In een rapport uit 1965 waarschuwden wetenschappers de Amerikaanse regering dat het voortdurende gebruik van fossiele brandstoffen de opwarming van de aarde zou veroorzaken met mogelijk rampzalige gevolgen voor het klimaat.
Sindsdien hebben velen gediscussieerd over wat we moeten doen. Overheden over de hele wereld hebben beloofd de komende decennia de uitstoot geleidelijk af te schaffen en over te stappen op 'groene energie'. Maar de mondiale temperaturen stijgen sneller dan we hadden verwacht. Sommige klimaatwetenschappers maken zich zorgen dat deze snelle stijgingen nieuwe problemen kunnen creëren door de positieve warmte feedbackloops die het klimaat sneller kunnen destabiliseren en daarmee delen van de wereld onbewoonbaar maken.
Wellicht hebben de grootschalige maatschappelijke en ecologische veranderingen ons tegen 2050 geholpen de ergste gevolgen van ons uitgebreide gebruik van fossiele brandstoffen te verlichten.
Wetenschappers vertellen ons dat, zelfs als we het onmiddellijke opwarmingsprobleem oplossen dat verband houdt met het broeikaseffect, er een ander opwarmingsprobleem is dat gestaag groeit. Dit heet het ‘deep warming'-probleem. Het gaat over de verhoging van de oppervlaktetemperatuur van de aarde, maar heeft, in tegenstelling tot ‘de opwarming van de aarde’, niets te maken met broeikasgassen en ons gebruik van fossiele brandstoffen.
‘Deep warming’ komt rechtstreeks voort uit ons gebruik van energie in alle vormen (en onze neiging om na verloop van tijd meer energie te gebruiken). Het wordt veroorzaakt door de onvermijdelijke ‘afvalwarmte’ (entropie) die gegenereerd wordt wanneer we energie gebruiken om om het even wat te doen.
Ja, de wereld kan zich tegen 2050 transformeren. Het koolstofdioxidegehalte kan zich stabiliseren of dalen dankzij geavanceerde technologieën.
Maar we zullen nog steeds met een dieper probleem worden geconfronteerd. Dat komt omdat 'deep warming' niet wordt veroorzaakt door het vrijkomen van broeikasgassen in de atmosfeer, het is een onderdeel van onze relatie met energie zelf.
De tweede wet van de thermodynamica
Alle energie die wij mensen gebruiken - om onze huizen te verwarmen, onze fabrieken te laten draaien, onze auto’s te laten rijden en vliegtuigen te laten vliegen, of om onze elektronica te laten draaien - komt uiteindelijk als warmte in het milieu terecht. In eerste instantie vloeit de meeste energie die we gebruiken via warmte rechtstreeks het milieu in. Een kleiner deel van de energie die we gebruiken, wordt opgeslagen in fysieke veranderingen, zoals nieuw staal, plastic of beton. Het ligt opgeslagen in onze steden en technologieën. Op de langere termijn, als deze materialen afbreken, vindt de daarin opgeslagen energie ook zijn weg naar het milieu als warmte. Dit is een direct gevolg van de principes van de thermodynamica.
De tweede wet stelt dat de transformatie van energie altijd van meer georganiseerde en bruikbare vormen naar minder georganiseerde en minder bruikbare vormen gaat. Hoewel de hoeveelheid energie gelijk blijft, gaat het geleidelijk over in minder georganiseerde, minder bruikbare vormen. Het eindpunt van het energieproces levert – meestal onbruikbare – restwarmte op. Met alles wat we doen generen we restwarmte.
Waar komt al onze energie vandaan?
In tegenstelling tot populair geloof, komt de zonne-energie naar ons in de vorm van fotonen met een lage entropie, wat wil zeggen met een kleine restwarmte. Een gedeelte wordt door de aardkorst geabsorbeerd, een deel wordt terug de ruimte in gereflecteerd en een klein deel wordt in de atmosfeer verspreid (hogere entropie, hogere restwarmte) en zorgt zo voor warmte op aarde.
De zonnestraling die de aarde bereikt, is ongeveer 174 petawatt (174 x 10^15 watt). Dit vertegenwoordigt het gemiddelde vermogen van de zonnestraling die de bovenste atmosfeer van de aarde bereikt. Dit is ongeveer 10.000 keer meer energie dan de mensheid op een dag gebruikt.
Alle energieverbruik is dus terug te brengen tot zonne-energie die we met lage entropie ontvingen en omzetten in kinetische (bewegings)- of andere soorten energie. In dat proces komt onvermijdelijk restwarmte vrij.
“It is not energy, but entropy that makes the world go round” – Carlo Rovelli
Hernieuwbare energie
In tegenstelling tot energie uit fossiele brandstoffen of zelfs kernenergie – die allen de restwarmte vergroten – ‘onderscheppen’ hernieuwbare energiebronnen de lage entropie-energie die al onderweg is naar de aarde.
Als we hernieuwbare energiebronnen op de juiste manier gebruiken, hoeven ze niet bij te dragen aan de restwarmte in het milieu. We produceren zo niet meer afvalwarmte dan in de eerste plaats door zonlicht zou zijn ontstaan.
Neem windenergie. Zonlicht brengt eerst de atmosfeer in beweging door delen van de planeet ongelijkmatig te verwarmen, waardoor enorme convectiecellen (drukgebieden) ontstaan. Terwijl de wind door de atmosfeer kolkt, door bomen, over bergen en golven waait, wordt het grootste deel van zijn energie omgezet in warmte, die terechtkomt in de microscopisch kleine bewegingen van moleculen. Als we een deel van deze windenergie via turbines oogsten, wordt deze ook omgezet in warmte, maar dan in de vorm die we kunnen opslaan en gebruiken. Cruciaal is dat er niet meer warmte gegenereerd wordt dan wanneer er geen turbines waren geweest om de wind op te vangen.
Hetzelfde geldt voor zonne-energie. Als in een zonnepaneel het zonlicht dat erop valt opvangt – dat normaal gesproken geabsorbeerd zou zijn door het aardoppervlak – dan verandert dit de hoeveel restwarmte niet dat wordt geproduceerd terwijl ze energie opwekken. Het licht dat het aardoppervlak zou hebben opgewarmd, gaat in plaats daarvan de zonnecellen binnen, wordt door ons, mensen, voor een bepaald doel gebruikt en eindigt later als warmte. We verminderen de hoeveelheid warmte die door de aarde wordt geabsorbeerd met precies dezelfde hoeveelheid als de energie die we onttrekken voor menselijk gebruik. We dragen niet bij aan de algehele planetaire opwarming.
Efficiënt gebruik
Het is gemakkelijk om te denken dat als we een technologie efficiënter maken, we minder energie zullen verbruiken. Economen zijn zich terdege bewust van een paradoxaal effect dat bekend staat als ‘rebound’, waarbij verbeterde energie-efficiëntie door het gebruik van een technologie in feite leidt tot een breder gebruik van die technologie. En ook tot meer energieverbruik.
Een klassieke voorbeeld hiervan beschreef de Britse econoom William Stanley Jevons reeds in zijn boek The Coal Question in 1865: de uitvinding van de stoommachine. Deze nieuwe technologie kon efficiënter energie halen uit de verbranding van steenkool, maar maakte ook zoveel nieuwe toepassingen mogelijk dat het gebruik van steenkool toenam.
Het vermijden van ‘deep warming’ houdt in dat we onze restwarmte verminderen en in evenwicht brengen met de natuurlijke entropie. Dit betekent dat hernieuwbare energiebronnen moeten kiezen. In tegenstelling tot de energie uit fossiele brandstoffen of zelfs kernenergie, die onze last van restwarmte vergroten, onderscheppen hernieuwbare energiebronnen energie die al onderweg is naar de aarde, in plaats van extra restwarmte te produceren.
Chaisson summarised the problem quite clearly in 2008:
I’m now of the opinion … that any energy that’s dug up on Earth –including all fossil fuels of course, but also nuclear and ground-sourced geothermal – will inevitably produce waste heat as a byproduct of humankind’s use of energy. Th e only exception to that is energy arriving from beyond Earth, this is energy here and now and not dug up, namely the many solar energies (plural) caused by the Sun’s rays landing here daily …Th e need to avoid waste heat is indeed the single, strongest, scientific argument to embrace solar energies of all types.
Dit vereist echter zorgvuldigheid. Het bedekken van woestijnen met zonnepanelen zou bijvoorbeeld bijdragen aan de opwarming van de aarde, omdat woestijnen veel invallend licht weerkaatsen naar de ruimte, zodat het nooit door de aarde wordt geabsorbeerd (en daarom geen restwarmte produceert). Woestijnen bedekt met donkere panelen zullen veel meer energie absorberen dan de vrije woestijnbodem en dit zou de planeet verder opwarmen.
The way to go: circulaire economie gebaseerd op hernieuwbare energie
We zijn in staat om veel dingen te doen die ons tot mens maken: leren, ontdekken, uitvinden, creëren. Voor elke nuttige nieuwe technologie die in gebruik wordt genomen en veel energie begint te verbruiken (bv digitale opslag & ai), moet elders het energieverbruik in evenwicht gebracht worden met de van de zon ontvangen hernieuwbare energie. Op die manier kunnen we doorgaan met de toekomst die voortdurend nieuw en mogelijk beter is.
Elke stap in de richting van een economie die gebaseerd is op:
Refuse
Rethink
Reduce
Reuse
Repair
Refurbish
Remanufacture and Repurpose
Recycle
en
RENEWABLE energy
moet ten volle gesteund en ondersteund worden!
Guido Van Nuffelen |www.orchestri.com
Referenties
Mark Buchanan – Deep warming
Frank Wilczek - Fundamenteel. Tien sleutels tot de werkelijkheid
Eos, Vol. 89, No. 28, 8 July 2008 - Long-Term Global Heating - From Energy Usage
N. Cowern & C. Ahn - Thermal emissions and climate change: Cooler options for future energy technology
Presidents Science Advisory Committee – Report of the Environmental pollution Panel
Comments