Energie uit regen en wind

AFGEZIEN van de methoden om rechtstreeks gebruik te maken van de energie van de zon, zijn er ook vele manieren om die energie indirect op te vangen. Stromend water is meer dan 1000 jaar als aandrijvende kracht gebruikt om graan te malen, laken te vollen, water omhoog te brengen en voor nog vele andere doeleinden. Het water wordt uit de zee weer naar de bovenloop van de rivier teruggevoerd door de natuurlijke processen van verdamping en regenval, waarvoor de energie wordt geleverd door de straling van de zon. Daarom is waterkracht voortdurend hernieuwbaar, en kan men er jaar na jaar van op aan.

Het afdammen van grote en kleine rivieren heeft het middel verschaft om alle seizoenen door te kunnen beschikken over een constant aanbod van energie, waarbij de waterkracht wordt omgezet in hydro-elektrische energie. In sommige landen is stromend water in zo’n overvloedige mate aanwezig dat het daar de belangrijkste energiebron vormt. Noorwegen verkrijgt bijna al zijn elektriciteit uit vallend water. Maar over de hele wereld genomen gaat het in vergelijking met andere energiebronnen om een minder belangrijk aandeel. Slechts ongeveer 5 percent van het totale energieverbruik van de mensheid wordt geleverd door hydro-elektrische energie. In vele delen van de wereld heeft men de mogelijkheden op dit gebied reeds grotendeels benut, en men zal niet veel meer kunnen uitbreiden om de groeiende honger naar energie te stillen.

De windmolen is een andere eeuwenoude manier om energie aan de omgeving te ontlenen. Ook deze vorm van energie hangt met de zon samen, omdat de zon het weer en de klimaatverschillen creëert die bepalen in welke richting en hoe sterk de wind waait.

Molens waren vroeger een vertrouwd beeld in vele delen van de wereld. De schilderachtige molens in Nederland pompten het water uit het met dijken omsloten lage land. In de 18de eeuw leverden ze ook de energie voor houtzagerijen en slijpstenen en voor bloeiende centra van nijverheid. De grote vlakten van het midden en het westen van de Verenigde Staten waren eens bezaaid met miljoenen windmolens. Ze werden meestal gebruikt om water uit putten op te pompen, maar ook als een bron van elektrische energie. In de 20ste eeuw werden de windmolens voor het grootste deel vervangen door benzinemotoren.

Maar nu petroleum zijn overheersende positie aan het verliezen is, dingt windkracht opnieuw naar populariteit. De stuwkracht achter deze hernieuwde belangstelling is het besef dat de mogelijkheden van windenergie veel groter zijn dan men vroeger had gedacht. Een aan de universiteit van Californië verbonden geleerde stelt in een recent rapport dat over de hele wereld gerekend de totale energiebehoefte van de mens enkel door windkracht meer dan 20 maal bevredigd zou kunnen worden. Zelfs in de VS zou bij een volledig gebruik van de mogelijkheden 75 percent van de nu gebruikte energie door windkracht geleverd kunnen worden. Op vele plaatsen is de energie die gemiddeld in de wind aanwezig is, bijna even groot als die in het zonlicht.

Er bestaat een grote variatie in de vorm van de machines die men ontwerpt en test om de wind als energiebron te gebruiken. Er zijn propellers met twee of drie bladen, die gemonteerd zijn op wat eruitziet als een klein vleugelloos vliegtuig boven op een hoge toren. Tweehonderd kilowatt, genoeg voor een zesde van de 1300 huizen in Clayton, in de Amerikaanse staat New Mexico, kan een dergelijke machine, die bladen van 19 meter heeft, leveren wanneer de wind waait — wat daar 90 percent van de tijd het geval is. In 1978 kostte deze stroom driemaal zo veel als wanneer petroleum werd verbrand om stroom op te wekken, maar grotere machines en massaproduktie zullen naar men verwacht de kosten verlagen, terwijl anderzijds petroleum snel duurder wordt.

Soortgelijke machines worden op verschillende plaatsen getest, en een generator van 2000 kilowatt, de grootste tot dusver, is gebouwd op een bergtop dicht bij Boone, in de Amerikaanse staat North-Carolina. Een hele groep windmolens zal door een particuliere firma in een winderige bergpas in Midden-Californië opgericht worden. Als dit een economisch succes wordt, zullen op strategische plaatsen nog honderden andere opgezet worden.

Een ander type windmolen heeft gebogen bladen die zowel boven als onder aan een verticale as vastzitten, waardoor het geheel er een beetje als een gigantische slagroomklopper uitziet. Dit type molen hoeft niet naar de wind gezet te worden. Zoals dat ook bij andere types het geval is, werkt de machine boven een bepaalde minimumwindsnelheid, gewoonlijk ongeveer 13 kilometer per uur, en kan ze bij te harde wind buiten werking gesteld worden om schade te voorkomen.

Weer een andere onconventionele installatie bestaat uit een stationaire ronde toren met aan alle kanten verticale schoepen. Deze worden aan de windzijde onder een bepaalde hoek geopend, en gesloten gehouden aan de van de wind afgekeerde zijde. De wind die de toren binnenkomt, wordt in een spiraalvormig circulatiepatroon gebracht en beweegt zich omhoog, een miniatuurtornado vormend. De lage druk in het centrum van de toren zuigt aan de onderkant lucht aan door een turbine die betrekkelijk kleine schoepen heeft en op hoge snelheid draait.

Er worden steeds nieuwe ontwerpen uitgevonden en ontwikkeld. De markt staat open voor baanbrekende ideeën ten aanzien van de vraag hoe elektriciteit te maken uit windkracht, en niemand kan voorspellen welk ontwerp uiteindelijk de goedkoopste energie zal leveren. Er wordt dus energiek verdere research verricht met betrekking tot vele verschillende ontwerpen.

Wanneer het gebruik van windkracht wordt vergeleken met andere methoden van energie-opwekking, zullen ook overwegingen van esthetische aard meetellen. Een enkele molen zo hier en daar kan een schilderachtig beeld opleveren, maar lange rijen windmolens zouden het landschap kunnen ontsieren. Ook bestaat er wat bezorgdheid dat ze de plaatselijke televisieontvangst zouden kunnen storen.

Op het moment ziet het ernaar uit dat windkracht in elk geval zijn vroegere belangrijkheid herwint, en waarschijnlijk zelfs nog een grotere rol gaat spelen. Volgens verschillende schattingen kan tegen het jaar 2000 tussen de één en tien percent van de energie in de VS door de wind geleverd worden.

De pieken en dalen gladstrijken

Wanneer de zon niet schijnt, of de wind gaat liggen, is daarmee meteen alle energie weggevallen die werd opgewekt met van wind of zon afhankelijke voorzieningen. Als het hier een aanvulling van een ander systeem betreft, stel een hydro-elektrische centrale of een waar kolen worden verstookt, dan is deze variabiliteit geen probleem. In de schakelkamer zal men eenvoudig de output van de hoofdgeneratoren aanpassen en zo het veranderende aanbod van zonne-energie of windkracht compenseren, zoals er ook in de loop van een dag gereageerd wordt op een veranderende vraag.

Voor bepaalde doeleinden zou gebruik gemaakt kunnen worden van uitsluitend zonne-energie, en dat dan op een basis van ’smeed het ijzer wanneer het heet is’. Als ze gebruikt wordt om water in een reservoir te pompen, of bij de elektrochemische produktie van aluminium of de produktie van waterstof, dan zouden de werkzaamheden voortgang kunnen vinden zolang de zon schijnt en stopgezet worden wanneer de zon weg is.

Maar voor vele doeleinden moet in een of andere methode voor het opslaan van energie voorzien worden. Elektriciteit kan in een accumulator opgeslagen worden, zoals wij dat al lang in onze auto’s doen. Maar het aantal en het volume van de gewone loodaccu’s die nodig zouden zijn om te voorzien in de energiebehoeften van een gemiddeld huishouden, zouden dit een onhandige en dure aangelegenheid maken. Gelukkig belooft recent onderzoek nieuwe typen accumulatoren op te leveren die een vaste elektrolyt gebruiken en grote hoeveelheden elektrische energie kunnen opslaan in een klein volume.

Als dergelijke accu’s een realiteit worden, zullen elektrische auto’s veel praktischer worden dan ze op het ogenblik zijn. De automobilist zou zijn auto thuis of op het parkeerterrein bij zijn werk of bij het winkelcentrum met behulp van een voedingsapparaat steeds weer opladen. Wanneer zonnecellen en accu’s verbeteringen ondergaan, kan het praktisch worden om zonnepanelen op het dak van de auto te monteren om zowel onder het rijden als wanneer de auto geparkeerd staat, de accu’s te kunnen opladen. Een dergelijke auto wordt nu in Florida getest. Een ondernemende uitvinder in Californië heeft zelfs een accu aangesloten op zonnecellen die gemonteerd zitten in de vleugels van een licht vliegtuigje, en heeft gedemonstreerd dat het op zonne-energie inderdaad vliegt.

Voor grote krachtcentrales kan het praktischer zijn om energie om te zetten en in een andere vorm op te slaan. Zo kan bijvoorbeeld een teveel aan energie, dat is opgewekt gedurende zonnige dagen of wanneer het waait, gebruikt worden om water omhoog te pompen naar een reservoir op een heuvel. Wanneer dan de waterstroom wordt omgekeerd, kan die energie ’s nachts of in een periode van windstilte gebruikt worden. Een ander voorstel is om lucht onder druk in natuurlijk gevormde ondergrondse holten te pompen. Mechanische energie zou opgeslagen kunnen worden in het draaimoment van gigantische vliegwielen. Deze verscheidenheid van ideeën laat zien dat er veranderingen zullen komen in de manieren waarop wij energie gebruiken als zonne-energie en windkracht gewoon worden.

Gebottelde zonneschijn

De fotochemische produktie van brandstoffen door zonlicht biedt nog een mogelijkheid om zonne-energie te gebruiken. Een natuurlijk proces van deze soort is de fotosynthese. Groene planten gebruiken het zonlicht om energierijke verbindingen als koolhydraten te maken. Het vroegste gebruik dat de mens van zonne-energie heeft gemaakt, was het verbranden van hout om zijn voedsel te koken en zijn huis te verwarmen.

Door gisting, nog een natuurlijk proces, kan uit veel plantaardig materiaal alcohol gemaakt worden en dit kan geëxtraheerd worden voor gebruik als brandstof. Zonder dat er iets aan een automotor gewijzigd hoeft te worden, kan er 10 tot 20 percent alcohol bij benzine gemengd worden. Motoren kunnen ook omgebouwd worden om op pure alcohol te lopen. Tot dusver is alcohol duurder geweest dan benzine, maar de situatie verandert en automobilisten zijn al overgegaan tot gebruik van een mengsel dat „gasohol” genoemd wordt. Brazilië heeft een begin gemaakt met een intensief project om alcohol te produceren en onafhankelijk te worden van olie-import. Met het oog op commerciële produktie worden verschillende soorten snelgroeiende planten onderzocht ten einde meer rendabele processen te vinden. Dergelijke methoden voor het gebruik van zonne-energie worden gerangschikt onder het exploiteren van de „biomassa”.

Sommige geleerden met een vooruitziende blik zouden zonlicht willen gebruiken om water in waterstof en zuurstof te splitsen. Natuurlijk kan dit door elektrolytische ontleding gedaan worden, maar zij zijn op zoek naar een fotochemische methode. Voor de reactie zal een geschikte katalysator nodig zijn, een stof die werkzaam is zoals chlorophyl dient om suiker te produceren uit water en kooldioxide. Als deze stof kan worden gevonden, zou mettertijd misschien samengeperste waterstof gebruikt kunnen worden als de brandstof voor de auto’s van de toekomst.

Brandstoffen als alcohol of waterstof, verkregen uit een proces waarbij zonlicht gebruikt is, hebben een groot voordeel boven koolwaterstoffen. Ze veroorzaken geen verontreiniging van het milieu. Bovendien verstoren ze niet het evenwicht van kooldioxide in de natuur, zoals fossiele brandstoffen doen, omdat de voorraad voor ieder jaar uit de atmosfeer afkomstig is en weer in de kringloop teruggebracht wordt.