Groene stroom en waterstof: de planeet redden vergt gigantische investeringen

Willen we de wereld leefbaar houden, dan moeten we de inspanningen om de CO2-uitstoot terug te dringen vervijfvoudigen, stelt de Verenigde Naties. Maar in welke richting moeten die inspanningen gaan? Gigantische investeringen in groene stroom en waterstof zijn de te volgen weg.

Vanachter het stuur van een zelfrijdende elektrische Tesla S, glijdend tussen de bossen van Noorwegen, ziet de toekomst van de planeet er behoorlijk goed uit. Het lijkt bijna alsof je op weg bent naar een toekomst zonder fossiele brandstoffen. Vrijwel alle Noorse elektriciteit wordt emissievrij opgewekt. Ze komt van waterkracht die wordt geleverd door watervallen, dammen en rivieren. Er zijn zoveel snellaadstations dat je je nooit zorgen hoeft te maken over een leeglopende batterij. Elektrische wagens zijn in Noorwegen dan ook heel gewoon.

Wie richting Rjukan rijdt, drie uur ten westen van Oslo, ziet een nog meer belovende toekomst. Hier staat een gigantische hydro-elektriciteitscentrale. Ze produceert al sinds 1928 waterstof, onder het symbool H het nummer 1 in de tabel van Mendeljev en potentieel de beste optie om de fossiele brandstoffen te vervangen.

De eerste door waterstof aangedreven wagens rijden rond in de straten van Oslo, hoewel er wellicht betere toepassingen zijn voor dit soort gas. Een van die auto’s is een Hyundai Nexo, eigendom van Nel, een Noors waterstofbedrijf dat zijn wortels heeft in Rjukan. Op de achterruit prijkt de sticker ‘Bedankt voor de rit, dinosaurussen! Vanaf nu kunnen we het zelf’.

Naast China is Noorwegen de stuwende kracht achter de opkomst van de elektrische wagens. Het land kon de belastingvoordelen en andere prikkels financieren met de opbrengsten uit de olie- en gasproductie. De keerzijde is dat die sector in 2017 liefst 310 miljoen ton broeikassen de lucht in stuurde, bijna net zoveel als de kooldioxide (CO2) die Groot-Brittannië uitblies, een land met twaalf keer de Noorse bevolking.

Het gemakkelijke deel

Dat voorbeeld illustreert hoe de hele wereld verscheurd wordt tussen de wil om het broeikaseffect aan te pakken en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. De evolutie naar een koolstofvrije toekomst gaat veel te traag. Het klimaatverdrag van Parijs had de ambitie de klimaatopwarming tot 1,5 graad te beperken tegen het einde van deze eeuw, in vergelijking met het pre-industriële tijdperk. Maar een VN-rapport was vorige week duidelijk: om dat te halen, moeten de ondertekenende landen hun inspanningen vervijfvoudigen. En zelfs dan is het mogelijk dat de temperatuurstijging rond 3 graden uitkomt. Om de temperatuur op aarde te stabiliseren, mag tegen het midden van deze eeuw niet meer CO2 in de natuur terechtkomen dan eruit wordt gehaald.

Hernieuwbare energie is hoe dan ook in opmars. Het voorbije jaren is twee keer meer geïnvesteerd in groene stroom dan in elektriciteitsproductie met kolen, gas, olie en nucleair samen. De verkoop van elektrische voertuigen groeit. Volgens Bloomberg New Energy Finance, een adviesbureau voor schone energie, duurde het zeventien maanden, van medio 2014 tot 2016, om het aantal elektrische wagens in de wereld te zien stijgen van 1 naar 2 miljoen. Het duurde dit jaar slechts zes maanden om van 3 naar 4 miljoen te gaan.

Toch steunt het mondiale energiesysteem nog altijd voor 85 procent op fossiele brandstoffen. Het Internationaal Energieagentschap (IEA) verwacht bovendien dat de wereldwijde CO2-uitstoot dit jaar een record bereikt. Om het broeikaseffect te temperen en de luchtvervuiling te verminderen, moet onmiddellijk werk gemaakt worden van schone elektriciteitsproductie, en van de opslag van die energie. Sommige studies voorspellen dat de energievraag in de komende dertig jaar verviervoudigt. Om die energie schoon te produceren, is een enorme toename van hernieuwbare-energiebronnen nodig, naast kernenergie. Al zal die laatste wellicht meer in de ontwikkelingslanden dan in de ontwikkelde landen opgewekt worden. Waar toch fossiele brandstoffen nodig zijn, kan koolstofopvang en -opslag soelaas brengen. Dat alles is wat specialisten het ‘gemakkelijke deel’ van de oplossing noemen.

Geur- en kleurloos

Veel moeilijker wordt het de sectoren in de economie aan te pakken die niet makkelijk elektriciteit en lithium-ionbatterijen kunnen gebruiken. Denk aan zwaar transport, verwarming en de industrie. In 2014 produceerden die sectoren zo’n 15 miljard ton CO2, of 41 procent van het totaal, in vergelijking met 13,6 miljard ton voor de hele energiesector (zie grafiek). De grootste industriële CO2-uitstoters zijn de cementsector, staal en chemie.

Om de opwarming van de aarde tot minder dan 2 graden te beperken, moet de emissie van het wereldwijde energieverbruik in de industrie 50 tot 80 procent lager zijn in 2050 dan nu, stelt het VN-panel voor klimaatverandering. Als we de opwarming tot 1,5 graad willen aftoppen, dan is zelfs een daling van 75 tot 90 procent nodig. En zelfs als dat lukt, moeten in de rest van de eeuw honderden miljarden tonnen CO2 uit de atmosfeer worden gehaald, de zogenoemde ‘negatieve emissies’.

CO2 is geur- en kleurloos, waardoor het moeilijk is de effecten ervan te zien. Maar de uitstoot is duizelingwekkend. De staal- en de cementindustrie produceren elk meer CO2 dan welk land dan ook, met uitzondering van China en de Verenigde Staten. Met elke ton geproduceerd cement sijpelt bijna driekwart ton CO2 de atmosfeer in. Auto’s en vrachtwagens verpesten het klimaat nog meer, om van de luchtvaart nog te zwijgen. En dan is er nog de niet-energiegerelateerde uitstoot, vooral die van de landbouw, bosbouw en ander landgebruik. Die nemen een kwart van de uitstoot voor hun rekening.

Pro en contra

Steven Davis van de Universiteit van Irvine heeft een energiesysteem met een nul-emissieniveau ontwikkeld, gebaseerd op beschikbare technologieën die hij beschrijft als “tamelijk eenvoudig maar wel eindig”. Behalve van elektriciteit en batterijen maakt hij gebruik van waterstof en ammoniak, biobrandstoffen, synthetische brandstoffen, CO2-opvang en -opslag. Er zijn veel toepassingen. Waterstof kan een rol spelen bij transport, verwarming, staalproductie. Synthetische brandstoffen zijn bruikbaar in straalvliegtuigen. CO2-opslag kan worden gebruikt voor verwarming en cementproductie.

Elk van die bronnen heeft voor- en nadelen. Er zijn veel obstakels voor het produceren, vervoeren en gebruiken van waterstof. Biobrandstoffen zoals ethanol worden al her en der toegevoegd aan traditionele brandstoffen, maar ze teren in op de voedselproductie, en hun teelt produceert ook broeikasgassen. Emissievrije synthetische brandstoffen vergen veel waterstof en koolmonoxide, dus hun ontwikkeling hangt af van de prijs van die twee gassen. CO2-opslag wekt ergernis bij de milieuactivisten, die het zien als een levenssteun voor de fossielebrandstofindustrie. Maar een uitstootvrije cementindustrie zonder CO2-opvang is wellicht niet realistisch.

Sommige technieken zitten veel dichter bij een commercialisering dan andere. De specialisten die werken aan een uitstootvrij energiesysteem schatten dat we in 2025-2035 de opkomst van batterij- en waterstofauto’s voor lange afstanden en waterstofverwarming in woningen zullen zien. Rond 2030 kunnen synthetische brandstoffen worden ontwikkeld voor schepen en vliegtuigen. In de jaren veertig kunnen CO2-opvang en -opslag en waterstof op grote schaal in de industrie worden toegepast. In de jaren vijftig kan koolstof op grote schaal uit de atmosfeer worden verwijderd, hetzij door massale herbebossing, hetzij door directe opvang uit de lucht.

Het kan, maar het kost

Hoe groot de obstakels ook mogen zijn, ze zijn niet onoverkomelijk. Meer zelfs, ze kunnen economische voordelen opleveren. Het IPCC schat dat de jaarlijkse kosten om de temperatuurstijging op 1,5 graad te houden ongeveer 2,4 biljoen dollar bedragen, of ongeveer 2,5 procent van het mondiale bbp. De totale energie-investering vorig jaar was 1,6 biljoen dollar, voornamelijk in kolen, olie en gas.

Adair Turner, voorzitter van de Energy Transitions Commission (ETC), zegt dat het in 2050 1,2 biljoen dollar per jaar extra zou kosten om de ‘moeilijke’ sectoren netto geen CO2 meer te laten uitstoten. “Dat soort bedragen maakt veel mensen doodsbang”, zegt hij. “Maar je zou zo hard schrikken mochten we berekenen hoeveel de aanleg van de spoorwegen rond 1850 heeft gekost.”

Bovendien is geen van de mogelijke technologieën nieuw. En hoe meer ze worden gebruikt, hoe lager de productiekosten, iets wat van fossiele brandstoffen niet gezegd kan worden. Waterstof lijkt het meest beloftevol, omdat het gebruikt kan worden voor massa-elektrificatie, en voor zwaar transport, verwarming en industrie.

De ETC stelt dat om de CO2 -uitstoot tot nul te herleiden, de wereldwijde waterstofproductie moet stijgen van ongeveer 60 miljoen ton per jaar vandaag naar 500 miljoen tot 700 miljoen ton tegen het midden van de eeuw. Dat klinkt ambitieus, maar de belangstelling voor waterstof groeit snel. In 2017 werd Hydrogen Council opgericht, een forum bestaande uit chemie-, auto- en oliebedrijven. Na achttien maanden is het ledenaantal verviervoudigd. Francis O’Sullivan, hoofd van het onderzoek bij het MIT Energy Initiative, zegt: “Batterijopslag kan een hoofdrol spelen in de overgang. Maar uiteindelijk zal het de tweede viool spelen, na waterstof.”

Om waterstof op een schone manier te produceren, moet het merendeel komen van de elektrolyse van water. Vandaag is dat maar voor 5 procent het geval, de rest komt van ‘stoomomzetting’ van fossiele brandstoffen. Schone waterstof vergt enorme hoeveelheden goedkope groene stroom. Die capaciteit ontwikkelen, samen met batterijen om auto’s elektrisch te laten rijden, is een van de meest urgente prioriteiten in het komende decennium.