Educational Themes Toolbox by KTThCE

VIEWS: 12 PAGES: 40

									EDUCATIONAL THEMES TOOLBOX
TOOLBOX MET LINKS NAAR DIVERSE ENERGIE THEMA’S.

EDUCATIONAL THEMES DEFINITIONS
UITLEG OVER DIVERSE ENRGIEBRONNEN.




                               Page 0 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
   1. THEMES: ENERGY POLICY BACKGROUND

Mention sources and links regarding education content, specific content or relevant institutes and companies
If relevant, mention the positive or negative implications of the topics with respect to the setting in your country (e.g. attitudes in countries regarding nuclear
energy differ!!)

                                Theme areas

Themes (macro level)           Introduction /                      Policy                              Implementation                 Additional comments
                               general aspects                     aspects                             aspects                        or remarks

Take action regarding          http://nl.wikipedia.org/wiki/Kli    http://mens-en-                     http://www.vrom.nl
climate change                 maatverandering                     samenleving.infonu.nl/politiek
                                                                                                       Dossiers:
                                                                   /34456-klimaatverandering-
                               http://www.milieucentraal.nl/p                                          - Energiebewust bouwen en
                                                                   en-politiek.html
                               agina?onderwerp=Klimaatve                                               wonen.
                               randering                           http://www.vrom.nl/pagina.ht        - Energiebesparing
                                                                   ml?id=36236                         - Duurzame energie
                                                                                                       - Duurzame ontwikkeling

Be more competitive in the     http://www.senternovem.nl/sn        http://www.duurzameenergie.         http://www.energytrophy.org/
use of energy and              /index.asp                          org/site/nieuws/ser-wil-            nl-home
therefore in the use of                                            krachtig-energiebeleid-
(energy) resources                                                 gericht-op-duurzaamheid-
                                                                   3.html

Be less dependent from         http://www.duurzame-                http://www.duurzame-                http://www.senternovem.nl/s
current traditional energy     energie.nl/                         energie.nl/                         n/index.asp



                                      Page 1 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
sources and structures in
our society (especially
natural resources like
petroleum and natural gas;
prepare society for the end
of fossil fuels)

Strive for a society based on a   http://www.senternovem.nl/s
balance between sustainability,
                                  n/index.asp
wellbeing and welfare




                                        Page 2 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
1. THEMES: ENERGY & SOCIETY

                                 Theme areas

Theme             Topic          Introduction /                         Policy                                  Implementation                       Additional comments
                                 general aspects                        aspects                                 aspects                              or remarks

Energy &          1. Welfare /
socio-economic    well-being
aspects
                  2. Energy      Grants and subsidies, Public           Subsidies and grants
                  saving &       Transport, Tax benefits, regulations
                                                                        Laws
                  efficiency     and specific laws etc.
                  policies /                                            Rations
                                 Influence the behaviour regarding
                  behaviour
                                 energy consumption

                  3. Social      http://en.wikipedia.org/wiki/NIMB
                  acceptance /   Y
                  Not-in-my-
                  backyard
                  syndrome




                                 Theme areas

Theme             Topic          Introduction /                         Policy                                  Implementation                       Additional comments
                                 general aspects                        aspects                                 aspects                              or remarks

Energy security   1. Imports /   Mention sources and links regarding    Diplomatic actions                      Industry: lower production /
                  exports        education content, specific content                                            productivity in case of gas supply
                                                                        Action that the industry is forced to
                                 or relevant institutes and companies                                           disruptions.
                                                                        stop using gas.




                                       Page 3 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                  Example: Gas crises with Russia

2. Supply
guarantee /
diversify

3. Natural        http://www.milieucentraal.nl/                                           http://www.nos.nl/nosjournaa
resources
                  pagina.aspx?onderwerp=Duu                                               l/dossiers/klimaatverandering
                  rzame%20energiebronnen                                                  /klimaat_duurzame_energieb
                                                                                          ronnen.html
                  http://nl.wikipedia.org/wiki/
                  Duurzame_energie

4. Geopolitics    Russian gas conflict

5. Energy         Underground gas storage
storage
                  http://en.wikipedia.org/wiki/Strategi
                  c_Petroleum_Reserve

6. Costs          http://www.energieprijzen.nl/
                  index.php/over

7. Electricity
network

8. Gas network

9. Energy         E.g. increasing the number of
democratization   energy suppliers, which expands the
                  market, boosts competition, and
                  reduces the chance of supply




                        Page 4 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                     disruption.

                                     Also: the equal distribution of
                                     (future scarce) energy in a nation,
                                     region or around the globe (e.g.
                                     energy for developing countries)




                                     Theme areas

Theme              Topic             Introduction /                        Policy                            Implementation                Additional comments
                                     general aspects                       aspects                           aspects                       or remarks

Energy &           1. Economic
economics          investment

                   2. Performance

                   3. Budget

                   4. Maintenance
                   Costs

Energy,            1. Natural        http://www.duurzame-
sustainability &   resources
                                     energie.nl/
environment
                   2. Environment    http://www.milieucentraal.nl/

                   3. Standard of
                   living

                   4. Green-house-   http://en.wikipedia.org/wiki/Greenh
                   gasses            ouse_gases
                   emissions



                                           Page 5 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
5. Health

6. Pollution   http://www.milieucentraal.nl/




                    Page 6 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
2. THEMES: ENERGY, TECHNOLOGIES, EFFICIENCY & TRANSITION

                                      Theme areas

Theme              Topic              Introduction /                   Policy                        Technology                     Implementation   Additional comments
                                      general aspects                  aspects                       aspects                        aspects          or remarks

Renewable          1. Wind energy     http://en.wikipedia.org/wiki/
energy                                Wind_power

http://en.wikipe   2. Solar heat      http://en.wikipedia.org/wiki/S
dia.org/wiki/Re                       olar_hot_water
newable_energy
                   3. Solar PV        http://en.wikipedia.org/wiki/P
                   electricity        hotovoltaics

                   4. Solar thermo-   http://en.wikipedia.org/wiki/S
                   electricity        olar_thermal_energy

                   5. Geothermal      http://www.geothermische-
                   energy for heat    energie.nl/
                   and electricity

                   6. Bio mass into   http://en.wikipedia.org/wiki/B
                   electricity        iomass

                                      http://www.milieucentraal.nl/
                                      pagina?onderwerp=Energie%
                                      20uit%20biomassa



                   7. Bio mass into   http://en.wikipedia.org/wiki/B
                   heat               iomass




                                               Page 7 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                    8. Bio mass into   http://en.wikipedia.org/wiki/B
                    transport          iomass

                                       http://en.wikipedia.org/wiki/B
                                       ioconversion_of_biomass_to_
                                       mixed_alcohol_fuels

                                       http://en.wikipedia.org/wiki/B
                                       iofuel

                    9. Water hydro     http://www.milieucentra
                    power
                                       al.nl/pagina.aspx?onder
                                       werp=Waterkracht

                    10. Ocean and      Marine current power; Ocean
                    sea energy         thermal energy conversion;
                                       Tidal power; Wave power;
                                       Saline gradient power, or
                                       osmotic power.

Non-renewable       1. Nuclear         http://en.wikipedia.org/wiki/
energy as fossil    energy             Nuclear_power
fuel alternatives




                                       Theme areas

Theme               Topic              Introduction /                   Policy                        Technology                     Implementation   Additional comments
                                       general aspects                  aspects                       aspects                        aspects          or remarks




                                                Page 8 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
Energy saving      1. Powering      http://en.wikipedia.org/wiki/E
& efficiency       appliances and   nergy_Star
                   systems
http://en.wikipe                    http://en.wikipedia.org/wiki/E
                   (industry /
dia.org/wiki/En                     nergy_Saving_Modules
                   households)
ergy_efficiency

http://en.wikipe
                   2. Transport     http://en.wikipedia.org/wiki/F
dia.org/wiki/En
                   (efficiency)     uel_efficiency_in_transportati
ergy_conservati
                   (industry /      on
on
                   households)
                                    Bike, Hibrid, Electric,
                                    Biofuel, etc.



                   3. Heating /     http://en.wikipedia.org/wiki/E
                   cooling          nergy_Saving_Modules
                   (industry /
                   households)

                   4. Lighting      http://en.wikipedia.org/wiki/E
                   (industry /      nergy_Saving_Modules
                   households)


                   5. CHP           http://en.wikipedia.org/wiki/C
                   (combined heat   ogeneration
                   and power)


                   6. Use of        Less use of resources means
                   resources        less use of energy (for
                                    example less water means



                                           Page 9 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                     less pumping, less paper
                                     means less production of it)

                    7. Domotics      Automatic control of power
                                     appliances and lighting to use
                                     them efficiently

                                     http://en.wikipedia.org/wiki/B
                                     uilding_automation

                    8. Energy        Urban or Building design to
                    saving &         minimize need of energy, etc.
                    efficiency
                                     http://en.wikipedia.org/wiki/E
                    designing
                                     nergy_efficiency_in_British_
                                     housing




                                     Theme areas

Theme               Topic            Introduction /                   Policy                       Technology                                             Additional comments
                                                                                                                                 Implementation aspects
                                     general aspects                  aspects                      aspects                                                or remarks

Energy              1. Sustainable   http://en.wikipedia.org/wiki/F
transition          transport        uel_efficiency_in_transportati
                                     on
http://www.eoea
rth.org/article/E                    How do you start such a
nergy_transition                     transition in a region /
s                                    country?



                                            Page 10 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
2. Sustainable    From oil based electricity
electricity       plants to: bio mass based,
                  wind energy etc. How do you
                  start such a transition in a
                  region / country?

3. Sustainable
heating /
cooling

4. Green-house-   http://en.wikipedia.org/wiki/
gasses emission   Greenhouse_gases
reduction


5. Energy         http://en.wikipedia.org/wiki/E
storage           nergy_storage

6. Energy         http://en.wikipedia.org/wiki/E
security          nergy_security

7. From central   Less network electricity
to distributed    looses
electricity
network

8. New network    http://en.wikipedia.org/wiki/
for hydrogen      Hydrogen_infrastructure

                  http://en.wikipedia.org/wiki/
                  Hydrogen_economy




                           Page 11 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
3. THEMES: ELEARNING AND SERIOUS GAMING

                        Theme areas

Themes                 Introduction /                         Education                          Implementation                 Additional comments
                       general aspects                        aspects                            aspects                        or remarks

Elearning              http://en.wikipedia.org/wiki/Electro   http://www.leren.nl/rubriek/z      http://www.e-
                       nic_learning
                                                              akelijk/e_learning/                learning.nl/subpage.aspx?l1=
                                                                                                 4&l2=13

Serious gaming         http://en.wikipedia.org/wiki/Serious
                       _game

                       http://www.seriousgaming.nl/




                               Page 12 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                                        Windenergie1

Wind op land
Vroeger gebruikte                 men       windenergie     om    graan     te    malen      of    om     water   te
verplaatsen. Moderne windmolens worden gebruikt om elektriciteit mee op te wekken en
worden windturbines genoemd. Er komen steeds grotere windturbines, met masten van 60
tot 100 meter. Windturbines gaan draaien vanaf windkracht 2-3 en worden stilgezet boven
windkracht 10 om overbelasting te voorkomen.


Technologie
Wind is stromende lucht en deze bewegingsenergie kan omgezet worden naar elektriciteit. Dit
is mogelijk met een windturbine. De wind oefent kracht uit op de wieken (rotorbladen) van
een turbine, waardoor deze gaan draaien. De wieken (meestal 3 stuks) zitten vast aan de
hoofdas. De draaiende beweging wordt eventueel versneld
in een tandwielkast, die op zijn beurt een generator aandrijft.
De generator wekt elektriciteit op, eigenlijk net zoals een
dynamo op een fiets dat doet. De hoeveelheid elektriciteit
die een turbine opwekt (capaciteit) hangt onder meer af van
de hoogte van de turbine, de lengte van de wieken, de
windsnelheid en de plaats waar de turbine staat.



Kental opbrengst
Een moderne windturbine voor op land heeft een vermogen
van 3 MW en produceert circa 7 miljoen kWh elektriciteit
per jaar. Dit is voldoende om ongeveer 2.000 huishoudens van stroom te voorzien.



Markt: Nederland en Europa
Nederland: eind 2007 staat er in Nederland ongeveer 1.650 MW aan windvermogen op land
opgesteld. Alle turbines produceerden in 2006 een hoeveelheid van ruim 3.000 GWh
elektriciteit, genoeg om ongeveer 900.000 huishoudens (ongeveer twee miljoen personen),
van stroom te voorzien.




1
    bron: Nederlandse Wind Energie Associatie www.nwea.nl



               Page 0 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
Europa: eind 2006 staat er 48.027 MW aan windvermogen opgesteld. Koploper is Duitsland
met meer dan 20.600 MW, gevolgd door Spanje met ruim 11.600 MW.




Toekomst
Nederland: het opgestelde vermogen voor windenergie is de laatste jaren met ongeveer 200
MW per jaar toegenomen. In 2006 bedroeg de groei 18,5%. Windenergie maakte de
afgelopen jaren een groeispurt door. De doelstelling van 1.500 MW in 2010 die onder meer
het Rijk en de provincies samen hadden afgesproken, is begin 2007 al gerealiseerd. Drie jaar
eerder dus dan verwacht. Inmiddels is er een nieuwe doelstelling van 4.000 MW in 2012
(gebouwd of vergund). Daarna zal windenergie op land nog wat verder doorgroeien naar
6.000 MW. Dit gebeurt onder meer doordat oudere, kleinere turbines vervangen worden
door moderne, grotere modellen. Deze ‘opschaling’ betekent ook vaak dat er minder nieuwe
turbines in de plaats komen van de bestaande turbines. Die nieuwelingen leveren samen
echter wel veel meer elektriciteit op dan de oudere, kleinere turbines. Een goed voorbeeld is
de Oosterscheldekering. Daar werden verspreid over drie windparken 26 turbines door 15
modernere turbines vervangen, die in totaal 10 keer zoveel elektriciteit leveren.

Europa: de Europese windmarkt is in 2006 met 19% gegroeid. Dit is vooral te danken aan
Duitsland (2.233 MW erbij) en Spanje (1.587 MW erbij). Het opgesteld windvermogen groeit
ook snel in het Verenigd Koninkrijk, Portugal, Frankrijk en Italië. De EU-doelstelling van
40.000 MW in 2010 is al gehaald. Volgens de huidige trends wordt het geïnstalleerd
vermogen in 2010 op 60.000 MW geraamd.




Wind op zee
Een aantal jaar geleden werden windturbines geplaatst in ondiep water dichtbij de kust.
Tegenwoordig worden windparken ook tientallen kilometer uit de kust aangelegd in diepe
zee. Bij de keuze van de locatie voor een ‘offshore windpark’ wordt rekening gehouden met
onder andere bodemsoort, scheepvaartroutes, militaire gebieden, vogels en andere milieu-
effecten.


Technologie
In principe werkt een turbine op zee hetzelfde als op land. Plaatsing op zee heeft een aantal
voordelen ten opzichte van locaties op land. De hoeveelheid beschikbare ruimte is veel groter


            Page 1 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
en er is geen sprake van eventuele geluidsoverlast en zichthinder. Daarom kunnen er grotere
turbines geplaatst worden, tezamen in een windpark. Op zee waait het bovendien harder en
regelmatiger dan op land, waardoor er meer elektriciteit opgewekt kan worden. Daar staat
tegenover dat plaatsing en onderhoud van turbines op zee moeilijker en dus duurder is dan
op land.


Kental opbrengst

Een moderne windturbine van 5 MW (Mega Watt) kan op een goede locatie op zee circa 15
miljoen kWh per jaar produceren. Daarmee kunnen ruim 4.500 huishoudens van elektriciteit
worden voorzien.


Markt: Nederland en Europa
Nederland: eind 2006 is voor de kust van Egmond het
eerste Nederlandse offshore windpark (108 MW) in
gebruik genomen. Dit park zal ongeveer 400 miljoen
kWh per jaar produceren, genoeg om circa 120.000
huishoudens (meer dan een kwart miljoen personen)
van stroom te voorzien. Het tweede windpark, het
Prinses Amalia Windpark (voorheen Q7), voor de kust
van IJmuiden, levert sinds dit jaar aan het net. Er staan 60 turbines opgesteld (120 MW).
Europa: aan het einde van 2006 staat in Europa 918 MW aan offshore windenergie opgesteld,
hiermee wordt jaarlijks 3.290 GWh aan elektriciteit opgewekt. Verreweg de meeste offshore
windparken zijn te vinden in Denemarken en Groot-Brittannië.


Toekomst
Nederland: Aanvankelijk richtte Nederland zich op de realisatie van 700 MW wind op zee in
2010. Dat streefgetal is door de regering vervolgens naar achteren geschoven. He huidige
kabinet wil voor 450 MW offshore wind vergunningen afgeven (200 MW in 2009 en 250
MW in 2011). Omdat het bouwen van offshore windparken tijd kost, zullen deze geplande
turbines in ongeveer 2015 allemaal aan het net leveren.
Voor de langere termijn (2020 tot 2030) moet het opgestelde vermogen op het Nederlands
deel van de Noordzee groeien naar 6.000 MW in 2020 tot 10.000 MW in 2030. Als
Nederland in 2050 een duurzame energiehuishouding heeft, staat volgens schattingen 20.000
MW aan opgesteld windvermogen op zee.



           Page 2 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
Europa: het geïnstalleerde vermogen is in 2006 met 35% gegroeid tot 918 MW. Er zijn veel
initiatieven voor offshore windprojecten in Europa. Verwacht wordt dat 10.000 MW
geïnstalleerd zal zijn eind 2010. Doelstellingen voor 2020 en 2030 bedragen 70.000 MW
respectievelijk 150.000 MW.




        Page 3 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                                            Zonne Energie2


Zonne-energie is energie van de zon in de vorm van warmte en licht. De zon is een ster die
zich gemiddeld op 150 miljoen kilometer afstand van de aarde bevindt. De energie die de zon
uitstraalt ontstaat door kernfusie. De atmosfeer en de magnetosfeer (het magnetisch veld van
de aarde) beschermen het leven op aarde tegen het grootste deel van de schadelijke straling
die de zon naast licht en warmte eveneens uitstraalt. De hoeveelheid energie die de aarde
bereikt, is ca. 9000 maal groter dan de energiebehoefte van alle 6,5 miljard aardbewoners
samen.            De      energie         bereikt         de       aarde   als licht     en warmtestraling,     een    mengsel
van elektromagnetische straling van verschillende golflengten, voor 99% liggend tussen 300
en 3000 nm. (De golflengten van zichtbaar licht vallen tussen 390 en 780 nm).



3.1. Gebruik door planten
3.2.          Planten                 gebruiken                    zonne-energie           voor fotosynthese,          waarbij
            zij water en kooldioxide uit de lucht omzetten in suikers. Het fotosynthetisch proces
            waarop vrijwel het gehele leven op aarde draait, vangt slechts ongeveer 1% van de
            energie op voor nuttig gebruik, hetzij door lichamelijke activiteit, hetzij door
            consumptie, hetzij als fossiele brandstof. Bovendien zijn er grote stukken aardoppervlak
            zoals de woestijnen waar door gebrek aan water de fotosynthese geen kans krijgt.

3.3. Gebruik door de mensen
3.4.          Met zonne-energie wordt tegenwoordig meestal bedoeld: de energie die mensen zelf
            met hun technologie opwekken direct vanuit van zonnestraling. Dit gebeurt op dit
            moment in Nederland en België vooral op twee manieren:De meest gebruikte
            toepassing is thermische zonne-energie waarbij zonlicht wordt omgezet in warmte. Dit
            gebeurt door zonneboilers (oftewel zonnecollectoren, -panelen). Een andere manier om
            gebruik te maken van zonlicht is door middel van zonnepanelen met fotovoltaïsche
            cellen (ook           wel PV-cellen             genoemd).       Die        zetten   het   licht   direct   om   in
            elektriciteit : zonnestroom. Het grote probleem bij het praktisch gebruik van deze
            energie is dat de zonneconstante, de (maximale) hoeveelheid energie die per vierkante
            meter per tijdseenheid op het oppervlak valt niet erg groot is. (ca 1367 Watt per
            vierkante meter in de bovenste lagen van de atmosfeer; op de grond minder,
            afhankelijk van de dikte van de tussenliggende laag lucht, de hoek waaronder de zon de


2
    Bron: Wikipedia (http://nl.wikipedia.org/wiki/Zonne-energie)



                 Page 4 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
aarde treft, de afstand tussen de aarde en de zon die met de seizoenen iets verandert, en
vooral ook het voorkomen van wolken.) Daarom moet de energie over een vrij groot
oppervlak 'geoogst' worden om economisch rendabel te worden. Het woord oogsten is
hier zeker van toepassing, omdat de landbouw al eeuwen niets anders doet dan zonne-
energie oogsten in biochemisch gebonden vorm, zoals zetmeel in granen of
aardappelen. Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaat een goede
                                                 technologie om zonne-energie te oogsten:
                                                 geconcentreerde            zonne-energie,            ook
                                                 wel thermisch zonne-energie genoemd (in het
                                                 Engels:    CSP:    Concentrated        Solar      Power).
                                                 Hierbij worden de zonnestralen door middel
van spiegels samengebracht op een klein oppervlak, waar een hoge temperatuur
ontstaat. Met die hoge temperatuur wordt stoom gemaakt, waarmee net als in een
gewone centrale elektriciteit wordt opgewekt. De CSP-technologie is goedkoper dan de
PV-technologie. In Californië functioneren sinds de jaren 80 een aantal CSP-centrales
met een gezamenlijk piekvermogen van 350 MWe naar volle tevredenheid. Een andere
vorm van duurzame zonne-energie is de zonnetoren. Lucht wordt opgewarmd door
zonnewarmte onder een cirkelvormig doorschijnende collector die aan de rand open is.
Zo vormt het doorschijnende dak samen met de grond een opslagruimte voor door de
zon opgewarmde lucht. In het midden van de cirkel staat een verticale toren, die aan de
basis een grote doorsnede heeft. Omdat hete lucht lichter is dan koude lucht, stijgt deze
op door de toren. De toren zuigt meer lucht aan en er wordt nieuwe koude lucht
aangevoerd aan de rand van de opslagruimte. Een continue stroom van lucht kan
bereikt worden door met water gevulde buizen onder het dak te plaatsen. Overdag
warmen deze op en ’s nachts geven ze hun warmte af. Zo is er sprake van een constante
stroom veroorzaakt door zonnewarmte. De energie die ontstaat bij deze opwaartse
stroom lucht wordt door windturbines omgezet in mechanische energie en met
generatoren wordt deze mechanische energie omgezet in elektrische energie. Ter
illustratie van het potentiële vermogen van grootschalige zonne-energie het volgende
voorbeeld. Het energiegebruik van Europa bedraagt ca. 1020Joule/jaar. Op basis van een
energieopbrengst met een rendement van ca. 15% zou een gebied in de Sahara met een
oppervlak van netto ca. 50.000 vierkante kilometer voldoen voor alle energie die in
Europa wordt gebruikt. Zie het oranje gebiedje op het kaartje in de Sahara. Dit is
exclusief ruimte voor wegen, wonen en werken in het gebied van de zonnecentrale. En
mits het probleem van energieopslag en -transport wordt opgelost. Voor een dergelijke



   Page 5 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
       zonnecentrale in Zuid-Europa (bijvoorbeeld Spanje, zie de illustratie) zou grofweg het
       dubbele oppervlak nodig zijn. Met vanzelfsprekend dezelfde kanttekening m.b.t.
       logistiek en opslag zoals hiervoor genoemd. Bovendien gaat bij noordelijker gelegen
       centrales het verschil tussen de seizoenen een grotere rol spelen.

3.5.
3.6. Eigen beheer
3.7.    De aanschaf van zonnepanelen is duur. Voor kleine systemen (dak van een woning)
       liggen de prijzen voor een compleet geïnstalleerd systeem op ca. € 5,50 per Watt-
       Peak vermogen. Op een gemiddeld woningdak past zo'n 3 kilowatt-peak, dat kost dan
       € 16.500. In Nederland levert iedere kilowatt-peak per jaar zo'n 800 - 950 kWh
       (kilowattuur). Bij een vergelijking van energiewinst, aanschafkosten en levensduur van
       de zonnepanelen speelt men tot nu toe nagenoeg quitte, maar alleen op lange termijn
       (terugverdientijd minstens 30 jaar). Sinds 2008 is er in Nederland subsidie voor
       zonnepanelen (de SDE) die ondanks haar beperkingen de terugverdientijd ongeveer
       halveert. In Vlaanderen had één op de 800 gezinnen een zonne-energie-installatie in
       september 2007, wat tien maal zoveel was als
       drie jaar eerder. Ook in veel andere landen
       (o.a.   Duitsland,     Spanje,    Italië,   Frankrijk,
       België) zijn er terugleververgoedingen: als
       men een kWh zonnestroom aan het net levert
       wordt daarvoor een vergoeding betaald die
       hoger ligt dan de prijs van "gewone" stroom, meestal € 0,40 tot € 0,50 per kWh.
       Daarmee kan een investeerder zijn zonne-energiesysteem terugverdienen in een jaar of
       10. Zo wordt een groeiende markt gecreëerd. De innovatie die hierdoor gegenereerd
       wordt, brengt de kosten van zonne-energiesystemen met 5 tot 7% per jaar omlaag.
       Hierdoor komt het punt waarop ze kunnen concurreren met gewone stroom uit het net
       (voor consumenten nu ca. € 0,23 per kWh) steeds dichterbij. Sinds 2004 groeit de
       markt zó sterk (wereldwijd circa 50% per jaar ), dat er een tekort is aan het benodigde
       zeer zuivere silicium, met prijsstijgingen van de systemen tot gevolg. Sinds 2006 wordt
       er veel productiecapaciteit voor silicium bijgebouwd, zodat naar verwachting
       tussen 2008 en 2010 de prijs dankzij deze schaalvergroting weer omlaag kan. Een ander
       groot voordeel van zonnepanelen is het feit dat men elektrische energie kan verkrijgen
       op plaatsen waar het moeilijk, of onmogelijk is, om elektrische leidingen te leggen.

3.8. Afgeleide vormen

          Page 6 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
3.9.     Aardolie, aardgas en steenkool zijn eigenlijk ook afgeleide vormen van zonne-energie.
        Ze werden gevormd uit de restanten van levende wezens in het geologisch verleden;
        allemaal ondersteund door fotosynthese. De snelheid waarmee we deze bronnen
        momenteel verbruiken wordt echter bij lange na niet bijgehouden door de snelheid
        waarmee door fotosynthese nieuwe organische brandstoffen worden aangemaakt.
        Ook waterkracht is         een   vorm      van   zonne-energie:      het    water     verdampt        door
        zonnewarmte, wordt door wind (ook een gevolg van temperatuurverschillen) omhoog
        getransporteerd, valt als regen weer op een berg of hoogte en de potentiële
        zwaartekrachtenergie van de massa van het water wordt als elektriciteit weer
        teruggewonnen        bij     het    naar     een      lager   niveau       vallen    of    -       stromen.
        Ook windenergie bestaat uitsluitend bij de gratie van door de zonnewarmte opgewekte
        temperatuurverschillen.                     Slechts                  getijdenenergie, geothermische
        energie en kernenergie zijn niet te herleiden tot zonne-energie, hoewel kernenergie
        gebruikmaakt van zware elementen die alleen in een supernova (ontploffing van een
        ster in zijn laatste levensstadium) konden ontstaan, maar dat was dus niet 'onze' zon.

3.10.




           Page 7 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                          3.11. Geotermische energie3
3.12.        Geothermische energie / Aardwarmte is een nog weinig gebruikte vorm van
           energiewinning. Deze vorm van energie kan wereldwijd de CO2 uitstoot extreem
           verminderen en daarnaast bijdragen aan het reduceren van ons gebruik van fossiele
           brandstoffen.
           Aardwarmte of geothermische energie is de energie die zich bevindt in de diep in de
           aarde gelegen warmtebronnen. De energie kan worden gewonnen door gebruik te
           maken van het temperatuursverschil tussen de aardoppervlakte en diep in de aarde
           gelegen warmte. Bij de winning van geothermische energie (aardwarmte) kan er
                                                                          onderscheid gemaakt worden in drie
                                                                          systemen:         1)        Hydrothermale
                                                                          systemen: in           de         ondergrond
                                                                          voorhanden warm water circuleert
                                                                          tussen twee bronnen door natuurlijke
                                                                          waterhoudende            grondlagen;       2)
                                                                          Petrothermale          systemen: ook     wel
                                                                          Hot-Dry-Rock-systemen genoemd: in
           een droge bodem worden kunstmatig spleten en kloven gemaakt, waarin water water
           wordt        gepompt         wat   vervolgens    tussen    twee       bronnen    circuleert.      3)   Diepe
           aardewarmtesondes: Het warmtedragend medium (dit kan water zijn, of anderszins)
           circuleert        in     een    gesloten   circulatie     in    een     boring     in      een     U-bocht.
           De uiteindelijk toegepaste methode is afhankelijk van de lokale situatie en benodigde
           temperatuur. Bij de winning van aardwarmte dient rekening te worden gehouden dat
           de onttrokken energie door de aarde weer wordt aangevuld. De aardwarmte in de
           korst wordt slechts langzaam aangevuld met energie uit de kern van de aarde.

3.13.

3.14. Oorsprong geothermische energie

3.15.        Aardwarmte komt voor een relatief gering deel (30 procent) voort uit de restwarmte
           van de tijd van het ontstaan van de aarde voor een groter deel (70 procent) uit
           radioactieve vervalsprocessen, welke in de aardkorst al vele miljoenen jaren
           voortdurend warmte hebben opgewekt en dit vandaag nog steeds doen. Nagenoeg niet


3
    Bron: http://wetenschap.infonu.nl



                Page 8 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
        van belang zijn aandelen uit zonnestraling op het aardoppervlak en uit warmtecontact
        met de lucht. De aarde is circa 4 miljard jaar geleden door samensmelting van materie
        ontstaan. Hierbij wordt het materiaal verhit, waarbij bewegingsenergie in warmte
        wordt omgezet. Deze warmteënergie zit wegens de geringe warmtegeleiding van de
        gesteenten en daarmee de geringe warmteafgifte aan de ruimte vandaag nog voor een
        groot deel in het binnenste van de aarde en kan als restwarmte uit de tijd van het
        ontstaan van de aarde worden gezien. Dit aandeel in de aardwarmte is gebaseerd op
        het natuurlijk verval van de in de aarde aanwezige langlevende radioactieve isotopen
        zoals Uraan-235 en U238, Thorium-232 en Kalium-40. Deze elementen zijn in de
        kristalroosters van bepaalde mineralen ingebouwd, bijvoorbeeld in veldspaat en mica in
        graniet.    Het   gaat    hier    om     een    natuurlijke     vorm      van    kernenergie.      (bron:
        grondwarmte.nl/oorsprong.html).

3.16.    De warmte uit de diepere delen van de aarde wordt door warmtegeleiding middels
        geothermiche warmtepompen naar ondiepere lagen getransporteerd waarop deze kan
        worden gebruikt.Bijna altijd wordt bij aardwarmtebenutting overwegend niet de
        energie gebruikt die uit de diepte naar boven komt, maar de reeds in de aardkorst
        opgeslagen energie. Het is dus een sprookje dat we in Nederland niet goed gebruik
        kunnen maken van geothermische energie oftewel aardwarmte.

3.17.    De temperatuur in de binnenkern bedraagt naar verscheidene schattingen 4500 °C tot
        6500 °C. 99 procent van onze planeet is warmer dan 1000 °C; 99 procent van de rest is
        nog altijd heter dan 100 °C. Bijna overal heeft de bodem op één kilometer diepte een
        temperatuur van 35 °C tot 40 °C (zie ook geothermische dieptemaat). Onder bijzondere
        geologische omstandigheden, zoals in huidige of voormalige vulkaangebieden, ontstaan
        geothermische anomalieën. Hier kan de temperatuur vele honderden graden Celsius
        bereiken.




           Page 9 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
                                         3.18.       Energie uit biomassa4
3.19.        Energie uit biomassa wordt opgewekt door verbranding, vergassing of vergisting van
          organische materialen. Daartoe behoren hout, groente- fruit- en tuinafval, maar ook
          plantaardige olie, mest en (delen van) speciaal geteelde gewassen. Elektriciteit en
          autobrandstof die uit biomassa worden gemaakt, verminderen gebruik van fossiele
          brandstoffen, en daarmee de uitstoot van broeikasgassen zoals CO2. Een ander
          voordeel is dat biomassa, in tegenstelling tot kolen en aardgas, geen eindige bron is.

3.20. Toch discussiëren experts over de vraag of bio-energie wel duurzaam is;
          vooral biobrandstof                  houdt        de       gemoederen              bezig.     Duurzaamheid en
          milieuvriendelijkheid zijn namelijk lastig te meten. Je moet voor de hele productieketen
          van de biomassa bekijken: de bron, eventueel vervoer en de manier waarop energie uit
          de biomassa wordt opgewekt. Een veel gehoord argument tegen biobrandstof voor
          vervoer is dat de bio-energiegewassen concurreren met voedingsgewassen.

3.21. Zo werkt het

3.22. De naam bio-energie heeft alles te maken met de bron. Bio-elektriciteit en biowarmte
          komen namelijk voort uit biologisch (of organisch) materiaal. Dat varieert van
          (snoei)houtafval afkomstig uit de industrie en rioolslib uit
          waterzuiveringsinstallaties,            tot       GFT    uit    huishoudens,
          plantaardige               oliën        en         vetten            uit     de
          voedingsmiddelenindustrie,                 mest    uit    veebedrijven       en
          speciaal       voor       bio-energie        geteelde     gewassen,        zoals
          koolzaad (foto) en palmbomen.

3.23. In 2005 werd 4,22 procent van het elektriciteitsverbruik in Nederland opgewekt uit
          biomassa. Als dit deel uit fossiele brandstoffen was opgewekt, zou er 4434 miljoen kilo
          meer CO2 in de lucht zijn gekomen. Dat is 2,53 procent van de totale kooldioxide-
          uitstoot in dat jaar.

3.24. De energie uit biomassa komt doorgaans vrij in de vorm van warmte, door
          verbranding,            vergisting    of     vergassing        van    de   biomassa.        Vaak   gebruikt   het
          verwerkingsbedrijf zelf een deel van die warmte voor eigen verwarming. Soms




4
    Bron: www.milieucentraal.nl



              Page 10 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
           verwarmt biowarmte ook rechtstreeks huishoudens van nabijgelegen woonwijken. Het
           grootste deel van de warmte wordt echter omgezet in elektriciteit.

3.25. Bio-energie mag om verschillende redenen als 'groene' energie worden verkocht.
           Allereerst is de bron duurzaam: biomassa raakt, in tegenstelling tot fossiele brandstoffen,
           niet op. Bio-energie is ook zogeheten klimaatneutraal. Kooldioxide (CO2) die vrijkomt
           bij verbranding, vergassing of vergisting van biomassa, draagt namelijk niet bij aan het
           versterkte broeikaseffect.

3.26. Dat klinkt misschien onlogisch, want kooldioxide uit bio-energie is niet wezenlijk
           anders dan die uit fossiele brandstoffen. Toch is het effect op de lange termijn anders.

3.27. Planten nemen kooldioxide op uit de lucht, en leggen dat vast in hun weefsels. Als ze
           doodgaan, komt kooldioxide meestal weer vrij. Tijdens deze (relatief korte) cyclus, blijft
           de hoeveelheid kooldioxidegas in de lucht constant. Opwekking van bio-energie
           versnelt de cyclus, maar verhoogt de netto concentratie CO2 niet. Fossiele brandstoffen
           doen dat wel.

3.28. Fossiele brandstoffen bevatten CO2 die miljoenen jaren geleden door planten is
           vastgelegd. Het kooldioxide kwam destijds niet vrij na sterfte van de planten, omdat
           bijzondere omstandigheden leidden tot opslag (fossiliseren) van het materiaal. Het oude
           kooldioxide ligt dus buiten de CO2-cyclus opgeslagen en komt van nature niet vrij.
           Maar sinds we fossiele brandstoffen verbruiken, belandt fossiele CO2 als extra
           hoeveelheid in de atmosfeer. Met het broeikaseffect als resultaat. Tegenstanders van bio-
           energie wijzen kritisch op andere aspecten van bio-energie dan de directe CO2-
           gevolgen. Hoe duurzaam is rioolslib bijvoorbeeld, als bij door verbranding zware
           metalen in het milieu komen? En mag palmolie een duurzame bron heten, als die is
           geteeld op akkers waar voorheen tropisch regenwoud stond?

3.29.

3.30. Eerste en tweede generatie biobrandstoffen5

3.31.         Het onderscheid tussen eerste en tweede generatie biobrandstoffen heeft vooral te
           maken met het CO2 reductiepotentieel. De traditionele biobrandstoffen - zoals biodiesel
           uit bijvoorbeeld koolzaadolie of zonnebloemolie en alcohol uit suikerbieten of maïs -
           worden tot de eerste generatie biobrandstoffen gerekend. Ze zijn commercieel
           verkrijgbaar, maar de energie-efficientie is laag doordat relatief veel energie nodig is


5
    Bron: www.energieportal.nl



               Page 11 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
          voor teelt, transport en fabricage. Daarnaast is het CO2-reductiepotentieel beperkt tot
          50%         doordat       tractoren     en
          oogstmachines           extra   vervuiling
          veroorzaken. De gewassen vragen
          veel               kunstmest            en
          bestrijdingsmiddelen,             hetgeen
          slecht is voor oppervlakte- en
          bodemwater. En tot slot is de
          productie per hectare laag; om één auto een jaar lang te laten rijden is een voetbalveld
          koolzaad                                                                                             nodig.


          De tweede generatie biobrandstoffen, zoals FischerTropischdiesel en ethanol, beide uit
          houtige biomassa, beloven meer broeikasreductie, een (veel) grotere opbrengst per
          hectare landbouwgrond en lagere prijzen. Het CO2-reductiepotentieel bedraagt 80 tot
          90% over de hele keten, en de productie per hectare ligt 5 tot 10 keer zo hoog als bij
          koolzaad. Dit is een reden voor veel overheden om voor de versnelde ontwikkeling van
          tweede generatie biobrandstoffen te kiezen. Naar verwachting komen deze in het
          tweede decennium op de markt.

3.32.

3.33. Debat: wel of niet duurzaam?6

3.34. De duurzaamheid van bio-energie is lastig te meten. Allereerst hangt die niet alleen af
          van de hoeveelheid CO2 die vrijkomt. Het hele proces dat leidt tot energie uit biomassa
          moet onder de loep, voordat duidelijk is of het duurzaam is. Dat betekent: kijken naar
          de herkomst van de biomassa en de verwerkingswijze (verbranding, vergassing of
          vergisting). Maar wat je ook moet meewegen zijn de energiekosten en de
          milieubelasting die ontstaan door voorbewerking, transport en restafval. Ook de
          technische kenmerken van energiecentrales (zoals efficiëntie) hebben invloed op de
          milieuvriendelijkheid van energie uit biomassa.

3.35. Het debat draait dus niet zozeer om de vraag of alle energie uit biomassa duurzaam is,
          maar welke vorm van energie uit biomassa duurzaam is, en onder welke voorwaarden.




6
    Bron: www.milieucentraal.nl



              Page 12 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
          Elke soort biomassa heeft specifieke eigenschappen, eigen voor- en nadelen, én
          onzekerheden.

3.36.

3.37.

3.38.

3.39.

3.40.

3.41.

3.42.




                                                 4. WATERKRACHT7


Hoewel Nederland een waterland is, speelt energieproductie met waterkracht hier (nog) geen
grote rol. Waterkracht is een duurzame vorm van energie, al zijn veel vissoorten er minder blij
mee. Waterkracht is energie opgewekt uit stromend water. Bij de productie van elektriciteit
uit waterkracht ontstaan geen schadelijke stoffen, en de bron is onuitputtelijk. Waterkracht is
daarmee een vorm van duurzame energie. Waterkracht kent wel nadelen. Stuwdammen
kunnen plaatselijke ecosystemen aantasten en zonder uitgebreide voorzieningen sterven veel
vissen omdat zij niet langs de centrales kunnen komen.

In Nederland speelt waterkracht geen grote rol. Slechts een paar procent van de totale
hoeveelheid groene stroom wordt in Nederland opgewekt met waterkracht. Het grootste deel
werd opgewekt in het buitenland.


4.1.1        Waterschommel
Nederland heeft vier middelgrote waterkrachtcentrales: Alphen/Lith, Linne, Maurik en
Hagestein. Overigens zijn niet alleen rivieren geschikt voor energie-opwekking. Dat kan ook
aan de kust, met systemen die golf- en getijdenkrachten omzetten in elektriciteit, zoals de
Tapchan, de Wave dragon en de Waterschommel. Aan de Nederland kust staan deze
technieken nog niet.



7
    Bron: www.milieucentraal.nl



              Page 13 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
4.1.2    Zo werkt het
Ongeveer 2300 jaar geleden waren waterwielen al in gebruik
om bijvoorbeeld molens te laten draaien. Tegenwoordig
gebruiken we waterturbines om met water kracht op te
wekken. De as van de turbine, die er uit ziet als een
scheepsschroef, gaat door het stromende water draaien.
Omdat de as van de turbine is gekoppeld aan een generator,
wekt die elektriciteit op. De werking van deze generator is te
vergelijken met een fietsdynamo. In bergachtige gebieden stroomt water relatief snel naar
beneden. Waterkrachtcentrales maken gebruik van die grote stroomsnelheid. Om zeker te zijn
van voldoende aanvoer van water, ook in periodes met weinig neerslag of smeltwater ligt
water opgeslagen in aangelegde stuwmeren. Bij de stuwdam ontstaat dan een groot
hoogteverschil, het zogeheten verval. Waterkrachtcentrales met stuwmeren hebben vaak een
groot elektrisch vermogen van enkele honderden megaWatt.


4.1.3    Invloed op ecosystemen
Zeer grote waterkrachtcentrales zoals in de Alpen en in Scandinavië, kunnen negatieve
milieueffecten hebben. Zo kan de aanleg van stuwmeren natuurgebieden en ecosystemen
verstoren. In hoeverre vorming van methaangas (door rottingsprocessen in stilstaand water)
een wezenlijk probleem is, is onbekend. Methaangas draagt bij aan de versterking van het
broeikaseffect. De aanleg van stuwmeren kan ook gevolgen hebben voor mensen als
bewoonde gebieden onder water komen te staan.


4.1.4    Vissterfte
4.2.     Vooral onder vissen die stroomafwaarts zwemmen kunnen waterkrachtcentrales
        vissterfte veroorzaken. De vissen komen in aanraking met de turbinebladen en worden
        vermalen. De kwaliteit van de Nederlandse rivieren is de afgelopen dertig jaar
        toegenomen, waardoor vele vissoorten terugkeerden. Waterkrachtcentrales kunnen
        echter een belemmering zijn voor de verbetering van de visstand.

4.3.

4.4.     Andere vormen van waterkracht

4.5.     Niet alleen rivierwater kan gebruikt worden voor het opwekken van elektriciteit.
        Langs de kusten kunnen golven en getijdenstromen van de zee gebruikt worden voor




          Page 14 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
        het opwekken van energie. De meeste hieronder genoemde technieken maken gebruik
        van golfenergie. Er zijn (nog) geen projecten voor de Nederlandse kust.

4.6.

4.7.     Wells luchtturbine

4.8.     Een caisson met een Wells luchtturbine bestaat uit een afgesloten betonnen kolom met
        een opening onder en boven de waterspiegel. In het caisson bevindt zich een luchtbuffer
        die op en neer beweegt met de golfbeweging van het water. De luchtbuffer stroomt
        daardoor gedeeltelijk in en uit door de opening boven de waterspiegel. De turbine zet
        de bewegingsenergie van de luchtkolom om in elektriciteit.

4.9.     Tapchan

4.10.    De Tapchan (tapered channel device) bestaat uit een taps toelopend kanaal, een
        reservoir en een waterturbine. De golven die het kanaal inlopen, stromen gedeeltelijk in
        een hoger reservoir en kunnen via een waterturbine weer terugstromen.

4.11.

4.12.    Waterschommel

4.13.    De Waterschommel (ook wel aangeduid als de Archimedes Wave Swing) maakt
        gebruik van de golfdruk die onder de top hoger is dan onder het dal. Een mechaniek zet
        de op- en neergaande beweging van de onderdelen van een waterschommel om in een
        draaiende beweging. Een generator zet de beweging om in elektriciteit. Het vermogen
        is tee megawatt.

4.14.    Getijde-energie met Tocardo-turbine

4.15.    In het Marsdiep tussen Den Helder en Texel komt getijdenstroming voor die met een
        Tocardo-turbine geschikt zou zijn voor elektriteitsproductie. De Tocardo bestaat uit een
        propeller van tien meter die onder water is aangebracht aan een drijvende constructie.
        Regelgeving ter bescherming van de Waddenzee verhindert vooralsnog toepassing in de
        praktijk.

4.16.    Wave Dragon

                                                 4.17.    De      Wave      Dragon       is     een    drijvende
                                                         golfcentrale, waarbij twee 260 meter lange
                                                         tentakels     de     golfslag        concentreren   en
                                                         opstuwen naar een hoger gelegen reservoir.


          Page 15 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
           Het water kan weer wegstromen langs propellerturbines, waarmee elektriciteit wordt
           geproduceerd. Het vermogen is vier megawatt. De eerste generatie Wave Dragons op
           volledige schaalgrootte treedt mogelijk vanaf 2005 in werking, ongeveer twintig tot
           dertig kilometer uit de Deense kust. Per locatie zijn energieparken met dertig tot
           tweehonderd systemen te realiseren.

4.18.        Wave Rotor

4.19.        Nederlandse en Deense ingenieurs werken samen aan de Wave Rotor, een golfcentrale
           die op palen op de zeebodem staat. Dankzij de Wells-generator draait de Wave Rotor,
           onafhankelijk van de stromingsrichting. De turbine blijkt al te werken bij golven tot
           twintig centimeter hoogte. In Denemarken heeft een prototype de eerste stroom al aan
           het elektriciteitsnet geleverd. Per systeem zijn vermogens tot een megawatt haalbaar.

4.20.

4.21.

4.22.


                                           4.22.1            Waterstof8

4.22.2 Brandstofcellen zijn             elektrochemische        toestellen      die chemische      energie van      een
             doorgaande reactie direct           omzetten      in elektrische     energie.    In    de    cell   vindt
             een redoxreactie plaats. Het verschil met een batterij of accu is dat er voortdurend
             nieuwe reagentia van buiten kunnen worden aangevoerd. De principiële opzet van
             een      brandstofcel     bestaat     uit   een     poreuze anode en kathode met              daartussen
             een elektrolytlaag. De eerste brandstofcel werd reeds ontwikkeld in de 19e eeuw door
             de     Engelsman William        Grove.      Hoewel       een    schets    van      deze     techniek    al
             in 1843 gepubliceerd werd, duurde het nog tot de jaren zestig van de 20e eeuw voor
             de brandstofceltechnologie kon worden ingezet. Brandstofcellen werden met name
             door de Verenigde Staten gebruikt in de ruimtevaart om water en elektriciteit uit de
             beschikbare waterstof te maken. Hier werden echter zeer exotische en dus dure
             materialen gebruikt, en de brandstofcellen werkten uitsluitend op zeer zuivere
             waterstof. Verdere technologische ontwikkeling vanaf 1980, zoals het gebruik van
             Nafion® als elektrolyt, en reductie van de hoeveelheid benodigde platina, heeft het
             toepassingsgebied vergroot. In een brandstofcel wordt de anode gevoed met een


8
    Bron: www.wikipedia.org



               Page 16 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
          constante, gasvormige brandstofstroom, terwijl de oxidator (meestal zuurstofgas uit de
          lucht) met een constante gasvormige stroom aan de kathode toegevoerd wordt. De
          oxidatie- en reductiereacties vinden plaats aan verschillende elektroden. Door de
          scheiding van deze reacties wordt er een negatieve lading opgebouwd in de anode en
          een positieve lading bij de kathode. Door een stroomkring aan te brengen kan
          elektrische energie onttrokken worden aan de reacties. Tussen de elektroden bevindt
          zich een elektrolyt dat de overdracht van ladingen tussen beide elektroden mogelijk
          maakt en zo de stroomkring sluit.Een enkele brandstofcel heeft een uitgangsspanning
          van ongeveer 0,7 volt. Om een hogere spanning te krijgen worden meerdere
          brandstofcellen in serie geplaatst. Dit wordt dan een "stack" genoemd.

4.22.3 Voortgang

4.22.4 Op dit moment is het grootste nadeel van de toepassing van waterstof gelegen in de
          kosten.     Toen        NASA     voor    het      eerst   een     brandstofcel            toepaste,         kostte
          een kilowattuur (kWh) ruim 58 euro. In 2000 waren de kosten al teruggelopen tot
          zo'n 0,10 euro per kWh. Anno 2006 zijn de kosten vooral afhankelijk van de afstand
          waarover waterstof moet                   worden                aangevoerd.                       In             de
          regio's Rotterdam en Delfzijl ontstaat waterstof als bijproduct in de procesindustrie.
          Mede gefinancierd door SenterNovem (uitvoeringsorganisatie van het ministerie van
          Economische Zaken op het gebied van duurzaamheid en innovatie) heeft de
          Nederlandse brandstofcelproducent Nedstack samen met AKZO Nobel Chemicals in
          2006/2007          in     Delfzijl      een       proef-elektriciteitscentrale              gebouwd             met
          een elektrisch vermogen van in eerste instantie 100 kW, met als uiteindelijk doel een
          PEM-powerplant van 5 MW, waar de brandstofcellen in een duurproef worden getest.
          Het    waterstof        dat    als    brandstof       dient   komt        vrij     als      bijproduct          van
          de elektrolytische bereiding van chloor en de brandstofcellen leveren een deel van de
          hiervoor benodigde elektriciteit.

Afhankelijk     van     de    brandstof        hebben    veel    brandstofcellen           schone      afvalproducten,
bijvoorbeeld puur water, die het milieu niet belasten. Dit voordeel wordt veelal echter
tenietgedaan als de gebruikte brandstoffen uit of met gebruik van bestaande niet-schone
energiedragers (aardgas, kolen) moeten worden gewonnen waarbij wel milieubelasting
optreedt. Het zou daarom wenselijk zijn om de brandstof uit een schone bron te betrekken,
bijvoorbeeld        door     met zonne-energie of waterkracht water             te         splitsen    in waterstof en
zuurstof. Er is al veel onderzoeks- en ontwikkelingswerk gedaan om op deze manier een
schone,     zogeheten waterstofeconomie te               verwezenlijken;       de     techniek         is        zover,    de



           Page 17 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
brandstofcellen zijn voldoende ontwikkeld voor bijvoorbeeld toepassing bij Micro-WKK en in
auto's, het probleem ligt nu in de distributie van waterstof, zoals de introductie van
voldoende    tankstations      en    uitwisselbare      (hervulbare)      tanks.    Anno      2006       komen
toepassinggebieden als stadsbussen, binnenvaartschepen en intern transport in beeld als
rendabele toepassing. De verwachting is dat rond 2010 brandstofcelsystemen kunnen
concurreren met de hedendaagse verbrandingsmotor, qua prijs en vermogen. De levensduur
moet dan nog bewezen worden. De autofabrikant Toyota heeft al een productiemodel met
brandstofcel aangekondigd voor 2010.




        Page 18 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
4.23.

4.24.




                      4.25.

                                           4.26.

                                               5. FOSSIELE BRANDSTOF9
6.
7. FOSSIELE BRANDSTOFFEN ZIJN KOOLWATERSTOFVERBINDINGEN DIE ZIJN ONTSTAAN UIT RESTEN
     VAN PLANTAARDIG EN DIERLIJK LEVEN IN HET GEOLOGISCH VERLEDEN VAN DE AARDE, VOORAL IN

     HET   CARBOON MAAR OOK UIT ANDERE TIJDPERKEN. HIERONDER VALLEN AARDOLIE, AARDGAS,
     STEENKOOL EN BRUINKOOL.

8. OOK TURF GEWONNEN UIT HOOGVEEN EN LAAGVEEN ZIJN PRODUCTEN IN DEZE REEKS, DIE
     ECHTER NOG NIET AAN DE EXTREMEN VAN DRUK EN TEMPERATUUR DIEP IN DE AARDKORST HEBBEN

     BLOOTGESTAAN, DIE TOT DE VORMING VAN KOLEN, OLIE EN GAS HEBBEN GELEID. IN ZEKERE ZIN ZIJN

     FOSSIELE BRANDSTOFFEN HIERMEE EEN VORM VAN ZONNE-ENERGIE, MILJOENEN JAREN GELEDEN

     OPGESLAGEN IN PLANTAARDIGE EN DIERLIJKE KOOLSTOFVERBINDINGEN.

9. DE GASSEN, OOK WEL BROEIKASGASSEN GENOEMD, DIE BIJ DE VERBRANDING VAN FOSSIELE
     BRANDSTOFFEN IN DE LUCHT KOMEN ZIJN DOOR DE GROTE HOEVEELHEID ERG SCHADELIJK. FOSSIELE

     BRANDSTOFFEN WORDEN DOOR DE MENS GEDOLVEN EN GEWONNEN ALS ENERGIEBRON.                                 DOOR DE
     EXTREEM LANGE PERIODE DIE IN DE NATUUR NODIG IS OM VAN AFGESTORVEN BIOMASSA FOSSIELE

     BRANDSTOFFEN TE VORMEN, ZIJN DE VOORRADEN HIERVAN IN PRAKTISCHE ZIN BEPERKT EN ZULLEN

     OOIT TE GERING EN VERSPREID RAKEN OM NOG ALS ENERGIEBRON TE GEBRUIKEN.                              VOORAL DE
     LAATSTE DECENNIA WORDT DEZE RESERVE VELE MALEN SNELLER OPGEMAAKT DAN AANGEVULD.

10. DOOR DE GROTE AFHANKELIJKHEID VAN DE WERELDECONOMIE VAN FOSSIELE BRANDSTOFFEN EN
     HET GEGEVEN DAT ER SLECHTS EEN BEPERKT AANTAL LOCATIES IS WAAR COMMERCIEEL WINBARE




9
    Bron: www.wikipedia.org



               Page 19 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
 FOSSIELE BRANDSTOFRESERVES AANWEZIG ZIJN, ZIJN DEZE RESERVES BIJ UITSTEK ONDERWERP VOOR

 (INTERNATIONALE) MACHTSPOLITIEK.

11.
12. BROEIKASEFFECT
13. DOOR           HET          GROOTSCHALIGE            GEBRUIK        VAN           FOSSIELE      BRANDSTOFFEN

 IN VERBRANDINGSMOTOREN VAN AUTO'S, ELEKTRICITEITSCENTRALES EN VOOR VERWARMING VAN

 WONINGEN EN KANTOREN, KOMT VEEL KOOLDIOXIDE VRIJ.                          DIT GAS KOMT VAN NATURE IN
 DE ATMOSFEER VOOR EN WORDT ONDER MEER DOOR ALLE DIEREN UITGEADEMD.                                      IN GROTE
 HOEVEELHEDEN DRAAGT DIT GAS BIJ AAN HET BROEIKASEFFECT, WAARDOOR IN DE TOEKOMST HET

 KLIMAAT VAN DE AARDE ZOU KUNNEN VERANDEREN.

14. OOK KOMEN ER, AFHANKELIJK VAN HET TYPE BRANDSTOF EN HET VERBRANDINGSPROCES, BIJ DE
 AANWENDING VAN FOSSIELE BRANDSTOFFEN ANDERE VERBRANDINGSPRODUCTEN IN DE LUCHT

 ZOALS ROET EN FIJN         STOF,      MAAR    OOK ZWAVEL- EN STIKSTOFVERBINDINGEN.                DIT KAN TOT
 LUCHTVERVUILING LEIDEN.


Steenkool

Steenkool bestaat uit afzettingen van plantenresten die in het geologisch verleden (de West-
Europese steenkool in het carboon), zijn gevormd na langdurig aan hoge druk en warmte zijn
blootgesteld, waarbij tamelijk zuivere koolstof en vluchtige verbindingen ontstonden,
waarvan de laatste weer grotendeels zijn ontsnapt. De transformatie verloopt met
toenemende blootstelling aan druk en temperatuur vanveen via bruinkool naar steenkool
en antraciet uiteindelijk naar grafiet. Dat voor dit proces in principe geen lange tijd nodig is, is
in diverse experimenten bewezen. Hierbij werd organisch materiaal aan sterke druk
onderworpen waarbij zich binnen een paar dagen steenkool vormde.

Steenkool is een fossiele brandstof die in grote afzettingen wereldwijd verbreid te vinden is en
het is een belangrijke energiebron voor industriële processen en elektriciteitscentrales. Ook
wordt het na ontgassing als cokes gebruikt in hoogovens als koolstof- en energiebron bij de
productie van ijzer.

Voor energieopwekking is het de laatste decennia steeds minder in trek omdat bij de
verbranding ervan veel meer kooldioxide, eenbroeikasgas, ontstaat dan bij de verbranding
van aardolie of aardgas,          en      omdat     het     vaak     vrij     sterk     verontreinigd        is   met
o.a. zwavel waardoor bij de verbranding ook het schadelijke zwaveldioxide als bijproduct
ontstaat.      Het     blijft    echter    een     van     de      goedkoopste fossiele          brandstoffen.     In
steenkoolafzettingen zijn vaak de afdrukken van de fossiele planten en bomen herkenbaar.




            Page 20 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
14.1.


14.2.        Thermo-elektrische centrales

Deze elektrische centrales wekken elektrische stroom op door de verbranding van olie, gas of
steenkool. Die laatste, steenkool wordt niet zo veel meer gebruikt in Nederland. Er wordt
olie, gas of steenkool verbrand die water opwarmt. Dat water wordt stoom en die stoom
drijft een turbine aan die generator(=grote dynamo)
aandrijft. Deze wekt een spanning op van ongeveer 14000
volt. In een transformator wordt deze spanning omhoog
gebracht naar 110000 volt (=spanning die staat op het
Nederlandse elektriciteitsnet). Daarna wordt de stoom
gecondenseerd tot water. Dat is natuurlijk jammer van de
stoom. Die kan natuurlijk beter gebruikt worden voor bijvoorbeeld het verwarmen van
flatgebouwen. Op sommige plaatsen in Europa wordt dat al wel gedaan. Maar in Nederland
moet men er nog mee beginnen.



                                                   15. KERNENERGIE10




10
     Bron: www.kcd.nl



               Page 21 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
15.1.    Een    kerncentrale      werkt     voor     het    grootste     gedeelte     als   iedere     "gewone"
        elektriciteitscentrale. In de elektriciteitscentrale wordt water verhit door een
        warmtebron. Het water gaat koken en de stoom die ontstaat, wordt in een turbine
                                                           geleid. Hierin wordt de energie van de
                                                           stoom omgezet in kinetische energie, ook
                                                           wel    bewegingsenergie          genoemd.        In   de
                                                           turbine      drijft      de      stoom          namelijk
                                                           schoepenwielen aan die aan een grote
                                                           draaibare as zitten. De as van de turbine is
                                                           aangesloten op een grote dynamo. Zulke
                                                           grote dynamo's noemen we generatoren. De
                                                           generator zet de kinetische energie om in
                                                           elektrische energie. Zo wekt men elektrische
        stroom op, die via het hoogspanningsnet naar de consumenten wordt gebracht.

15.2.    Het bijzondere aan de kerncentrale is dat deze als warmtebron een kernreactor heeft,
        die de energie uit atoomkernen benut. Deze energie uit de atoomkernen komt tijdens
        zogenoemde kernreacties vrij. Maar hoe gaat dat nu in zijn werk? Om dat te begrijpen
        moeten we even door wat natuurkunde.

15.3.    Elementen
        In de natuur komen 92 elementen voor. Vele daarvan kennen we wel: waterstof,
        zuurstof, ijzer, nikkel, goud, uranium, enzovoorts. Alle elementen zijn opgebouwd uit
        atomen. Er zijn dus zeker 92 verschillende atomen. Elk atoom heeft een relatief zware
        kern, waaromheen lichtere deeltjes cirkelen. Dit zijn de elektronen, die negatief geladen
        zijn. Wanneer we naar de kern kijken, zien we dat deze bestaat uit twee soorten
        kerndeeltjes: protonen en neutronen. De protonen zijn positief geladen, de neutronen
        zijn neutraal. Protonen en neutronen zijn ongeveer even zwaar.

15.4.    Periodiek systeem
15.5.    Alle elementen zijn ondergebracht in een zogenoemd periodiek systeem een soort
        bevolkingsregister van de elementen. Alle elementen hebben hierin een eigen uniek
        nummer, het atoomnummer. Het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen in de
        kern. Het element met de lichtste atomen is waterstof, dat als kern 1 proton heeft, met
        daarom heen cirkelend 1 elektron. Het heeft het atoomnummer 1. In het periodiek
        systeem wordt waterstof met de letter H aangeduid. Eén van de zwaarste elementen is




          Page 22 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
        uranium, het heeft atoomnummer 92. Uranium is zelfs zwaarder dan lood. In het
        periodiek systeem wordt uranium met de hoofdletter U aangeduid.

15.6.    Twee soorten uranium
15.7.    Uranium wordt in kernreactoren gebruikt als brandstof. Het woord brandstof is
        eigenlijk niet geheel correct, want er wordt niet echt iets verbrand zoals dat bij
        gasgestookte centrales wel gebeurt. Uranium, zoals dat in de natuur wordt aangetroffen,
        is een mengsel van twee soorten uranium. Deze verschillen van elkaar qua gewicht. Ze
        hebben wel hetzelfde aantal protonen in de kern en dus hetzelfde atoomnummer (92),
        maar ze verschillen in het aantal neutronen. De ene soort heeft 143 neutronen, de
        andere heeft er 146.
15.8.    Wanneer we het aantal protonen bij het aantal neutronen optellen krijgen we de
        massa van de kern, de atoommassa genoemd. Bij de ene soort is die dus: 92 + 143 =
        235. Bij de zwaardere soort is die atoommassa 92 + 146 = 238. Om de soorten
        uranium te kunnen onderscheiden spreken we van U-235 en U-238.

15.9.    Kernsplijtingsproces en kettingreactie
15.10. Voor het kernsplijtingsproces is vooral U-235 van belang. Dit is splijtbaar, in
        tegenstelling tot U-238. Voor het proces moeten we de kern van U-235 voorstellen als
        een bolletje opgebouwd uit protonen en neutronen (zie hiernaast). Wanneer we van
        buiten een neutron in de kern schieten, valt de kern in twee brokstukken uiteen: kernen
        van nieuwe atomen. Dit zijn de zogenoemde splijtingsproducten. Bovendien komen er
        2 tot 3 nieuwe neutronen vrij, die ook weer kernsplijtingsprocessen kunnen starten. Van
        de gemiddeld 2,5 neutronen die bij splijting vrijkomen, wordt gemiddeld 1,5 neutron
        geabsorbeerd door niet-splijtbare materialen die zich in de buurt van de kernreacties
        bevinden. Er blijft gelukkig minimaal 1 neutron over om weer een ander U-235 kern te
        splijten. Ook daarbij blijft weer een neutron over,
        zodat gesproken kan worden over een kettingreactie.

15.11. Energie uit de atoomkernen
15.12. Wanneer we de brokstukken en de neutronen zouden
        wegen, zouden we merken dat ze te samen lichter zijn
        dan de uraniumkern waarmee we begonnen zijn. Er is
        dus   massa       verdwenen!        Sinds      de     beroemde
        natuurkundige Einstein weten we dat materie (massa)
        geheel omgezet kan worden in energie. Dat is precies
        wat hier gebeurt: kernenergie ontstaat uit het omzetten


          Page 23 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
           van kernmassa in energie.

                                  15.13.                               Kernfusie11
15.14. Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een
           ander, zwaarder, d.w.z. verderop in het periodiek systeem gelegen element wordt
           gevormd. Wanneer atomen van lichte elementen zoals waterstof samensmelten, wordt
           hierbij iets van de massa omgezet in energie, in het geval van waterstof ongeveer
           0,67%. Het fuseren van zwaardere atomen kost daarentegen juist energie. De overgang
           tussen 'licht' en 'zwaar' ligt in deze context bij het element ijzer.

15.15. Voordat in 1938 de Duitse fysicus Hans Bethe het idee opperde dat de zon en de
           sterren hun energie opwekken door kernfusie, was het een raadsel waar al die energie
           vandaan kwam; alle in die tijd bekende chemische reacties leverden daarvoor veel te
           weinig op. De zon zet per seconde 600 miljoen ton waterstof om in 596 miljoen ton
           helium. Het verschil in de massa, vier miljoen ton, is in energie omgezet, waarbij de
           beroemde formule van Albert Einstein, E = mc², geldt. Kernfusie is ook de energiebron
           van een waterstofbom, die vele malen krachtiger bleek dan de in de jaren veertig
           ontwikkelde atoomsplitsingsbom. Kernfusie is geen kettingreactie; er komen geen
           deeltjes bij vrij die een nieuwe fusie kunnen veroorzaken. Het proces kan slechts aan de
           gang gehouden worden onder extreem hoge temperatuur en druk, zoals die rond het
           middelpunt van een s ter heersen. Kernfusie laat, in tegenstelling tot kernsplijting, niet
           noodzakelijkerwijs radioactieve materialen achter als afval. Daarom proberen
           wetenschappers kernfusie op aarde te ontwikkelen als schone en veilige energiebron.
           Het vat waarbinnen de reactie plaatsvindt kan echter door bestraling wel radioactief
           worden.

15.16. Reactie

15.17. Bij de kernfusie die voor gebruik in fusiereactoren
           toegepast wordt, worden een deuteriumkern (waterstof
           met 1 neutron) en een tritiumkern (waterstof met 2
           neutronen) omgezet in een heliumkern, energie, en een
           neutron. Om kernen te laten samensmelten is er een
           grote kinetische energie nodig om de kernen bij elkaar te brengen, die al van hun
           elektronenschillen ontdaan moeten zijn. Een gas dat bestaat uit positief geladen


11
     Bron: www.wikipedia.org



               Page 24 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
         atoomkernen en negatieve vrije elektronen is een plasma, dat wel de vierde
         aggregatietoestand genoemd wordt. Pas wanneer de kernen dicht genoeg bij elkaar
         komen krijgt de aantrekkende sterke kernkracht er vat op en kan de afstotende kracht
         tussen positieve kernladingen tenietgedaan worden en vindt er fusie plaats.
         Atoomkernen hebben in principe voldoende snelheid bij ca. 15 miljoen graden Celsius.
         Voor een acceptabele fusieopbrengst moet de temperatuur echter nog ongeveer tien
         keer hoger liggen, ca 150 miljoen graden Celsius.

15.18. Om de atomen onder aardse omstandigheden zo heet te krijgen dat ze een plasma
         worden, wordt er vaak een elektrische stroom door het gas gestuurd of worden de
         atoomkernen bestraald met microgolfstraling.

15.19.

15.20. Wetenschappelijk onderzoek

15.21. Het doel van het internationale fusieonderzoek is het realiseren van een prototype
         fusie-energiecentrale die voldoet aan de eisen die de maatschappij daaraan stelt: veilig,
         betrouwbaar, ruim voorradige brandstof, minimale milieubelasting en economisch
         rendabel. In het laatste decennium is er belangrijke wetenschappelijke en technische
         vooruitgang geboekt in het fusieonderzoek. Het grote probleem is altijd geweest hoe de
         reactie 'op te sluiten'. Bij de meeste experimentele installaties wordt daarbij het hiervoor
         genoemde principe van magnetische opsluiting gebruikt. De implementatie hiervan is
         technisch een grote uitdaging. In 1979 werd in Groot-Brittannië begonnen met de bouw
         van de Joint European Torus (JET) en in 1983 werd deze in bedrijf genomen. De JET
         was de eerste tokamak ter wereld waarin met de echte fusiebrandstof, deuterium en
         tritium, gewerkt werd. In deze centrale is het gelukt om 16 megawatt aan vermogen op
         te wekken, maar om zover te komen was 25 megawatt nodig. Hoewel er dus een
         negatieve netto energieproductie was, is de JET wel nog steeds wereldrecordhouder
         opwekking fusie-energie. Sinds 2006 werkt de fusie-gemeenschap aan een groot
         internationaal fusie-experiment, de ITER. ITER staat voor International Thermonuclear
         Experimental Reactor, en is een project tussen Europa, Rusland, de VS, Japan, China,
         India en Zuid-Korea. ITER, die naar verwachting rond 2018 in bedrijf komt, moet
         aantonen dat fusie op aarde mogelijk is. ITER zal 500 megawatt produceren, tien maal
         meer dan nodig is om de reactie op gang te brengen. De reactor wordt in Cadarache in
         Zuid-Frankrijk gebouwd. Een aantal wetenschappers doet onderzoek naar koude
         kernfusie, kernfusie bij kamertemperatuur. Tot nu toe blijken hun pogingen niet
         reproduceerbaar, en deze lijn van onderzoek wordt weinig serieus genomen. Er zijn


           Page 25 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium
claims   van    Pons     en    Fleischmann       geweest,     en    claims    van     kernreacties   bij
sonoluminescentieproeven in gedeutereerd aceton, waarbij minieme belletjes in een
vloeistof krachtig collaberen. Beide zijn onbewezen. In Nederland werkt het FOM-
instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, te Nieuwegein, aan kernfusie. In België wordt
fusie-onderzoek gedaan bij het Laboratorium voor Plasmafysica van de Koninklijke
Militaire School te Brussel.




  Page 26 out of 40 - Education Toolkit Themes Framework - Draft Version - ENERCITIES consortium

								
To top