Wat is sectorkoppeling?

In de eerste twee decennia van de 21ste eeuw werd duidelijk dat hernieuwbare energie een steeds groter deel van de wereldwijde vraag aan elektriciteit kan leveren. Zo kon een groot deel van de elektriciteitstoevoer al koolstofvrij worden gemaakt. De huidige hoofduitdaging van sectorkoppeling is om dit succes ook naar de energie- en uitstootintensieve sectoren van transport, verwarming, landbouw en zware industrie te brengen. De belangrijkste economische doelstelling voor klimaatbescherming is dus om het succes van hernieuwbare energie op de elektriciteitsmarkt te herhalen door alle sectoren van de economie te koppelen die energie produceren, verbruiken en opslaan. Deze sectorkoppeling, hoofdzakelijk gebaseerd op elektriciteit uit hernieuwbare bronnen, zou de netto CO2-uitstoot op nul moeten kunnen brengen.

Sectorkoppeling beschouwt de energie-industrie niet langer als een apart gebied voor economisch onderzoek, maar focust daarentegen op de hele economie als een flexibel samenspel van elektriciteitsopwekking, -verbruik en -opslag met als doel klimaatneutraliteit. Dat doel kan echter enkel gehaald worden als alle nodige energie uit hernieuwbare bronnen komt. De vorige primaire energiebronnen, olie, kolen en gas, moeten dus vervangen worden en niet alleen in het huidige elektriciteitssysteem, maar ook voor elk ander verbruik, nl. transport, verwarming, landbouw, zware industrie en andere sectoren.

Ook al ging het elektriciteitsnet er sterk op vooruit, toch hangen de sectoren van industriële processen gebaseerd op elektriciteit, koeling en airconditioning, transport en verwarming nog al te vaak af van olie en gas als voornaamste energiebronnen. Technologieën als power-to-gas (PtG of windgas) voor de productie van waterstof uit hernieuwbare bronnen of power-to-heat (PtH of windwarmte) voor de productie van warmte uit hernieuwbare bronnen bestaan al, maar de meeste daarvan zitten nog in een experimentele fase of zijn nog niet op grote schaal inzetbaar - ook al zijn er toegewijde pioniers van PtG.

Vergeleken met vloeibare of gasvormige brandstoffen heeft elektriciteit het nadeel dat het niet gemakkelijk kan worden opgeslagen zonder verlies. Elektrische energie moet elektrochemisch opgeslagen worden in batterijen of in omgezette vorm, denk maar aan waterstofgas bij PtG-processen, pompaccumulatie of drukopbouw. Bij deze vormen van opslag of omzetting is er altijd energieverlies.

Batterijen zijn in het bijzonder heel duur en zijn zeker niet onomstreden op het vlak van productie en verbruik van grondstoffen; power-to-X-oplossingen moeten het op de markt opnemen tegen fossiele brandstoffen die nog steeds heel goedkoop zijn.

Er is op meerdere vlakken potentieel voor flexibiliteit in sectorkoppeling: Een vloot van elektrische vrachtwagens kan bijvoorbeeld balanceringsenergie leveren, een vloot van elektrische wagens kan flexibel en kostenoptimaal opladen, koelcellen kunnen op een kostenoptimale manier gekoeld worden door de inertie van thermische processen te benutten, enz. Zeker in middelgrote bedrijven is er nog heel wat onontgonnen potentieel tot flexibiliteit.

In de transportsector evolueerde sectorkoppeling op verschillende vlakken aan verschillende snelheden. Er moet nog steeds veel onderzoek gebeuren naar lucht-, water- en vrachtwagentransport. Het hoofdprobleem is dat energie opgeslagen en getransporteerd moet worden in het voertuig om individuele mobiliteit te behouden. Transportmiddelen met bovenleidingen, zoals treinen, bieden op dit moment niet genoeg mobiliteit, en zeker niet in dunbevolkte gebieden.

Om de elektriciteit naar de wegen te halen in de zin van sectorkoppeling, concentreren veel wagenfabrikanten zich op concepten met batterijen. Wereldwijd voeren honderdduizenden ingenieurs algemeen onderzoek om de capaciteit en het bereik van batterijen te verhogen en de kosten te drukken. De talloze accumulatoren die tijdens de oplaaduren met het energienet verbonden zijn, bieden een enorm potentieel voor flexibiliteit, bekend als vehicle-to-grid (V2G). Bij weinig wind en bewolking bijvoorbeeld, zouden autobatterijen kunnen compenseren voor kleine onevenwichtigheden in het energienet te wijten aan te weinig aangebrachte wind- en zonne-energie door positief regelvermogen te leveren.

Naast batterijen wordt er ook steeds vaker over waterstof gesproken als mogelijke energiebron. In motorvoertuigen zijn de opslagmogelijkheden ervan aanmerkelijk eenvoudiger en goedkoper. Het probleem daar is de productie van waterstof, voornamelijk als het dan gaat om massaproductie op basis van hernieuwbare energie. De efficiëntie van aandrijvingstechnieken gebaseerd op waterstof (omgezette zuiger- of wankelmotor, turbines of brandstofcellen) kan ook sterk verbeterd worden. In Japan in het bijzonder grijpen er toch meer en meer grote autobouwers naar waterstofmotoren. In Duitsland zijn het vooral fabrikanten van bedrijfsvoertuigen die waterstof als brandstof gebruiken: waterstof uit PtG-systemen zou onderweg kunnen worden bijgetankt tijdens de verplichte rusttijden van vrachtwagenchauffeurs. In de logistieke sector winnen elektrische oplossingen voor lokale leveringen al terrein, deels omdat de logistieke bedrijven zelf hun vloot ontwikkelen en omdat lokale overheden elektrische bussen en taxi’s met elektrische motoren inzetten.

Maar hoe kunnen containerschepen, intercontinentale vluchten en zware vrachtwagens op elektriciteit uit hernieuwbare bronnen draaien? Voor de luchtvaart zijn batterijen geen volwaardig alternatief, wat blijkt uit dit voorbeeld van op een industrieportaal uit de luchtvaart. Als een Airbus A320 Neo uitgerust zou zijn met opgeladen lithium-ion-accu’s voor het totale gewicht van een volle kerosinetank, dan zou het slechts 20 minuten in de lucht kunnen blijven. Het vliegtuig zou amper rechtdoor kunnen vliegen en er zou niet veilig kunnen worden opgestegen of geland omdat er te weinig stroom zou zijn. Voor een volledige vluchttijd van 7 uur zou het vliegtuig 260 ton aan lithium-ion-accu’s moeten meenemen. Dat is ongeveer drie en een halve keer het maximale opstijggewicht van de Airbus A320, nl. 70 ton, zonder het gewicht van het toestel zelf mee te rekenen.

Samenvatting sectorkoppeling in de transportsector: Het omdenken staat nog in z'n kinderschoenen in de transportsector, een proces dat in de context van elektriciteitsproductie zo'n 30 jaar vraagt vooraleer het geconcretiseerd wordt. De eerste stappen zijn gezet, maar er moeten nog gepaste oplossingen worden gevonden voor de grootste uitdagingen.

In termen van sectorkoppeling heeft warmteopwekking een belangrijk voordeel tegenover de transportsector: warmte wordt stilstaand in gebouwen opgewekt en hangt niet af van transporteerbare brandstoftoevoer. Veel verschillende technologieën zijn gevestigde waarden in deze sector, zeker als het gaat om warmtekrachtkoppeling. Een machine die elektriciteit of kinetische energie opwekt, genereert restwarmte door verbranding, frictie, chemische reacties enz. Deze warmte slim aanwenden vormt de basis van het principe en het succes achter warmtekrachtkoppeling. Het is het strategische hart van sectorkoppeling als er waterstof, biomethaan of houtkorrels verkregen uit hernieuwbare bronnen bij worden gebruikt.

Het gebruik van natuurlijke warmte in de vorm van luchtwarmtepompen of geothermische warmtepompen is nu standaard in talrijke nieuwe gebouwen in Europa en een geschikte retrofit voor oudere gebouwen kan de CO2-uitstoot van verwarmingssystemen aanzienlijk verbeteren. Het gebruik van stadsverwarming van industriële processen of datacentra, wat we al lang kennen en doen, leent zich ook tot sectorkoppeling. Wel moeten transportverliezen dan binnen redelijke grenzen kunnen worden gehouden. Elektrische verwarming, vermomd als kosten- en energievreter in de vorm van nachtaccumulatorkachels, staat ook op het punt om een comeback te maken: moderne infraroodverwarmingspanelen maken van groene elektriciteit eco-verwarming voor een redelijke prijs.

In dorpen of op boerderijen worden lokale warmtenetwerken, gekoppeld aan grotere biogascentrales, steeds belangrijker. De opgewekte warmte is klimaatneutraal; bij transport is er weinig verlies omdat de afstanden klein zijn. Veel verwarmingssystemen op stookolie en vloeibaar gasovens kunnen zo op een klimaatvriendelijke manier worden vervangen.

Conclusie voor sectorkoppeling bij warmteopwekking: In tegenstelling tot de transportsector kent warmteopwekking al verschillende en beproefde technologieën zonder fossiele brandstoffen. De uitdaging nu is een wijdverspreide implementatie van die klimaatneutrale technologieën.

Het ernstigste probleem in de verwarmingssector is echter niet de opwekking, maar de opslag en de warmte-isolatie. Ook al zijn er in het verleden al meermaals subsidies toegekend voor energiegerelateerde renovaties in Duitsland, zijn huishoudens er nog steeds goed voor 36% van de CO2-uitstoot. De kwaliteit van de isolatie die werd geïnstalleerd, varieert ook sterk.

Het is dus belangrijk om stevig te investeren, en dat niet alleen in warmteopwekking, maar ook in de ontwikkeling van kwaliteitsvolle en duurzame thermische isolatiesystemen. PtH-concepten zouden dan ook kunnen worden geïmplementeerd in perfect geïsoleerde appartementen. Elektrische infraroodverwarmingen kunnen bijvoorbeeld verbonden worden met een virtuele energiecentrale en zo de kamer verwarmen op het moment dat de elektriciteit goedkoop is en de verwarming stopzetten als de prijzen opnieuw stijgen.

Dankzij nieuwe technologieën in huis, zijn de laatste jaren aanzienlijk meer energiebesparende alternatieven vaste waarden geworden. Vooral de keuze voor ledlampen in plaats van gewone lampen maakt een groot verschil. In het verkeer nemen e-bikes en e-scooters de plaats in van talrijke brommers en scooters. Als het mooi weer is, worden ze zelfs steeds vaker gebruikt voor korte verplaatsingen die we normaal met de auto zouden doen.