Dat fossiele brandstoffen nog vele decennia een belangrijk onderdeel van de energiemix zullen blijven is een onontkoombare realiteit. Woordvoerder van de Britse overheid, april 2008

Onze huidige toestand van voorspoedige groei is iets van beperkte duur. William Stanley Jevons, 1865

In de laatste drie hoofdstukken hebben we de belangrijkste technologieën en levensstijl veranderingen onderzocht om het stroomverbruik te verminderen. We ontdekten dat we het energieverbruik van transport konden halveren (en fossiele brandstof niet meer hoeven te gebruiken ) door over te schakelen op elektrische voertuigen. We ontdekten dat we het energieverbruik van verwarming kunnen verminderen ( en fossiele brandstof niet meer hoeven te gebruiken ) door alle gebouwen beter te isoleren en elektrische warmtepompen te gebruiken in plaats van fossiele brandstoffen. Dus ja, we kunnen onze consumptie verminderen. Maar toch, deze gehalveerde energiebehoefte met de eigen hernieuwbare energie van Groot-Brittannië produceren lijkt een enorme uitdaging (figuur18.7, p109). Het is tijd om niet-hernieuwbare opties voor energieproductie te bespreken.

Neem de bekende reserves van fossiele brandstoffen, die bestaan hoofdzakelijk uit steenkool: 1600 Gt steenkool. Verdeel ze gelijkelijk over zes miljard mensen en verbrand ze “duurzaam”. Wat bedoelen we als we het hebben over het “duurzame” gebruik van een eindige bron? Dit is de willekeurige definitie die ik zal gebruiken: het gebruik is “duurzaam” als de reserves 1000 jaar zouden meegaan. Een ton steenkool levert 8000 kWh aan chemische energie, dus 1600 Gt steenkool gebruikt door 6 miljard mensen gedurende 1000 jaar komt neer op een beschikbaarheid van 6 kWh per dag per persoon. Een standaard kolencentrale zou deze chemische stof veranderen in elektriciteit met een efficiëntie van ongeveer 37% – dat betekent ongeveer 2,2 kWh (e) per dag per persoon. Als we echter om het klimaat geven, dan zouden we vermoedelijk geen standaard elektriciteitscentrale gebruiken. Integendeel, we zouden gaan voor “schone steenkool”, ook wel “steenkool met koolstofafvang en -opslag” genoemd- ( CCS, carbon capture and storage ) een tot nu toe nauwelijks geïmplementeerde technologie die het grootste deel van de koolstof kooldioxide uit de schoorsteen-rookgassen zuigt en het vervolgens in een gat in de grond stopt. Het op deze manier opruimen van de uitstoot van centrales kost veel energie,  het zou de geleverde elektriciteit met ongeveer 25% verminderen. Dus een “duurzaam” gebruik van bekende steenkoolreserves zou slechts ongeveer 1,6 kWh (e) per dag per persoon opleveren. We kunnen dit “duurzame” steenkoolverbruik vergelijken – 1,6 Gt per jaar- met het huidige mondiale kolenverbruik – 6,3 Gt per jaar – dat nog ieder jaar toeneemt . Hoe zit het met het Verenigd Koninkrijk alleen? Groot-Brittannië heeft naar schatting nog 7 Gt steenkool in de bodem . OK, als we 7 Gt delen tussen 60 miljoen mensen, krijgen we 100 ton per persoon. Als we een 1000-jarige oplossing willen, komt dit overeen met 2,5 kWh per dag per persoon. In een elektriciteitscentrale die koolstofafvang en -opslag uitvoert, levert dit duurzame gebruik van Britse kolen 0,7 kWh (e) per dag per persoon.

Onze conclusie is duidelijk:  Schone steenkool is slechts een tijdelijke oplossing.

Als we “schone steenkool” -technologie willen ontwikkelen om broeikasgasemissies te verminderen, we moeten opletten, terwijl we onszelf een schouderklopje geven, de boekhouding eerlijk te doen. Het verbranden van steenkool geeft niet alleen uitstoot van broeikasgassen in de elektriciteitscentrale, maar ook in de kolenmijn. In kolenmijnen komen methaan, koolmonoxide en koolstofdioxide vrij wanneer de kolen worden blootgesteld aan de lucht, maar ook uit afgedankte schalies en modderstenen komen nog broeikasgassen ; voor een gewone kolencentrale, verhogen deze kolenmijn emissies de broeikasgas voetafdruk met ongeveer 2%, dus voor een “schone” kolencentrale kunnen deze emissies enig effect hebben op de berekeningen. Er is een vergelijkbaar boekhoudkundig probleem met aardgas: als, zeg, 5% van het aardgas weglekt tijdens de reis van het gat in de grond naar de elektriciteitscentrale, dan komt deze accidentele methaanverontreiniging  (met broeikasgaseffect) overeen met een extra 40% van de koolstofdioxide die bij de elektriciteitscentrale vrijkomt.

Nieuwe steenkool technologieën

Het in Stanford gevestigde bedrijf directcarbon.com ontwikkelt de Direct Carbon Fuel Cell, die brandstof en lucht direct omzet in elektriciteit en CO2, zonder dat er water- of stoomturbines aan te pas komen. Ze beweren dat deze manier van elektriciteit opwekken uit steenkool twee keer zo efficiënt is als de standaard elektriciteitscentrale.

Hoe lang kunnen we doorgaan zonder iets te veranderen?

De econoom Jevons deed een eenvoudige berekening in 1865. Er was een discussie aan de gang over hoe lang Britse kolen gebruikt kunnen worden. Men had de neiging om deze vraag te beantwoorden door de geschatte steenkolenvoorraad te delen door het steenkoolverbruik, en dat leverde antwoorden in de trant  van “1000 jaar.” Maar, zei Jevons, consumptie is niet constant. De consumptie verdubbelt iedere 20 jaar, en door de “vooruitgang” zal de consumtie doorgaan met groeien. Dus “reserves gedeeld door jaarverbruik” geeft een verkeerd antwoord.

In plaats daarvan extrapoleerde Jevons de exponentieel groeiende consumptie, om te berekenen wanneer de totale verbruikte hoeveelheid de geschatte reserves zou hebben opgesoupeerd. Dit leverde een veel kortere tijd op. Jevons ging er niet vanuit dat de consumptie groei met dezelfde snelheid zou toenemen; Hij gaf wel aan dat groei niet duurzaam kan zijn. Zijn berekening schatte voor zijn Britse lezers de onvermijdelijke limieten aan hun groei, en de korte resterende tijd voordat die bereikt zouden worden. Jevons maakte de gewaagde voorspelling dat het einde van de Britse “vooruitgang” binnen 100 jaar na 1865 zou komen. Jevons had gelijk. De Britse steenkoolproductie piekte in 1910 en in 1965 was Groot-Brittannië niet langer een supermacht.

Laten we zijn berekening herhalen voor de wereld als geheel. In 2006 was het kolenverbruik 6,3 Gt per jaar. Als mensen dit vergelijken met de reserves van 1600 Gt steenkool, zeggen mensen vaak “er is nog voor 250 jaar steenkool over.” Maar als we ervan uit gaan dat “business as usual” een groeiende consumptie impliceert, krijgen we een ander antwoord. Als de groei van het kolenverbruik  2% per jaar zou zijn (wat een redelijk overeenkomt met de groeicijfers van 1930 tot 2000 ), dan zou alle steenkool verdwenen zijn in 2096. Met een groeipercentage van 3,4% per jaar (de groei in het afgelopen decennium), komt het einde “business as usual” vóór 2072. Niet 250 jaar, maar 60 jaar! Ik ben er zeker van dat als Jevons vandaag hier zou zijn, dan zou hij voorspellen, dat tenzij we een andere koers dan “business as usual” gaan varen, tussen 2050 of 2060, er een einde komt aan aan onze toestand van  gelukzalige groei.

Aantekeningen en verdere lectuur

1000 jaar – mijn willekeurige definitie van “duurzaam”. Als precedent voor dit soort keuzes, Hansen et al. (2007) stellen “Meer dan 500 jaar” gelijk aan “voor altijd”.

1 ton kolen equivalent = 29,3 GJ = 8000 kWh chemische energie. Dit cijfer is exclusief de energiekosten van mijnbouw, transport en koolstofvastlegging.

Koolstofafvang en -opslag (CCS). Er zijn verschillende CCS-technologieën. Het afscheiden van de CO2 uit de rookgassen is er één van; andere methoden vergassen de kolen en scheiden de CO2 af vóór verbranding. Zie Metz et al. (2005). Het eerste prototype van een kolencentrale met CCS werd op 9 september 2008 geopend door het Zweedse bedrijf Vattenfall [5kpjk8].

UK kolen. In december 2005 werden de reserves en hulpbronnen van bestaande mijnen geschat op 350 miljoen ton. In november 2005 werden de potentiële dagbouw reserves geschat op 620 miljoen ton; en het potentieel van ondergrondse kolenvergassing  werd geschat op ten minste 7 miljard ton. [Yebuk8]

Kolenwinning heeft de neiging broeikasgassen vrij te maken. Zie www.epa.gov/cmop/ voor informatie over de uitstoot van methaan uit de mijnbouw, Jackson en Kershaw (1996), Thakur et al. (1996). Wereldwijde emissies van methaan uit de mijnbouw zijn ongeveer 400 Mt CO2e per jaar. Dit komt overeen met ongeveer 2% van de broeikasgasemissies bij het verbranden van de kolen.

Het gemiddelde methaangehalte in Britse steenkoollagen is 4,7 m3 per ton steenkool (Jackson en Kershaw, 1996); dit methaan, indien vrijgelaten in de atmosfeer, heeft een broeikasgaseffect van ongeveer 5% van de CO2 die bij het verbranden van de steenkool vrijkomt.

Als 5% van het aardgas lekt, komt dit overeen met een verhoging van 40% in koolstofdioxide. Accidentele methaanvervuiling heeft een bijna acht keer zo groot broeikaseffect als de CO2-vervuiling die zou ontstaan door verbranding van dat methaan; acht keer, niet de standaard “23 keer”, omdat “23 keer” de verhouding is tussen het opwarmingseffect van gelijke massa’s methaan en CO2. Elke ton CH4 verandert in 2,75 ton CO2 als het wordt verbrand; als het lekt, komt het overeen met 23 ton CO2. En 23 gedeeld door 2.75 is 8.4.

Verder lezen: World Energy Council [yhxf8b]

Verder lezen over ondergrondse kolenvergassing: [e2m9n]