t.08- Milieu / klimaat

• –  In dit hoofdstuk onderzoeken we (heel globaal) welke invloeden “fossiel” ,  geothermie  ,  “nucleair”  en  zonne-energie op het milieu/klimaat hebben.
• De belangrijkste aspekten probeer ik telkens in een eenvoudig plaatje weer te geven ;  dit betekent dat ik nuances en details weglaat als ze de boodschap niet/nauwelijks beïnvloeden
  • De werkelijkheid is zeer kompleks, zoals al te zien is in het schema Fig.9.11.1 dat weergeeft wat er alleen nog maar in de onderlagen van de dampkring gebeurt
• –  De uiteindelijk door ons netto bestede hoeveelheid energie noem ik   Q .
• Dit is minder dan ons verbruik ,  want die omvat ook de energie die nodig was om aan die netto bestede energie Q te komen (bijv de verliezen bij omzetting naar elektra, zie Tabel 9.8.2 ).
• Bijna al ons energieverbruik eindigt in warmte ,  die uiteindelijk afgevoerd wordt naar het heelal. Deze portie energie noem ik in de plaatjes hieronder  b .
  • (hoe het zit met door ons geproduceerde elektromagnetische straling is me nog niet duidelijk ;  wel dat die ook naar het heelal gaat….)
• .

• 1. DAMPKRING (“naturel”)
• Zonder ons energie-verbruik zou in de dampkring het onderstaand beeld gelden [Fig.8.1].
  • • (Dit plaatje is tegelijk een uitbreiding en een vereenvoudiging van Fig.9.11.1 van KNMI
  • –  de in-straling van de zon is spectraal breder dan het voor ons zichtbare licht
  • –  ook het spectrum van de uit-straling naar het heelal is breder dan alleen warmte-straling ;  er zit bijv ook rechtstreeks gereflekteerd licht bij
    • –  in zijn algemeenheid :  het spectrum van de invallende zonne-energie is in de uitgestraalde energie (deels) opgeschoven in de richting van warmtestraling
    • Gemakshalve spreek ik van invallend LICHT en uitgestraalde WARMTE (dit is dus niet helemaal korrekt !)

Opm :  het is een eenvoudig plaatje. Reflekties van licht op wolken kon ik nog enigszins weergeven, maar niet die op sneeuw en ijs (aan het aard-oppervlak). Van deze reflekties zal trouwens een deel alsnog enigzins degraderen op de terugweg naar het heelal.

• BROEIKASGASSEN
• Broeikasgassen zijn gassen die niet transparant zijn voor sommige langere golflengtes (warmte) ;  elk gas houdt zijn eigen specifieke golflengte tegen , maar laat het overgrote deel van het zonlicht door. Die doorgelaten golflengtes zullen “op aarde” degraderen naar langere golflengtes (“warmte”) die vervolgens moeilijk naar het heelal kunnen worden uitgestraald doordat de broeikasgassen wederom als rem werken (daarom heten het broeikasgassen !).  Met als gevolg een temperatuurstijging in de lagere atmosfeer
• – Konsekwentie :
  • *  als je op aarde warmte genereert remmen de broeikasgassen daarvan de uitstraling naar het heelal :  dus zal de temperatuur op aarde stijgen
  • *  als je dan ook nog extra broeikasgassen toevoegt wordt die temperatuurstijging nog weer groter
• – De “van nature” aanwezige broeikasgassen zorgen voor een temperatuur bij het aard-oppervlak die voor het menselijk ras leefbaar is.
  • *  zonder deze broeikasgassen zou de gemiddelde temperatuur op aarde namelijk ca 33°C lager zijn [S.47] . We hebben ze dus nodig ,  in een zekere hoeveelheid !!
  • *  je zou er zelfs aan kunnen denken via deze “hoeveelheid” de gemiddelde aard-temperatuur te sturen
    • • [ eigenlijk doen we dit nu al :  maar onbeheerst ,  door de hoeveelheid broeikasgassen te vergroten (met CO2 ,  N2O,  etc) ]

Onderstaande 4 plaatjes kijken alleen naar de onderste laag van de dampkring.
Legende :
–  in  “oogsten”  zit tevens het gereed maken voor direkt gebruik
–  “opslag”  omvat ook de processen om energie te bufferen of op te slaan (in brandstoffen bijv)
–  in  “(later) gebruik”  is ook het (terug vanuit opslag) gereed maken voor dat gebruik begrepen

2. “FOSSIEL”

We gebruiken “fossiel” voor veel doelen :  elektra-produktie, transport, omzetting naar andere stoffen (chemie), verwarming , etc
–  het als energie “besteedbaar deel” (Q) is afhankelijk van de gebruiks-toepassing met een rendement van bijv 25…95% (mobiliteit….verwarming). Als gemiddelde schat ik 40…50% ,  dus wordt inkl. verliezen bij delven en raffinage meer dan 2Q naar de omgeving gebracht, bijv 2,5Q = b .  Deze warmte zal de atmosferische evenwichts-temperatuur verhogen
–  de restanten van de verbruikte energiedragers worden naar de omgeving geloosd. Ze vormen daar ook extra broeikasgassen die de doorgang van straling door de dampkring afremmen. Deze gassen zorgen dus voor extra opwarming (bovenop b)
– delven heeft geologische gevolgen

3. GEOTHERMIE
Uit (kilometers) diepe aardlagen wordt warmte naar boven gehaald die afkomstig is uit de aardkern

–  Ons “(latere) gebruik” van deze aardwarmte omvat bijna alleen verwarming
Omdat er op IJsland overvloed is wordt het daar ook gebruikt om (met een laag rendement) elektra op te wekken.
–  “besteedbaar deel” is naar schatting 90% van b ,  dus wordt inkl. pomp-energie en verliezen voor winning bijv  b = 1,2Q in de omgeving gebracht ;  deze warmte zal de atmosferische evenwichts-temperatuur verhogen.
– mogelijke lokale geologische gevolgen riskant (tgv. lokale warmte-onttrekking en evt. fracking)

• ** Die warmte uit de aardkern “lekt” van nature al kontinu door de aardkorst heen naar buiten. Die portie heb ik niet in het plaatje getekend ,  omdat ie voor het betoog hier er niet toe doet. Ik weet trouwens ook niet hoe groot deze portie is….
• Ook deze warmtestroom wordt afgeremd door broeikasgassen ,  hetgeen tot temperatuur-verhoging leidt ingeval er extra broeikasgassen in de atmosfeer worden gebracht.
• –  Ik zie twee mogelijkheden :
  • –  òf de aardkern bevat een gloeiend hete rest van de hitte die hij bij zijn ontstaan mee kreeg.
    In dat geval zal onze onttrekking van warmte leiden tot versneld afkoelen. Dat lijkt me geen goed idee…..
  • –  òf er is sprake van warmte-produktie in de kern ! 
    Ik weet niet of onze onttrekking van warmte invloed heeft op dit eventuele produktie-proces. Maar het weghalen van warmte uit de aardkorst zal wel het lokale temperatuur-evenwicht be:invloeden
    Zie voor verdere toelichting de website over de uitdijende aarde
• –  In beide gevallen kunnen we rustig aannemen dat de warmte-voorraad in de aardkern niet oneindig groot is. Het weglekken van warmte houdt in dat de aardbol geleidelijk afkoelt ,  ook zonder onze inmenging. Deze natuurlijke afkoeling is eigenlijk een bedreiging voor de “temperatuur-band” waarbinnen het menselijk ras kan leven. Ooit zal de mensheid (als die zichzelf niet eerder vernietigd heeft) misschien nog blij zijn met extra broeikasgas !!
• .

• 4. “NUCLEAIR”
• Het plaatje slaat in eerste instantie op kernsplijting-U
  • Let wel :  er is zeker 3x sprake van afval
    • 1.  bij winning van de ertsen
    • 2.  na gebruik in de centrales (rood)
      •    Voor Th-technologie zou de radioaktieve afvaldump (rood) van ondergeschikte zwaarte zijn ,  maar ik vermoed dat ook de (agressieve) chemische restprodukten radio-aktief zijn
    • 3.  bij afbraak van de centrales
• De Th-technologie zal minder radioaktief afval geven per opgewekte elektra ,  maar ik vrees wel voor het afval uit de komplekse bewerkingen met zeer agressieve chemicaliën. Ontmanteling van de centrale gelijk aan aan een U-centrale….
• Kernfusie zou geen radioaktieve afval geven (behalve bij ontmanteling van een centrale).

–  Toepassing :  voor grootschalige produktie van uitsluitend elektra ,  dus voor direkt verbruik.
–  Rendement van elektra-produktie <40% in de komende decennia (nu 33…37% !) ;  samen met de energie voor delven ,  verrijken en evt. opwerken schat ik b = 3 Q ,  zijnde de in het milieu extra ingebrachte warmte (opwarming atmosfeer).
(Deze 3 Q blijft ook gelden als we de restwarmte van de elektraproduktie eerst nog ergens voor kunnen gebruiken)
–  Berging radioaktief afval U (en Th !) is problematisch ;  totnutoe onoplosbaar gebleken
–  Het winnen van de ertsen richt lokale ravages aan (zeker als de EROI terugloopt)

5. “ZON”
Alle zonne-energie wordt afgetapt uit de straling van de zon. Wind-energie valt hier ook onder ,  want die ontstaat uit temperatuurverschillen (tgv van stralings-absorpties, etc) in de dampkring.
Zonne-energie voorziet de mensheid nu ook al direkt en indirekt van energie (inkl. voedsel !)

• –  het gunstigste is de ingevangen energie direkt te gebruiken. Dan hebben we geen extra omzettings-verliezen voor de anders noodzakelijke buffering en opslag
  • –  opslag is mogelijk in energiedragers (brandstoffen !) zoals we die kennen uit “fossiel” .
    • –  bij de synthese van deze “brandstoffen” moeten de grondstoffen van de energie-dragers eerst ingewonnen worden ;  hierdoor zullen energiedragers in kringlopen rondgaan ,  dus geen extra broeikasgassen opleveren.
• –  later gebruik houdt àlle soorten gebruik in :  reproduktie van elektra, transport, verwarming, chemie
• –  b vormt hier geen extra energie-toevoeging aan de atmosfeer,  want is namelijk oorspronkelijk uit de zonnestraling afgetapt (inkl. alle omzettings-verliezen)
  • In principe dus geen beïnvloeding van het aardse temperatuur-evenwicht
    • Maar omdat de zonne-energie nu wel langs een andere weg terug naar het heelal loopt, is het waarschijnlijk dat er tweede orde effekten optreden (ietwat andere verschuiving in het spectrum)
• –  er moet wèl gedolven worden naar ertsen van bijzondere materialen
  • (bijv :  dopings in PV-cellen , ingredienten voor sterke magneten in motoren)

Opm :  in Fig.8.1 zie je dat de stralings-intensiteit “aan de rand” van de dampkring ca 8x hoger is dan op aarde  (1367 tov. 166 W/m2).
Wat zou het mooi zijn als we onze zonne-energie konden aftappen uit deze felle straling.  Maar hoe zou dit op voldoend grote schaal gerealiseerd kunnen worden ??
.

• Slotsom
• *  Vanwege de lage impact op het milieu is zonne-energie [Fig.8.5] te prefereren boven de andere technologieën
  • –  voor elektra-produktie zou “nucleair” als reserve kunnen worden aangehouden
    • • probleem :  niet aan elk land wordt de komplete nucleaire technologie toevertrouwd
  • –  voor verwarming kan geothermie eventueel worden ingezet (tijdelijk, beperkte schaal)
  • –  probeer “fossiel” zo mogelijk te beperken ,  maar liefst te vermijden (extra broekasgassen)
• *  Daarom zouden we nu moeten dóór-ontwikkelen aan methodes om zonne-energie te benutten  [N.16 , slot].
  • –  hiermee vermijden we misschien een hoop gedoe met geo-engineering en kernenergie…. dwz minder uitbreiden in U-centrales met hun afval etc ,  en straks ook minder Th-centrales nodig
    –  anderzijds kàn kern-energie eventueel tijd geven voor door-ontwikkeling van de “groene route”