Zonne-energie in Abu Dhabi

Het kan misschien raar lijken, maar Abu Dhabi, één van de belangrijkste oliestaten van het midden-oosten, heeft het voorbije weekend een enorm zonne-energiepark geopend.
Raar is dat natuurlijk maar op het eerste zicht, want naast de olie is er daar natuurlijk ook overvloedig veel woestijnzon.

Shams 1, zoals het park genoemd wordt, levert een vermogen van 100 MW (= 100 megawatt = 100 miljoenwatt).
Ter vergelijking: een gemiddelde kerncentrale levert ongeveer 10 keer meer vermogen, maar Shams 1 is nog maar de eerste unit een veel groter project.

Zoals op de foto hierboven misschien te zien valt gaat het hier niet, zoals bij veel van onze woningen, om fotovoltaiïsche (PV) omzetting van zonne-energie in elektrische energie, maar om een eenvoudige omzetting via parabolische spiegels:

Met de verhitte olie in de buizen wordt water in stoom omgezet en met die stoom worden turbines aangedreven die elektriciteit produceren. Het water dat in de turbines condenseert wordt via een gesloten circuit opnieuw gebruikt.
Deze wijze van energie-omzetting sluit dus dicht aan bij de klassieke elektriciteitscentrales.
Wellicht is die keuze gemaakt omwille van de hogere kostprijs van PV-omzetting, alhoewel de prijs van fotovoltaïsch materiaal de laatste jaren fel gezakt is.
Misschien dat er voor Shams 2 of Shams 3 toch naar PV-omzetting wordt overgeschakeld. Want om het rendement van de turbines op te drijven moet er ook (aanwezig) aardgas verbrand worden om de waterdamp op een hogere temperatuur te krijgen.
En het woestijnzand eist ook bijkomend onderhoud van de parabolische spiegels.
Dus ook met woestijn-zonne-energie is het nog lang niet al goud wat blinkt…

Een Belgische primeur: zonnetreinen

Misschien heb je er gisteren ook iets over gehoord op het TV-nieuws: België heeft nog steeds geen nieuwe regering.
Maar het heeft wel als eerste land ter wereld een door zonne-energie gevoed stuk spoorwegnet.

16.000 zonnepanelen op het dak van een 3,4 km lange tunnel langs het traject van de hogesnelheidslijn (HSL) Amsterdam-Brussel-Parijs, leveren nu stroom aan de treinstellen.
Ze doen dat niet alleen aan de hogesnelheidstreinen (Thalys), ze voorzien ook klassieke treinstellen op de lijnen van dit traject van stroom.
En dan is nog niet alles op.
De jaarlijkse productie van 3300 MWh elektrische energie, kan daarnaast ook nog instaan voor de energievoorziening van de Antwerpse Noord-Zuid-verbinding met o.a. het Antwerpse centraal station.

3300 MWh = 3,3 miljard wattuur is inderdaad niet niets.
Dit komt overeen met het jaarlijks verbruik van 950 gezinnen.
Of nog: het verbruik van alle treinen op het Belgisch spoornet op 1 dag!

De tunnel waarop de zonnepanelen gemonteerd zijn, werd oorspronkelijk gebouwd om de hogesnelheidslijn te beschermen tegen vallende bomen langs het traject.
De tunnel krijgt nu extra ecologische dimensie.
Alles is duidelijk te zien in het filmpje hieronder.

Zonnepanelen voeden zonnetreinen

Als je dus dacht dat een jaar zonder nieuwe regering de enige Belgische wereldprimeur was, dan heb je het mis: de zonnetreinen zijn het ook.

Hou ze proper

De toenemende oppervlakte aan fotovoltaïsche cellen op onze daken, doet ook het onderhoudsprobleem toenemen.

Foto: Brian Kustler – Flickr

In onze regio (Zuid-Limburg) is de hoeveelheid (fijn) stof in de lucht soms heel groot.
Laat je je auto bijvoorbeeld een nachtje buiten staan, dan vind je ‘s anderendaags dikwijls een duidelijke stoflaag op het koetswerk.
En die hoge concentraties aan (fijn) stof is zeker geen uniek Limburgs fenomeen.
Zo’n stoflaag dwarrelt uiteraard ook neer op de zonnepanelen.
Gevolg: een duidelijk rendementsverlies.
Oplossing: regelmatig wassen!?
In situaties zoals op de foto lukt dat nog behoorlijk, maar bedenk eens wat dit betekent voor een klassiek schuin dak!

Gelukkig is er een oplossing op komst: het zelfreinigende zonnepaneel.
Die technologie is afkomstig uit de ruimtevaart.
Ze werd ontwikkeld voor NASA door prof. Malay Mazumder om het rendement van de paneeltjes op de Mars-robotjes hoog te houden.
Prof. Mazumder stelde de ingenieuze reinigingsmethode voor op de 240ste National Meeting & Exposition van de American Chemical Society die eind augustus in Boston, MA gehouden werd.
Het systeem bestaat uit een soort net van transparante elektrodes, ingebed in glas of plastic, dat over de panelen wordt gelegd.
Als de elektroden geactiveerd worden, loopt er golf van elektrische lading door het net. Daardoor worden de stofdeeltjes elektrisch geladen en naar de zijkanten van de zonnepanelen getransporteerd.
Volgens de professor betekent het aanbrengen van die extra laag bij de productie van de panelen geen hoge meerkost: slechts ongeveer 1%.
Het net is volgens hem zelfs gemakkelijk op bestaande panelen aan te brengen.
Maar hoeveel dat meer zal kosten?
Herbereken de terugverdientijd dan toch maar…

Naar goedkopere zonne-energie?

Je ziet ze meer en meer de fotovoltaïsche zonnepanelen op de daken van woningen.
Schreeuwlelijk vind Mia.
Duur en met te lange terugverdientijd vind ik, zeker nu de installatiepremies smelten als sneeuw voor de zon.
Maar er wordt in zeer veel laboratoria naarstig verder gezocht naar goedkopere en efficiëntere omzettingen van zonne-energie in andere bruikbare energievormen.
Wie de wetenschappelijke literatuur een beetje volgt, hoort om de haverklap over een nieuwe evolutie spreken op dit terrein.


Onderzoekers van de gerenommeerde Stanford University gewagen nu weer van een doorbraak.
Ze hebben een nieuw type zonnecel ontwikkeld dat in staat is om niet alleen de energie uit het zonlicht om te zetten, maar ook energie uit de zonnewarmte!
De tegenwoordig gebruikte fotovoltaïsche cellen zetten alleen het licht van de zon om in elektrische energie. Het is zelfs zo dat de zonnewarmte nadelig is voor het rendement van de huidige cellen: als ze opwarmen worden ze veel minder (tot 50%) efficiënt.
De wetenschappers uit Stanford hebben een nieuwe coating ontworpen waardoor juist het omgekeerde bereikt wordt: hoe heter de cellen worden, hoe hoger hun rendement!
In hun artikel spreken ze zelfs van een verhoging van de efficiëntie met 60%!
In onderstaand YouTubeke legt Nick Melosh, één van de jonge professors,uit hoe het nieuwe systeem werkt.

Als dit in praktische uitvoeringen ook zo zou blijken, dan zou dit wel echt eens een serieuze doorbraak kunnen zijn.Want met dit rendement wordt zonne-energie goedkoper dan stookolie.
Nog even geduld dus…

Met waterstof de nacht door

Als je de daken in je omgeving bekijkt krijg je de indruk dat er heel wat mensen van overtuigd zijn dat zonne-energie het efficiënte en milieuvriendelijke middel is om in elektriciteitsbehoeften te voorzien.


Ik ga hier geen discussie openen over rendement, terugverdientijd enz.
Maar ik wil toch op een zwak plekje wijzen in de energie-omzetting van zonnelicht naar een andere energievorm: ‘s nachts is er geen zon en dus is er met dat systeem ook geen energieomzetting.
Die dode periode moet willens nillens overbrugd worden…
Dat betekent dat er overdag reserve-energie moet opgeslagen worden.

Batterijen zal je zeggen.
Ja, maar ondanks alle verbeteringen van de laatste decennia, zijn  de efficiëntie en de kostprijs van die dingen zijn nog altijd niet erg interessant.

Een andere mogelijkheid is opslag onder de vorm van waterstofgas.
Potentieel is er aan waterstofgas geen gebrek: elke molecule water (H₂O) bevat 2 atomen waterstof. En water is er genoeg.
Ik hoop dat de meesten onder jullie zich nog uit hun middelbaar onderwijs herinneren dat je water in waterstofgas en zuurstofgas kan omzetten door middel van elektrische stroom (elektrolyse om preciezer te zijn).

 
Het ligt dus voor de hand: gebruik een deel van de elektrische energie, overdag opgewekt door de zonnepanelen, om er via elektrolyse waterstof te maken.
En gebruik die waterstof om er ‘s nachts via een brandstofcel weer elektriciteit mee te maken.
Een brandstofcel doet eigenlijk het tegenovergestelde van de elektrolyse: ze maakt van waterstofgas en zuurstofgas weer water en de energie die daarbij vrijkomt wordt omgezet in elektrische energie.

Mooi, maar is de efficiëntie van de elektrolyse van water om waterstofgas te vormen dan zoveel beter dan die van batterijen? 
Veel hangt af van de katalysatoren die men bij de elektrolyse van water gebruikt.
Katalysatoren zijn stoffen die een chemische reactie vlotter (met minder startenergie) kunnen doen verlopen.
De Amerikaanse chemicus Daniel Nocera houdt zich intens bezig met onderzoek naar geschikte katalysatoren voor de elektrolytische splitsing van water.


Deze week heeft hij in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) weer een goedkope nieuwe katalysator voorgesteld: nikkelboraat (Ni₃(BO₃)₂).
Nocera is er van overtuigd dat dergelijke efficiënte en goedkoop te maken katalysatoren kunnen leiden tot systemen waarin hele woonblokken zelfbedruipend qua energiebehoefte kunnen worden.
Zonnepanelen op het dak van zo’n appartementenblok om met het overschot aan energie overdag en met behulp van de goedkope katalysatoren waterstofgas produceren.
Het waterstof kan in tanks opgeslagen worden om dan ‘s nachts via brandstofcellen voor de nodige energie te zorgen.
Het valt af te wachten of dit systeem van zonne-energie – waterstofgas – brandstofcel, de energiecyclus van de toekomst wordt.
Maar het ziet er volgens mij toch veelbelovend uit.
Meer toch dan gesubsidieerde fotovoltaïsche celletjes op onze Vlaamse en andere daken…