De risico’s die gepaard gaan met klimaatverandering zijn zo groot, dat we alles op alles moeten zetten om de uitstoot van CO2 te verminderen, aldus Nobelprijswinnaar Steven Chu en oud-minister van Energie in de regering Obama tijdens een openbaar collega aan de TU Delft.
Weten we precies wat de gevolgen zijn wanneer de aarde opwarmt? Nee. Maar we weten wel dat gevolgen heel groot kunnen zijn. In de periode tussen de laatste twee ijstijden, het interglaciaal van 129.000 tot 116.000 jaar geleden, was het op aarde gemiddeld 1 °C warmer dan het nu is, en toen was de zeespiegel 6 tot 7 m hoger. Ook een land als Nederland, met zijn geweldige waterbouw, redt het dan niet. Komt het zo ver, dan krijgen we honderden miljoenen klimaatvluchtelingen, met een ontwrichting die vele orden groter is dan wat we nu zien met de vluchtelingen uit Syrië. De risico’s zijn dus enorm, en we doen er verstandig aan om die zo veel mogelijk te beperken.
De gevolgen van klimaatverandering zijn waarschijnlijk niet ons probleem, maar van onze achter-achterkleinkinderen
Het was een van de sleutelredeneringen die Steven Chu afgelopen vrijdag gaf in een bomvol, vooral door studenten bezocht college in de aula van de TU Delft. De Nobelprijswinnaar voor de Natuurkunde sprak er op uitnodiging van het Delftse Instituut voor Procestechnologie.
Tijdvertraging
Een tweede hoofdelement in Chu’s betoog was: het zijn onze verre achterkleinkinderen die de gevolgen van die opwarming zullen ondervinden, want er zou wel eens een tijdvertraging van 100 tot 300 jaar kunnen zijn. Hij gebruikte daarbij de analogie van het verband tussen roken en longkanker. Terwijl het aantal rokers in de jaren zestig van de vorige eeuw zijn top bereikte, deed de top in het aantal doden door longkanker zich pas 25 jaar later voor. ‘Terwijl de tabaksindustrie in de jaren zestig nog kon stellen dat er geen verband is tussen roken en longkanker, is dat verband nu statistisch onomstreden.’ Die tijdvertraging bij opwarming van de aarde maakt nu handelen omstreden, aldus Chu. Maar het verschil is dat de roker uiteindelijk vooral zichzelf trof, terwijl de klimaatgevolgen waarschijnlijk niet voor de huidie generatie het grootste probleem zijn, en bovendien zijn bij klimaatverandering de directe verbanden tussen oorzaak en gevolg onzeker.
Afsmeltend Zuidpoolijs
Om aan te geven dat er ondertussen wel iets aan de hand is met ons klimaat wees Chu op het afsmelten van de Zuidpool. Waarnemingen van de Grace-satellieten die de verandering in het zwaartekrachtveld van de aarde meten en het IceSat observatiesysteem dat verandering in de hoogte van het aardoppervlak waarneemt, maken duidelijk dat delen van het landijs van Antarctica veel sneller verdwijnen dan verwacht: de grens tussen landijs en zee trekt zich op bepaalde plaatsen met een snelheid van een kilometer per jaar terug.
Koolstof-14 metingen tonen volgens Chu onomstotelijk aan dat de toename van de CO2 in de atmosfeer vooral wordt veroorzaak door het gebruik van fossiele brandstoffen, die juist een heel gering C-14 gehalte hebben. ‘In de atmosfeer meten we ook een laag C-14 gehalte. Van de CO2 die nu in de atmosfeer zit is 80 % afkomstig van de laatste 60 jaar.’
We zullen alleen ophouden met het gebruik van fossiele brandstoffen wanneer er een beter alternatief is
Wat zijn de opties? ‘Doen we niks, dan blijven we olie en gas uit de grond halen, omdat er geen beter alternatief is. Er is daarvan nog genoeg beschikbaar om de komende 50 tot 100 jaar in onze energiebehoefte te voorzien.’ Over twintig jaar hebben we dan de temperatuurstijging van gemiddeld 2 °C. De enige manier om dat tegen te gaan is door te stoppen met de uitstoot van CO2.
Hier komt het derde sleutelargument in de redenering van Chu. ‘We zullen alleen ophouden met het gebruik van fossiele brandstoffen wanneer er een beter alternatief is.’
Wat zijn de alternatieven?
Energiebesparing
Daarmee is volgens Chu veel te bereiken, al wijdde hij er verder niet over uit. Als voorbeeld noemde hij de koelkasten en airconditioners die, door Californische wetten over de energiezuinigheid van huishoudelijke apparaten, veel minder elektriciteit gebruiken, terwijl ook de kosten van de apparaten omlaag zijn gegaan.
Landbouw
Landbouw en landgebruik leveren samen 30 % van de CO2-uitstoot. Daar is door betere teeltmethoden veel te winnen.
Hernieuwbare energiebronnen
De kosten van zonnepanelen zijn spectaculair gedaald, in de zonrijke gordel van de aarde levert die al goedkopere elektriciteit dan met fossiele brandstoffen. ‘Exploitanten van zonnecentrales bieden een prijs van rond de 4 dollarcent, zonder subsidie, inclusief alle bijbehorende kosten, en ze maken nog winst ook.'
Windenergie
Europa ligt gunstig, maar wind op land is omstreden en op zee nog twee keer te duur. ‘Maar met turbines van 7,5 MW en een capaciteitsfactor van 45 % (de tijd dat de turbine maximaal produceert) zal die prijs omlaag gaan.’
Opslag en distributie
Bij 50 % duurzame bronnen die onregelmatig produceren is opslag en distributie essentieel.
Voor distributie heeft China op dit ogenblik een leidende rol met de aanleg van 1100 tot 1600 kV hoogspanning gelijkstroomkabels over grote afstanden met een verlies van slechts 5 %.
Voor opslag verwacht Chu veel van lithium-metaal batterijen. Die kunnen 3 kWh/kg bevatten, de huidige generatie lithium-ion batterijen haalt 100 tot 250 Wh/kg.
Biobrandstoffen
Landgebruik legt hier grote beperkingen op. De landbouw staat voor de uitdaging een groeiende bevolking te voeden die ook nog eens meer vlees gaat eten (vraagt 10x zo veel landbouwgrond). Uit de residuen van de planten is met biobrandstoffen hooguit zo’n 4 à 5 % van de energievraag te leveren, op zich best veel.
Kernenergie
Kies je rationeel, dan weet je dat de mijnbouw veel en veel meer slachtoffers eist dan kernenergie ooit heeft gedaan. Maar over kernenergie zijn rationele beslissingen volgens Chu gewoonweg onmogelijk gebleken: de bevolking in een land is voor of tegen, en daar heb je het maar mee te doen.
Over kernenergie zijn rationele beslissingen gewoonweg onmogelijk gebleken
Chu zelf ziet de komende honderd jaar voor de derde generatie kerncentrales een belangrijke rol weggelegd, vooral voor de hittevraag van de industrie: raffinaderijen, hoogovens en cementbranderijen. ‘Het is heel duur om die hitte met duurzaam opgewekte elektriciteit te produceren.’
Sunfuels leveren de beslissende ommekeer
De grootste uitdaging noemt Chu de productie van vloeibare waterkoolstoffen uit zonne-energie door CO2 uit de lucht te halen. ‘Die vloeibare brandstoffen zijn de meest efficiënte manier van opslag van energie, en maken het ook mogelijk om landen als Japan of Nederland, die relatief weinig oppervlakte tot hun beschikking hebben, van duurzame energie te voorzien.’ De CO2 die daarbij nodig is zal op termijn uit de lucht moeten komen, omdat er geen andere bronnen zijn die voldoende koolstofatomen kunnen leveren. ‘En we weten uit de tweede hoofdwet van de thermodynamica dat het omzetten van een lage concentratie naar een hoge veel energie kost.’
Chu’s eindbeeld: 20% nucleair, 20% fossiel met opslag van CO2, de rest uit hernieuwbare bronnen. En het lukt om vloeibare koolwaterstoffen te produceren voor $ 20/liter.
Wetenschapper, energiedeskundige en politicus
Steven Chu (68) heeft een bijzondere carrière achter de rug, zo vertelde hij tijdens een perslunch in Delft. Hij was in Nederland op uitnodiging van de hoofddirectie van Shell, die regelmatig experts uit der hele wereld bijeen haalt om te spreken over de wat verdere toekomst van het olie- en gasbedrijf in een snel veranderende wereld. Over wat er was besproken wilde Chu niks kwijt.
Dan zijn carrière. De jonge Amerikaan begon als theoretisch wiskundige, vond dat als levensvervulling te ultraspecialistisch, richtte zich vervolgens op de theoretische natuurkunde waar hij zich bezig hield met de interactie tussen lasers en zwakke atoomkrachten. Uiteindelijk wilde hij toch ook iets met zijn handen waarop hij zich bezig ging houden met het invangen van afzonderlijke moleculen en atomen met behulp van lasers.
Bestuur je de mensheid als ensemble, dan kom je tot de conclusie dat ze gemiddeld één eierstok en één zaadbal hebben
‘Het was zo voor het eerst mogelijk om moleculen en atomen afzonderlijk te bestuderen, tot dan moesten we het altijd doen met heel ensemble van moleculen of atomen waardoor je alleen het gemiddelde leert kennen.’ Tekenend voor het soort humor dat hij hanteert is de uitleg die hij daarbij geeft. ‘Bestuur je de mensheid als ensemble, dan kom je tot de conclusie dat ze gemiddeld één eierstok en één zaadbal hebben. Alleen door naar individuen te kijken zien we wat er werkelijk aan de hand is. Voor de eigenschappen van moleculen en atomen geldt dat net zo.’
Dit werk op het gebied van het invangen van moleculen en atomen met laserlicht leverde hem in 1997 de Nobelprijs voor de Natuurkunde op.
Chu raakte geïnteresseerd in het klimaat en de invloed van de mensheid daarop omdat hij er steeds meer over hoorde, collega’s vroegen wat hij er van vond, waarop hij de literatuur in dook en er zich in verdiepte. Een vervolgstap was dat hij werd gevraagd om directeur te worden van het toonaangevende Lawrence Berkeley National Laboratory, waar hij in de positie was om de wetenschappelijke agenda te richten op fundamentele onderzoek, waaronder nanotechnologie, voor energietoepassingen.
Chu werd in 2009 door president Obama gevraagd deel uit te maken van zijn kabinet als Secretary of Energy. ‘Wat me na een gesprek van een uur met de president vooral aantrok is hoe we innovatie op energiegebied van de grond konden krijgen.’ Tijdens zijn ministerschap zette hij tal van onderzoeksprogramma’s op en leverde hij financiële steun aan duurzame energieprojecten.
Na vier jaar wilde Chu weer de wetenschap in. En met een ongekende souplesse van geest gaf hij tijdens zijn college in Delft voorbeelden van zijn werk op een breed terrein van onderzoek: microscopie met behulp van gedeformeerde lichtgolven, nanogestructureerde lithiummetaalbatterijen en lasers om fijnstof deeltjes weg te filteren. Een genot om zo'n erudiete persoonlijkheid te horen spreken.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.