zet zwaar in op onderzoek naar batterijen en het is een kwestie van tijd voor het wagenpark gebruikt kan worden voor storage. Op dat moment zullen thuisbatterijen ook groter worden. Wat dit alles betreft raad ik Tony Seba aan over Clean Disruption.
https://www.youtube.com/watch?v=O-kbzfWzvSI

Waterstof ... ik geloof er niet echt helemaal in. De reden waarom ik er een probleem mee heb is dit filmpje:
https://www.youtube.com/watch?v=h-6BRdUPq54

Er is al een huis dat in de winter op waterstof draait, maar dat heeft dan wel een heel goede isolatie:
https://www.vrt.be/vrtnws/nl/2019/09/11/nederland-stelt-eerste-waterstofwoning-voor/
Het probleem met zonnepanelen is dat je in de zomer veel te veel zal produceren en in de winter veel te weinig. Waterstof produceren met de overschot is een optie, maar dat is dan ook weer niet helemaal zonder risico. Voor auto's is waterstof geen optie, misschien voor schepen of dergelijke wel.

De oplossing blijft voor mij dus smart grid. Wanneer er teveel elektriciteit op het net zit moet je klaar zijn om dit te stockeren en later te gebruiken. Helaas hoor ik groen daar niks over zeggen en lijken me die eerder in te zetten op stroompieken en stroompannes.