Jaarverslag Energieonderzoek Centrum Nederland

Transcriptie

1 Jaarverslag 23 Energieonderzoek Centrum Nederland

2 Afbeelding omslag: Brugfunctie In 23 heeft het kabinet de Ad-hoc commissie brugfunctie GTI s en TNO ingesteld met de opdracht om de intermediaire kennisinfrastructuur op dit punt te evalueren.

3 Inhoudsopgave 1. Voorwoord Inleiding Onderzoek Maatschappelijke context Beleidsstudies Efficiënt gebruik Energie Efficiency in de Industrie Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving Hernieuwbare energiebronnen Zonne-energie Windenergie Biomassa Schoon en zuinig fossiel Schoon Fossiel Brandstofceltechnologie Technologische Services en Consultancy Nucleaire Technologie Sociaal en milieujaarverslag Jaarrekening Leden Raad van Toezicht, Adviesraden en Management

4 1. Voorwoord Jan Terlouw leidt het debat op het NMNHjaarcongres op 18 juni 23 bij ECN. In 23 is door het kabinet een innovatieplatform opgericht, dat onder leiding staat van de Minister President. Het belang van innovaties en het innovatief vermogen van Nederland voor economische groei en voor het concurrentievermogen op lange termijn is hiermee nog eens onderstreept. De valkuil voor een dergelijk platform zijn de vele ministeries die bij het beleid zijn betrokken. Versnippering van de aandacht en gerichtheid op detailvragen zijn dan reële gevaren. De grootste bedreiging voor de effectiviteit is echter een nationale focus. Innovaties vinden heden ten dage plaats in een internationale omgeving, waarin brede netwerken met vele buitenlandse partijen een belangrijke rol spelen. Kennisinstituten als ECN werken hard om zich in internationaal verband op topniveau te kunnen manifesteren. Daarvoor is een level playing field op Europees niveau noodzakelijk. Binnen Europa bestaan echter verschillen in financiering en positie van de verschillende kennisinstituten. Dit impliceert de noodzaak van nationaal innovatiebeleid met een duidelijke visie op de rol van Nederland binnen een Europees veld. In dat opzicht vind ik de Innovatiebrief die door het Ministerie van Economische Zaken eind 23 is uitgebracht teveel gericht op de Nederlandse situatie alleen. Kennisinstituten kunnen op langere termijn slechts overleven als zij zich op heel Europa kunnen richten. Nederland alleen is te klein en kennis op topniveau bestaat voornamelijk in een internationale context. Het uitdragen van een dergelijke visie is, naar mijn stellige overtuiging, één van de belangrijkste taken van het Innovatieplatform. De in 23 door de minister van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap ingestelde Ad-hoc commissie Brugfunctie GTI s en TNO (de commissie Wijffels) houdt zich eveneens bezig met de positionering van de Grote Technologische Instituten (GTI s), waaronder ECN, in nationale en internationale context. Deze commissie evalueert het functioneren van de brugfunctie van TNO en van de GTI s. Gestart is met een zelfevaluatie door alle instituten. Hieraan is door ECN het afgelopen jaar een forse inspanning geleverd, die ook voor de organisatie zelf bijzonder nuttig is geweest. Enerzijds is meer duidelijkheid geschapen over de rol en positie die ECN in de kennisinfrastructuur inneemt, anderzijds heeft het proces intern geleid tot een nog groter bewustzijn van de taak die ECN te vervullen heeft in de kennisinfrastructuur. Daarbij is vastgesteld dat de brugmetafoor tussen universiteiten en markt geen adequate beschrijving meer is voor de positie van ECN. Innovaties komen tegenwoordig in dynamische netwerken en met allianties tot stand, waarin de spelers hun eigen unieke plaats hebben. In de discussie met de commissie Wijffels heeft ECN de positionering van het instituut t.o.v. universiteiten en markt verhelderd. ECN richt zich op het lange termijn onderzoek dat nodig is om de transitie naar een duurzame energie huishouding te bewerkstelligen. Op de taak markt as is ECN primair een taakgerichte organisatie. In de nieuwe missie is deze positionering expliciet tot uitdrukking gebracht. De constatering van de noodzaak tot vraagarticulatie zou ik willen koppelen aan mijn observatie dat het transitieproces naar een duurzame energiehuishouding in Nederland momenteel versnippert tot korte termijn activiteiten zonder voldoende samenhang en zonder uitzicht op de lange termijn implicaties. Het transitiedenken in Nederland is uniek in de wereld, maar vergt een zorgvuldige benadering. Het wordt steeds duidelijker dat voor een succesvolle voortzetting van het transitieproces een consistente integrale visie ontwikkeld dient te worden. Daarbij zullen de overheid en de politiek in samenspraak met andere actoren de transitiedoelstellingen moeten vastleggen en de rol van transitiemanager op zich moeten nemen. Dit is een belangrijke uitdaging voor 24. Al in het voorwoord in het jaarverslag van 22 stond dat het instrumentarium van de overheid in het innovatiebeleid beter moet worden toegesneden op de werkwijze van de GTI s als belangrijke pilaren van de Nederlandse kennisinfrastructuur. In de uitwerking van de nieuwe allesomvattende regeling (Innovatiesubsidie Samenwerkingsprojecten) is bij de tariefstructuur geen rekening gehouden met de specifieke bekostigingsmethodiek van TNO en de GTI s enerzijds en van de universiteiten anderzijds. De minister van Economische Zaken heeft oog voor dit vraagstuk. Een interne werkgroep bij Economische Zaken bekijkt opnieuw de vaststelling van de subsidiabele tarieven. 2

5 Een andere verwachting die we vorig jaar hadden over de Innovatiebrief is dat het begrip duurzaamheid als leidraad zou worden gebruikt voor het innovatiebeleid. Het is goed te kunnen constateren dat dit punt door de minister van Economische Zaken in de brief is verwerkt en dat op dit gebied belangrijke vooruitgang is geboekt. De uitkomsten van de ICES/KIS-3 (later: BSIK)-exercitie zijn niet in lijn met deze benadering. Van de ruim 8 miljoen Euro is namelijk een zeer beperkt deel voor duurzame energie beschikbaar gesteld. Over de procedure is in Nederland al het nodige gezegd, maar het blijft zorgelijk dat het onderzoek aan zonne-energie en biomassa, van eminent belang voor de eerder genoemde transitieprocessen, zo slecht heeft gescoord. Het is spijtig te moeten constateren dat de krachtige industriële consortia, die bereid waren de allianties te trekken en daar aan mee te financieren, nu weer uit elkaar vallen. Ook het energieonderzoekbeleid is sterk in beweging. Enkele jaren geleden is de wens tot verdere focussering van het lange termijn onderzoek uitgesproken. Daartoe is de EOS (Energie Onderzoek Strategie)-exercitie uitgevoerd, waarin speerpunten zijn gedefinieerd die momenteel in een programmatische uitwerking in overleg met het veld hun beslag krijgen. Per 1 maart is drs. Peter Wilson opgevolgd door dr. Ton Hoff als voorzitter van de directie. Daarnaast is in 23 afscheid genomen van ir. Wouter Schatborn. Beiden danken wij voor hun bijzondere inzet voor ECN. Na een jaar als adjunct-directeur te hebben gefunctioneerd heeft prof. dr. Wim Sinke te kennen gegeven een functie te prefereren die directer bij het onderzoek is betrokken. Vanaf 1 januari 24 leidt hij het grote geïntegreerde EU-project CRYSTALCLEAR. ECN verzorgt de coördinatie van dit zeer ambitieuze project met 16 Europese partners. Voor CRYSTALCLEAR is het besluit van Wim een opsteker, als Raad van Toezicht beschouwen wij zijn besluit als een verlies voor de directie. Wel zal Wim de directie blijven bijstaan bij een aantal zaken, zoals bijv. de zelfevaluatie. Na het vertrek van Wim als adjunct-directeur is besloten de taken tussen de twee overgebleven directieleden te verdelen. Al met al is de omgeving van ECN aan alle kanten in beweging, dit geldt zowel voor het overheidsbeleid als voor de veranderende marktomstandigheden. Dit vereist van ECN een enorme flexibele organisatie die op bewegingen weet te reageren en te anticiperen. Voor de medewerkers van ECN waren de afgelopen jaren niet makkelijk en het zal de komende jaren ook niet makkelijk worden. Maar de aandacht is weer volledig op het werk komen te liggen en er wordt verder gebouwd aan een robuust ECN. Wij danken directie, staf en medewerkers voor hun inzet en voor de kwaliteit van hun werk, die reden geven om de toekomst van ECN met vertrouwen tegemoet te zien. Prof.dr. J.C.Terlouw Voorzitter van de Raad van Toezicht Na drie jaar behoorlijke verliezen te hebben moeten incasseren is in 23 weer sprake van een positief resultaat. Alhoewel een juichstemming volstrekt misplaatst zou zijn, is het goed te constateren dat een ombuiging heeft plaatsgevonden in een economisch tij dat niet meezit. De problemen zijn daarmee de wereld niet uit, maar geeft moed om de komende jaren te werken aan een verdere versterking van de vermogenspositie. Ik verwacht dan ook dat op termijn ECN weer een gezonde balans weet te vinden. De oplossing van de pensioenproblematiek kost aanzienlijk meer tijd dan verwacht. Ook hier is echter licht aan het einde van de tunnel, al zal er nog een behoorlijke inspanning nodig zijn om alle partijen op één lijn te krijgen. Wat dat betreft is de situatie bij ECN vergelijkbaar met die bij vele andere bedrijven in Nederland. 3

6 2. Inleiding In 23 is de financiële situatie bij ECN verbeterd. Met een kleine winst is de negatieve financiële trend van de afgelopen jaren gekeerd en kan met meer vertrouwen naar de toekomst worden gekeken. Aan deze trendbreuk is het afgelopen jaar door alle ECN-medewerkers hard gewerkt. Begin 23 is een nieuw Strategisch Business Plan (SBP) gemaakt, waarin de strategie voor de komende jaren is vastgelegd. Daarnaast heeft ECN zichzelf geëvalueerd in het kader van het onderzoek naar de brugfunctie van GTI s en TNO van de, door het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap ingestelde, commissie Wijffels. Aan beide exercities is door de gehele organisatie meegewerkt, waardoor een breed draagvlak binnen ECN voor de keuzes en strategie is verkregen. De activiteiten hebben geleid tot een nieuwe, meer uitgesproken missie en een heldere onderbouwing van de gekozen speerpunten en onderzoeksclusters. Omzet en resultaat Na drie jaar behoorlijke verliezen te hebben moeten incasseren is in 23 weer sprake van een positief resultaat. De omzet nam in 23 af tot 96 miljoen Euro ten opzichte van 1 miljoen Euro in 22. Deze afname wordt geheel veroorzaakt door de afname van de post onderhanden werk. Het resultaat bedroeg in 23 1,1 miljoen Euro ten opzichte van een verlies van 8,1 miljoen Euro in 22. Het is goed te constateren dat een ombuiging heeft plaatsgevonden. Ook in 23 heeft ECN last gehad van de slepende pensioen problematiek. Om het bescheiden resultaat te behalen is een Missie De nieuwe missie van ECN luidt: ECN ontwikkelt hoogwaardige kennis en technologie voor de transitie naar een duurzame energiehuishouding. De missie is als volgt verder uitgewerkt: ECN richt zich op de kennis- en informatiebehoefte van de overheid, nodig voor het voorbereiden en evalueren van beleid en het realiseren van de beleidsdoelstellingen op het gebied van energie, milieu en technologische innovatie. ECN is de partner van het bedrijfsleven bij de ontwikkeling en implementatie van producten, processen en technologieën, die van belang zijn voor de transitie naar een duurzame energiehuishouding. ECN werkt intensief samen met Nederlandse en buitenlandse universiteiten en kennisinstellingen en vervult door het verrichten van technologisch onderzoek de brugfunctie naar implementatie. incidentele loonsverhoging aan de ECN medewerkers verstrekt, waardoor de pensioenlasten niet nog verder zijn gestegen. In de loop van 24 hoopt de directie een pensioenregeling te kunnen invoeren, die recht doet aan alle betrokkenen: het huidige personeel, de gepensioneerden en het bedrijf ECN. Onderzoek en ontwikkeling ECN wil zich op haar missiegebied profileren als een internationaal opererend topinstituut. Daartoe kiest Wind Hernieuwbare energie Zon BM Ontwerp windparken Dunne-film PVtechnologie Elektriciteitsproductie Bedrijfsvoering windparken Net-gekoppelde PV-systemen Warmte-Kracht Toepassingen Figuur 1: Trias Energetica en de onderzoeksgebieden van ECN. Efficiënt gebruik en integratie EEI Industriële restwarmte benutting Moleculaire scheidingstechnologie Procesintensivering Ii.o. DEGO Naar DE in gebouwde omgeving Integratie van Decentrale Opwekking 15% omzet 4% omzet BS Beleidsstudies 15% omzet Brandstoffen en Producten 3% omzet BCT Brandstofcelvoertuigen Microwarmtekracht SF Windturbinetechnologie Emissiereductie Klimaatneutrale energiedragers Energie- en milieukwaliteit Schone conversie fossiele brandstoffen 4

7 ECN een actieve en vaak centrale rol in nationale en internationale netwerken en consortia. Dit ambitieniveau is vastgelegd in de keuze van een beperkt aantal speerpunten in het onderzoek en de bijbehorende competenties. Op alle speerpunten komt industriële samenwerking tot stand via deze consortia en door bilaterale contracten. Het programmatische beleid van ECN is gebaseerd op de Trias Energetica efficiënt gebruik, inzet van hernieuwbare energiebronnen en schone conversie van fossiele brandstoffen en omvat daarmee alle elementen die nodig zijn voor de transitie naar een duurzame energiehuishouding. De doelgerichtheid van het onderzoeksprogramma en de aansluiting bij de behoeften van overheid en bedrijfsleven worden bewaakt door clustering van individuele onderzoeksprojecten. Deze onderzoeksclusters worden beoordeeld op criteria met betrekking tot potentiële bijdrage aan beleidsdoelstellingen, inhoudelijke toegevoegde waarde van ECN in relatie tot de internationale kennispositie, aanwezigheid van een doelgroepenreeks en een dekkende financiering. ECN heeft het onderzoek gefocusseerd op de werkgebieden zoals gegeven in fi gu u r 1. Het jaar 23 was een jaar van succesvol onderzoek op de voorafgaande gebieden, de resultaten ervan zijn beschreven in hoofdstuk 3. Naast de bovengenoemde clusters is er belangrijk werk verricht op het gebied van de elektriciteitsvoorziening. Het PRogramma Elektriciteitsnetwerk Gebruikers Onderzoek (PREGO) is een gezamenlijk onderzoek van KEMA en ECN, in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken, dat erop gericht is de transitie naar een vrije en duurzame energiehuishouding snel en beheerst mogelijk te maken en de elektriciteitslevering betrouwbaar te houden. De nucleaire faciliteiten van ECN en KEMA zijn sinds 1998 ondergebracht bij de Nuclear Research and consultancy Group (NRG), hét Nederlandse kenniscentrum voor nucleaire technologie. Centrale punten in het onderzoek van NRG zijn opslag van radioactief afval en het beperken van de levensduur hiervan, materialen en brandstofcycli voor innovatieve reactorsystemen alsmede natuurlijke radioactiviteit en stralingshygiëne. In hoofdstuk 5 zijn de belangrijkste resultaten van de activiteiten in 23 van NRG gegeven Commissie Wijffels Het kabinet heeft de Ad-hoc commissie brugfunctie TNO en GTI s ingesteld onder de leiding van SER voorzitter Herman Wijffels, met de opdracht om de intermediaire kennisinfrastructuur te evalueren. De commissie bestaat uit een klein team van vooraanstaande en ervaren mensen. De reden van dit onderzoek is de constatering dat Nederland weliswaar hoogwaardig onderzoek verricht, maar veelal niet sterk of snel genoeg is in het benutten van de resultaten. Als onderdeel van de evaluatie is aan alle instituten (TNO en de GTI s, waaronder ECN) gevraagd een zelfevaluatie uit te voeren en kritisch naar de eigen prestaties te kijken. Gevraagd is om aan te geven hoe men de toekomst ziet en met name de relatie met de overheid. In de zomer van 23 is door veel ECN-ers hard aan deze zelfevaluatie gewerkt. In het najaar van 23 heeft ECN het rapport besproken met de voltallige commissie. De belangrijkste voorlopige conclusies uit het rapport en de gesprekken zijn: ECN is een taakgestuurd instituut, dat zich primair richt op de realisatie van overheidsbeleid en -doelstellingen (de transitie naar een duurzame energiehuishouding); Het taakgerichte karakter vergt een concrete overheidssturing (vraagarticulatie); Het lange termijn karakter van die taak betekent dat een overheidsbijdrage noodzakelijk is omdat het bedrijfsleven het benodigde onderzoek alleen niet kan en zal financieren; ECN ziet (dus) ook voor de toekomst een duidelijke relatie met de overheid, al kan de vorm van die relatie veranderen; Door de nauwe samenwerking met het bedrijfsleven draagt ECN tevens bij aan het bouwen van een kennisintensieve economie en aan duurzame economische groei: het ontwikkelen en implementeren van energie-innovaties sluit prima aan bij de wensen van (bijvoorbeeld) het Innovatieplatform; ECN opereert internationaal en heeft de ambitie om tot de Europese top te behoren. In het voorjaar 24 zal de Ad-hoc commissie het kabinet adviseren. De directie van ECN ziet het advies met vertrouwen tegemoet. Kennis- en technologieoverdracht In 23 is in het nieuwe Strategisch Business Plan van ECN de brugfunctie tussen fundamenteel en toegepast onderzoek van ECN nog meer expliciet gemaakt. Wel is langzamerhand duidelijk dat de metafoor brugfunctie mank gaat en dat in de praktijk sprake is van complexe (vaak internationale) netwerken waarin alle betrokken partijen een rol spelen. Deze netwerken worden mede gevormd door vrijwel alle universiteiten in Nederland, vele bedrijven uit binnen- en buitenland, kennisinstituten uit binnen- en buitenland, buitenlandse universiteiten enz. Zo zijn in dit kader diverse ECNmedewerkers als deeltijdhoogleraar of docent aan een universiteit verbonden en zijn diverse promovendi bij ECN gedetacheerd. In al deze netwerken vindt continu kennisoverdracht plaats. Behalve in specifieke contacten wordt ook op meer generieke wijze kennis overgedragen. Een belangrijke 5

8 e kwartaal 2e kwartaal 3e kwartaal 4e kwartaal Aantal ECN-rapporten Figuur 2: Aantal ECN publicaties (excl. NRG) per jaar. Aantal downloads ECN internet Figuur 3: Aantal downloads per kwartaal. vorm om de onderzoeksresultaten vast te leggen, zijn de rapporten van ECN. Het totaal aantal publicaties in 23 bedroeg 259, waarvan 62 in gerefereerde tijdschriften en congresbijdragen. In fi gu u r 2 zijn de verschenen rapporten van de jaren op een rij gezet. De fluctuaties van jaar tot jaar hangen vooral samen met verschillen in omvang en looptijd van projecten, waardoor het aantal eindrapporten varieert. Drie jaar geleden is het internet als middel om de bij ECN ontwikkelde openbare kennis breder te verspreiden, centraal gesteld. Daartoe is de website geheel vernieuwd. Inmiddels worden vrijwel alle openbare rapporten van ECN ook in pdf-format uitgebracht. Daarnaast is de internet site gelanceerd. Deze site richt zich met brede informatie over ontwikkelingen in de Nederlandse energievoorziening, op een professionele doelgroep. Inmiddels wordt ca. 3. keer per maand een ECNrapport geheel of gedeeltelijk gedownload (zie fi gu u r 3). Het aantal gedownloade rapporten overtreft daarmee verre het aantal rapporten dat in het verleden schriftelijk werd aangevraagd. Ook het directe bezoek aan de twee websites is in 23 gestegen. Zo zijn er maandelijks gemiddeld ca bezoekers (een stijging van 26% t.o.v. 22) aan de website die gemiddeld 15. pagina s raadpleegden en ca. 13. (in de loop van 22 begonnen) aan de website die gemiddeld 25. pagina s raadpleegden. Tevens werden veel vragen gesteld en afgehandeld via de mailadressen info@ecn.nl en corp@ecn.nl. Een andere vorm van kennisoverdracht wordt bereikt door middel van een maandelijkse nieuwsbrief die direct 4 à 5 onderwerpen per maand aan 1.45 externe abonnees onder de aandacht brengt. Via een link komt men voor het onderwerp zelf weer op de website terecht. Onder de abonnees bevinden zich werknemers van bijna alle ministeries, alle grote (energie)bedrijven, veel gemeenten, MKB, studenten, pers enz. Vrijwel alle nieuwsbrieven hebben inmiddels tot artikelen in de pers geleid. Naast deze actieve interactie met de pers wordt ECN regelmatig zelf door de pers benaderd. In 23 is in ruime mate aandacht aan de inhoud van het werk van ECN besteed in kranten, tijdschriften, radio en t.v. Eén van de hoogtepunten hierin was de ochtendlange radiouitzending vanuit ECN over waterstof op radio1. Octrooien In het afgelopen jaar werden tien uitvindingen intern aangemeld en vier octrooiaanvragen officieel ingediend waarvan twee genoemd kunnen worden. De ingediende aanvragen staan hieronder vermeld. Het aantal ingediende octrooien is in 23 achtergebleven bij de verwachtingen. Alhoewel het aantal octrooien altijd sterk zal fluctueren, is een aantal van 4 een punt van zorg voor de directie en zal er het komende jaar extra aandacht aan gegeven worden. Verkorte titel Naam uitvinder(s) Unit Heat and Flux (vergroten van de opbrengst G.P. Corten, Windenergie van (offshore) windturbine parken) P. Schaak Magnetische interconnectie PV M.W. Brieko Zonne-energie 6

9 Energieonderzoek en overheid Energiebeleid De discussie over de verduurzaming van de energievoorziening wordt gevoerd aan de hand van het, door EZ ontwikkelde, Transitiemodel. In dit kader hebben in 23 een aantal werkgroepen bestaande uit stakeholders uit industrie, overheid en onderzoekinstellingen, transitiepaden gedefinieerd en ingevuld. Deze vier projecten zijn biomassa, nieuw gas, duurzaam produceren (later MEK II genoemd) en Duurzaam Rijnmond (inmiddels R3). Momenteel worden de vele voorgestelde transitiepaden bestudeerd en gesaneerd. ECN is bij al deze activiteiten sterk betrokken geweest. Begin 24 zal een intervisiegroep kijken naar het totaalbeeld van de transitie en de samenhang tussen de vier deeltrajecten. Inmiddels bestaat het voornemen om de resultaten van deze transitiediscussie in te brengen in de discussie over het lange termijn onderzoek (EOS: zie Energieonderzoek). De elektriciteitsector concentreert zich op de gevolgen van de liberalisatie enerzijds en de ontkoppeling van productie/distributie en netbedrijf anderzijds. In deze situatie is het innoverend vermogen van de sector behoorlijk gedaald. Het is zorgwekkend te moeten constateren dat deze sector vooral gericht is op commerciële belangen en minder op technologisch-milieurelevante vernieuwing. In 23 is veel aandacht besteed aan de emissiehandel die in 25 zal worden ingevoerd. In opdracht van het Ministerie van VROM heeft ECN in samenwerking met RIVM bepaald welke streefwaarden per sector gehanteerd zouden moeten worden voor de CO 2 -uitstoot. Experts uit de energiesector en de industrie hebben hun visie gegeven op de vraag hoe emissierechten kunnen worden toegekend aan diverse partijen die bij een bepaald productieproces zijn betrokken. De uitkomsten hiervan zullen gebruikt worden voor het toekennen van emissierechten. Voor de vaststelling van de MEP-vergoedingen heeft ECN Beleidsstudies samen met KEMA onderzoek verricht naar de onrendabele toppen van diverse duurzame technologieën. Na bespreking met marktpartijen en overheid is gerapporteerd aan het Ministerie van Economische Zaken, die het eindadvies volledig heeft overgenomen. Eind 23 is de Energie Premie Regeling (EPR) gesloten vanwege uitputting van het budget. In verband met bezuinigingen wordt (voorlopig) niet gedacht aan continuering in 24. Behalve voor allerlei besparende maatregelen in de gebouwde omgeving was de EPR ook beschikbaar voor decentrale PV-systemen, zonneboilers en warmtepompen. De beëindiging van de EPR zal een remmende invloed hebben op investeringen in deze installaties. Energieonderzoek In 22 heeft het Ministerie van Economische Zaken in het kader van het project EnergieOnderzoek Strategie (EOS) aan marktpartijen en kennisinstellingen gevraagd wat de speerpunten van het energieonderzoek zouden moeten zijn. Daarvoor werd gevraagd hoe goed een zestigtal door betrokkenen zelf onderscheiden opties scoorde op de criteria: bijdrage aan een duurzame energiehuishouding (in 21 en 23); kennispositie voor deze optie in Nederland. De gegevens van deze marktconsultatie zijn in 23 verwerkt en gerubriceerd in de volgende thema s: Biomassa; Nieuw gas/schoon fossiel; Industriële efficiency; Gebouwde omgeving; Opwekking en Netten. Per thema zal in 24 een meerjarig onderzoeksprogramma worden opgesteld. Daarvoor zal een visie worden ontwikkeld over de situatie in De thema s Biomassa, Nieuw Gas en industriële efficiency zijn tevens deelprojecten uit de bovengenoemde exercitie transities. Voor alle thema s zijn inmiddels programma voorbereiding commissies samengesteld die in de zomer 24 met een uitwerking zullen komen. ECN is in alle commissies vertegenwoordigd. Een punt van zorg blijft de herziening van het financieringsinstrumentarium. Hierover bestaat nog steeds geen duidelijkheid en de verschenen AMVB laat zien dat onvoldoende rekening wordt gehouden met het specifieke karakter van GTI s en TNO als het gaat om de samenstelling van uurtarieven en de financieringscondities van lange- en middellange termijn onderzoek. Wel is duidelijk dat de Minister Brinkhorst van Economische Zaken oog heeft voor de problematiek en daarom verwacht de directie van ECN dat dit vraagstuk in 24 wordt opgelost. Innovatiebeleid Eind 23 heeft het kabinet besloten om 8 miljoen Euro te investeren in de versterking van de kenniseconomie in Nederland. Het geld gaat naar 34 geaccepteerde en nog drie te ontwikkelen programma s, alle samenwerkingsverbanden tussen bedrijven en onderzoekspartijen en maatschappelijke organisaties (NGO s). De toekenning van de subsidies gebeurde op basis van beoordeling door het Koninklijk Nederlandse Academie van Wetenschappen (KNAW) en het Centraal Planbureau (CPB) en vervolgens een advies van de Commissie van Wijzen, een door de overheid benoemde commissie. De subsidies vallen onder de regeling Besluit Subsidie Investeringen Kennisinfrastructuur (BSIK), voorheen ICES-KIS-3 genoemd. De directie 7

10 is verheugd dat ECN betrokken is bij de volgende drie grote projecten die onder deze regeling vallen. Offshorewind; Dit door ECN en TU Delft geïnitieerde programma is bedoeld om een structurele basis te leggen voor business ontwikkeling van windenergie op zee. Het programma is aangevraagd door de stichting een consortium van dertig partijen uit het bedrijfsleven zoals Shell, Nuon en Ballast Nedam, kennisinstituten zoals ECN en TNO, en maatschappelijke groeperingen zoals Greenpeace en Stichting Noordzee. krijgt gedurende vier jaar 13 miljoen Euro voor de uitvoering van dit programma. CO 2 -Afvang, Transport en Opslag (CATO); Dit door de Universiteit Utrecht gecoördineerde programma heeft als doel om een krachtig kennisnetwerk op te bouwen in combinatie met kennisoverdracht op het gebied van transport, opslag en het gebruik van CO 2. TNO, ECN en het Utrecht Centrum voor Energieonderzoek (UCE) zullen het programma uitvoeren in samenwerking met bedrijven als Shell, Gasunie, NAM, De totale omvang is 29 miljoen Euro. Klimaat voor Ruimte; Dit door het Wageningen Universiteit Researchcentrum (WUR) en de Vrije Universiteit Amsterdam (VU) gecoördineerde programma heeft als doel om overheid en bedrijfsleven uit te rusten met een operationele kennisinfrastructuur, toegesneden op klimaatverandering en ruimtegebruik. Aan het programma is 4 miljoen Euro toegekend. Teleurstellend in de hele exercitie is dat het totaal aan duurzame energie toegekende financiering relatief laag is. Met name belangrijke initiatieven op het gebied van biomassa en zonne-energie hebben de eindstreep niet gehaald. De directie betreurt het dat hierdoor enorme kansen tot verduurzaming en innovatie onbenut blijven. Tot Slot Hoewel 23 in onderzoekstechnische en financiële zin een beter jaar is geweest, zal in 24 nog een aantal knelpunten het hoofd geboden moeten worden. Dit zal begrip en inspanning van een ieder vergen. De directie is vol vertrouwen dat de inzet, deskundigheid, flexibiliteit en doorzettingsvermogen van alle medewerkers ook 24 tot een succesvol jaar zullen maken. Dr. A.B.M. Hoff Directievoorzitter Dr. C.A.M. van der Klein Adjunct-directeur Ton Hoff (links) en Kees van der Klein. 8

11 3. Onderzoek 3.1 Maatschappelijke context Beleidsstudies Een duurzame energiehuishouding moet gestalte krijgen in een energiesector die in de afgelopen vijf jaar bijna geheel is veranderd van publieke, nationale energiebedrijven naar een internationaal georiënteerde, commerciële bedrijfstak. De programma-unit Beleidsstudies van ECN bestudeert deze maatschappelijke ontwikkelingen en adviseert de overheid op regionaal, nationaal en international niveau voor het te voeren energiebeleid. Dit doet ze door aandacht te schenken aan de volgende vier thema s: Energiegebruik en klimaatverandering; Transitie en innovatie; Nieuwe en hernieuwbare energie; Gas- en elektriciteitsmarkten. Energiegebruik en klimaatverandering Dat energiegebruik het klimaat kan veranderen, staat met steeds meer nadruk op de politieke agenda. Zo moet Nederland de komende jaren haar CO 2 -uitstoot verminderen volgens het Kyoto protocol. ECN Beleidsstudies adviseert de overheid door ontwikkelingen in de energievoorziening in detail te analyseren en te interpreteren. Hierbij gaat het vooral om de vraag hoe het energiegebruik zich in diverse sectoren ontwikkelt, en hoe effectief het gevoerde overheidsbeleid is in het terugdringen van het gebruik en de daarmee verbonden emissies. Ook wordt onderzocht welke andere beleidsinstrumenten kunnen worden ingezet om dit te bereiken. In 23 is veel aandacht besteed aan de emissiehandel die in 25 zal worden ingevoerd. In opdracht van het Ministerie van VROM heeft ECN in samenwerking met RIVM bepaald welke streefwaarden per sector gehanteerd zouden moeten worden voor de CO 2 -uitstoot. Experts uit de energiesector en de industrie hebben hun visie gegeven op de vraag hoe emissierechten kunnen worden toegekend aan diverse partijen die bij een bepaald productieproces zijn betrokken. De uitkomsten hiervan gaan gebruikt worden voor het toekennen van emissierechten. Voor het Ministerie van Economische Zaken is onderzocht welke mix van beleidsinstrumenten geschikt is om de toekomstige CO 2 -uitstoot terug te dringen. Hieruit blijkt dat het krap toekennen van emissierechten aan handelende sectoren vanuit maatschappelijk oogpunt beter is omdat dan maximaal geprofiteerd kan worden van goedkopere reductiemogelijkheden in het buitenland door internationale emissiehandel. De toekenning moet dus zorgvuldig gebeuren, omdat het anders leidt tot hogere nationale kosten dan zonder deze handel. In internationaal verband is ook gekeken naar de interactie tussen emissiehandel en andere beleidsinstrumenten. Het blijkt dat veel bestaande instrumenten met emissiehandel zijn te combineren, maar dat deze wel leiden tot een vermindering van het kostenvoordeel. Toch zijn er goede redenen om flankerende beleidsinstrumenten in te zetten om bijv. nieuwe technieken te stimuleren of de synergie tussen emissiereductie en andere beleidsdoelen te versterken. De toekomstige ontwikkeling van het energiegebruik en de CO 2 -emissies in het Rijnmondgebied zijn verkend voor de periode Hieruit kwam naar voren dat in deze periode zowel de elektriciteitsconsumptie als de vraag naar warmte met ca. vijftig procent zullen stijgen. Dit komt vooral door de voorziene nieuwe activiteiten op de Tweede Maasvlakte. Tevens zijn enkele opties in kaart gebracht die de groei in uitstoot op lokaal niveau kan beperken. Op internationaal niveau voert ECN Beleidsstudies samen met RIVM veel taken uit voor het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). ECN is verantwoordelijk voor de coördinatie van een rapport over CO 2 -afvangst en opslag. Twee medewerkers van ECN zijn daarbij als hoofdauteur zijn betrokken. Transitie en innovatie Nieuw ontwikkelde technologieën zijn vaak relatief duur. De kosten per eenheid zullen echter dalen als de marktvraag groeit en de productiecapaciteit stijgt. Dit effect wordt in kaart gebracht met de zogeheten leercurve, een grafiek waarbij de geldende kostprijs is afgezet tegen de cumulatief geïnstalleerde capaciteit van een technologie voor een reeks van jaren. In Europees verband heeft ECN Beleidsstudies de leercurve van zonneceltechnologie (PV) bepaald voor de afgelopen decennia. Hieruit bleek dat de kosten van PV met 2% zijn gedaald bij een verdubbeling van de capaciteit. In de negentiger jaren, toen meer geld werd besteed aan R&D, daalden de kosten zelfs met meer dan 3% voor elke verdubbeling van geïnstalleerd vermogen. Hiermee laat de studie zien dat investeringen in onderzoek belangrijk zijn om de kosten van zonnecellen op een concurrerend niveau te brengen. Door te kiezen voor een juiste mix van R&D en marktondersteuning kunnen de totale investeringen in implementatie en onderzoek optimaal gekozen worden. Inmiddels zijn voor meer dan honderd technologieën leercurven gedefinieerd en opgenomen in het integrale 9

12 energiemodel MARKAL. Tijdens een workshop van het Internationaal Energieagentschap (IEA) bleek dat ECN Beleidsstudies hiermee momenteel uniek is in de wereld. verricht naar de onrendabele toppen van diverse duurzame technologieën. Na bespreking met marktpartijen en overheid is gerapporteerd aan het Ministerie van Economische Zaken, dat het eindadvies volledig heeft overgenomen. Verwachte inzet van duurzame technologie in Europa in 21 In het kader van het Europese Admire-Rebus project zijn scenario s opgesteld voor de inzet van duurzame energie in EU-lidstaten. Het blijkt dat grootschalige waterkracht ook in 21 nog een hoofdrol speelt. Additionele capaciteit komt vooral van biomassa en wind op land. Wind offshore 1% Wind op land 2% Getijde % Waterkracht (klein en middelgroot) (< 1MW) 9% Afval 5% Biomassa 11% Stortgas 1% Geothermisch 1% Photovoltaics % Waterkracht (grootschalig) (> 1MW) 52% Voor het Ministerie van Economische Zaken werd beschreven wat er moet gebeuren om biomassa in 23 bij te laten dragen als significante energiebron. De studie naar dit zogeheten transitiepad gebeurde in samenwerking met ECN Biomassa en enkele andere instituten. Hieruit bleek dat het mogelijk is om in 23 dertig procent van het energiegebruik te dekken met biomassa. Biologische materiaal kan dan worden omgezet in diverse nuttige energievormen: elektriciteit, warmte, en brandstoffen zoals groen gas en groene diesel. Nieuwe en hernieuwbare energie Elektriciteit uit duurzame energiebronnen zoals biomassa, zonne-energie en windenergie is vooralsnog duurder dan stroom uit fossiele bronnen. Daarom werd enige jaren geleden besloten om duurzame ( groene ) elektriciteit vrij te stellen van de Regulerende Energiebelasting (REB, ook wel ecotax genoemd). De leverancier kreeg daarbij een vergoeding voor het leveren van duurzame elektriciteit. Ondanks deze sterke stimulans is de REB niet geschikt gebleken om de binnenlandse duurzame elektriciteitsproductie te stimuleren. Door de import van duurzame elektriciteit is een groot deel van dit geld naar het buitenland gegaan, zonder dat het tot extra productiecapaciteit heeft geleid. Begin juli 23 is daarom de wet Milieukwaliteit van de Elektriciteitsproductie (MEP) in werking getreden, waarbij een vergoeding wordt gegeven voor de productie en niet de levering van duurzame elektriciteit. Dit moet investeringen in duurzame energietechnologieën bij elektriciteitsproducenten stimuleren. Voor de vaststelling van de MEP-vergoedingen heeft ECN Beleidsstudies samen met KEMA onderzoek Op internationaal vlak heeft ECN Beleidsstudies een belangrijke rol gespeeld als projectleider van het Admire-Rebus project. In dit project zijn een aantal scenario s uitgewerkt om te komen tot een geharmoniseerde Europese markt voor duurzame elektriciteit. Eén van de conclusies is dat het huidige beleid onvoldoende is om de doelstellingen te halen. Daarnaast blijkt dat de kosten voor de Europese Unie als geheel hoger zullen uitvallen als het harmonisatietraject langzamer verloopt. Voor het Europese project Clear Views on Clean Fuels (VIEWLS) heeft ECN Beleidsstudies een overzicht gemaakt van alle mogelijke technologische routes voor de productie van gasvormige en vloeibare biobrandstoffen. Een mijlpaal is bereikt met het gereedkomen van een demonstratiemodel voor analyse van deze routes. Dit model biedt de Europese Commissie meer informatie over de belangrijke rol die biobrandstoffen als energiebron in de transportsector zullen spelen in de nabije toekomst. De EU heeft op dit gebied scherpe doelstellingen geformuleerd zodat het wegverkeer het milieu minder belast en Europa minder afhankelijk wordt van olie uit het buitenland. Gas- en elektriciteitsmarkten Het afgelopen jaar stond in het teken van grote problemen in de elektriciteitsvoorziening. In de Verenigde Staten, Italië, Denemarken en Zweden trad een omvangrijke stroomuitval op, die samen lijkt te hangen met grootschalig stroomtransport tussen landen en regio s. Daarnaast had Nederland in augustus te kampen met uitzonderlijk warm en droog weer. Door 1

13 airconditioning en koelapparatuur nam de vraag naar elektriciteit toe, terwijl lozing van koelwater door elektriciteitscentrales werd beperkt. De situatie van dreigend stroomtekort, die werd aangeduid als Code Rood, vormde een signaal om actie te ondernemen. Op verzoek van het Ministerie van Economische Zaken maakte ECN Beleidsstudies een analyse van de ontwikkeling van reservecapaciteit in directe buurlanden en van de mogelijkheden om de elektriciteitsvraag tijdelijk te verminderen. Op basis hiervan heeft EZ een visie en nieuw beleid geformuleerd op de voorzieningszekerheid in de elektriciteitsmarkt. Ook bij aardgas speelt voorzieningszekerheid een rol. Op dit gebied leidde ECN Beleidsstudies het ENGAGED project, een internationale studie die door een Europees consortium werd uitgevoerd in opdracht van de Europese Commissie. Verder coördineerde zij het project SUSTELNET (Sustainable Elektricity Networks), dat Europees beleid ontwikkelt voor de integratie van decentrale en duurzame opwekking van elektriciteit. Met behulp van de door ECN Beleidsstudies ontwikkelde rekenmodellen COMPETES en GASTALE zijn diverse aspecten van de vrije handel op de elektriciteits- respectievelijk gasmarkt onderzocht. Voorbeelden van dergelijke aspecten zijn de invloed van buitenlands beleid op de binnenlandse markt, effecten van emissiehandel en mogelijke marktconcentraties, en strategisch gedrag van producenten en handelaren. 3% 25% 2% 15% 1% 5% % Reservecapaciteit incl. import nationale productie De mogelijke ontwikkeling van de reservecapaciteit in de Nederlandse stroomvoorziening. Tijdens de hitte van augustus dreigde een stroomtekort op korte termijn. Dit verhoogde ook de aandacht voor problemen in de stroomvoorziening op de langere termijn. Zo blijkt uit een rapport van ECN dat energiebedrijven op een vrije markt te laat zullen investeren in nieuwe elektriciteitscentrales. 3.2 Efficiënt gebruik De stijgende energievraag kan worden afgezwakt door efficiënter met energie om te gaan. Het blijkt dat op dit terrein nog veel winst valt te boeken. ECN doet daarom onderzoek naar methoden voor energiebesparing binnen de industrie en de gebouwde omgeving. De unit Energie Efficiency in de Industrie (EEI) wil door de ontwikkeling van kennis en technologie bijdragen aan innovatieve oplossingen om het energie- en materiaalgebruik in deze sector te verminderen. De unit Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving (DEGO) richt zich op het efficiënt gebruik van energie in gebouwen. Energie Efficiency in de Industrie De industrie is met een aandeel van 42% (inclusief grondstoffen) verantwoordelijk voor het leeuwendeel van de energieconsumptie. Vooral de procesindustrie verbruikt veel energie. ECN Energie Efficiency in de Industrie ontwikkelt voor deze sector nieuwe energiebesparende technologieën en systeeminnovaties. Dit gebeurt op drie gebieden, te weten industriële restwarmte, moleculaire scheidingstechnologie en procesintensivering. Industriële restwarmte Energie wordt in de industrie voornamelijk gebruikt om processtromen op te warmen zodat ze op de juiste temperatuur gebruikt kunnen worden. Hierna worden deze stromen weer afgekoeld. Deze warmte wordt uiteindelijk via koelwater en koeltorens geloosd op de omgeving. Door deze restwarmte te benutten kan veel energie worden bespaard. Hoewel afgelopen jaren door procesintegratie en optimalisatie met name bij hoge temperaturen de hoeveelheid restwarmte flink is gedaald, is momenteel nog veel potentieel aanwezig voor energiebesparing. Zo is in de Nederlandse chemie en raffinagesector naar schatting minimaal 1 PJ beschikbaar in het temperatuurgebied tussen 5 C 11

14 rendement onderbouwd. Verdere ontwikkeling houdt de opschaling in van een opstelling naar een vermogen van 1 tot 5 kw. Deze zal in 24 worden ontworpen en beproefd. Robert de Boer controleert instellingen prototype van het SWEAT systeem. en 2 C. (Met 1 PJ kunnen 1. huishoudens van energie worden voorzien). Warmtepompen kunnen deze restwarmte omzetten naar processtoom of koeling, die ter plekke nuttig kan worden gebruikt. ECN Energie Efficiency in de Industrie ontwikkelt hiervoor een tweetal typen. Eén van deze warmtepompen is het zogenaamde SWEAT (Salt Water Accumulation and Transformation) systeem. Deze warmtepomp is bedoeld om te koelen, maar is tevens geschikt om energie op te slaan. Een prototype om mee te koelen is driekwart jaar onder verschillende procesomstandigheden getest. De prestaties van het systeem zijn tijdens deze test stabiel gebleven, en er zijn geen aanwijzingen gevonden die duiden op corrosie/roestvorming. Hiermee nadert de SWEAT de fase van specifieke productontwikkeling en marktintroductie. Een consortium van ECN met energiebedrijf Nuon en adviesbureau De Beijer, zal onder de naam SWEAT BV de marketing starten. Verdere ontwikkeling is voorzien van een systeem, dat op basis van vergelijkbare principes restwarmte uit warmtekrachtinstallaties kan omzetten in koude voor de industrie of utiliteitsgebouwen. Een andere warmtepomp is de chemische warmtetransformator (CWT). Dit is ook een vaste stof-damp systeem, maar nu voor de productie van processtoom. In het afgelopen jaar werden verschillende materialen onderzocht voor toepassing in de warmtewisselaar van de CWT. Uit een test met een proefopstelling bleken deze materialen stabiel genoeg om een levensduur van tenminste tien jaar te garanderen. Bovendien zijn diverse uitvoeringen geëvalueerd op hun bruikbaarheid. In een conceptontwerp is de haalbaarheid van de beoogde temperatuurverhoging en het gewenste Parallel aan de CWT wordt met hetzelfde doel de thermo-akoestische warmtepomp (TA-WP) ontwikkeld. Dit apparaat zet geluid om in warmte. Dit werkt als volgt: geluidsgolven veroorzaken een wisselende drukamplitude in het werkgas. Dit effect kan zo sterk zijn, dat ze in een regenerator een temperatuurverschil veroorzaken. Van dit principe maakt de thermoakoestische warmtepomp gebruik. Afgelopen jaar kon worden aangetoond, dat het regeneratormateriaal bestand is tegen de wisselende belasting. Bovendien is in een nieuw ontwikkelde warmtewisselaar de warmteoverdracht verbeterd met een factor vier. Ook is met een drietraps motor voldaan aan de vereiste lage starttemperatuur van het systeem, een wereldwijd uniek resultaat. De opschaling naar een grotere testopstelling van 1 tot 5 kw zal plaatsvinden in 24. Inmiddels is onderzoek gestart naar een brandergedreven TA-WP bij destillatie, dat volgens een uitgebreide marktstudie 9 PJ per jaar kan besparen. Scheidingstechnologie Scheidingsprocessen hebben een zeer belangrijk aandeel in het totale industriële energiegebruik. De petrochemische en chemische industrie in Nederland verbruikt naar schatting 474 PJ per jaar. Hiervan wordt jaarlijks ca. 19 PJ gebruikt voor scheidingsprocessen. Veelgebruikte techniek is destillatie, waarbij vloeistoffen worden verhit en weer worden afgekoeld. Dit soort thermische scheidingstechnieken zijn zeer energie-intensief en kennen een lage energie-efficiency. Door scheiding uit te voeren met membranen in plaats van thermische scheiding kan veel energie worden bespaard. Systemen op basis van anorganische membranen hebben hiervoor de grootste potentie. Het voordeel van membranen komt bijvoorbeeld tot uiting bij de scheiding van een azeotropisch mengsel, een mengsel dat met gewone destillatie niet meer te scheiden is. De industrie voert de scheiding hiervan momenteel uit met complexe destillaties die zeer energie-intensief zijn. Een energie-efficiënt alternatief hiervoor vormt een proces waarbij maar een van de componenten van het mengsel verdampt over een (anorganisch) membraan. Dit proces, pervaporatie of damppermeatie genoemd, biedt een groot potentieel voor energiebesparing. Uit een studie, waarin de vijftig grootste destillatieprocessen nader werden bekeken, blijkt dat Nederland hiermee ruim 7 PJ per jaar kan besparen. Voor Europa komt dit op ca. 4 PJ per jaar uit, wereldwijd op ca. 2 PJ per jaar. ECN is al een aantal jaren bezig met de ontwikkeling van membranen. De technologie is gebaseerd op de fabricagemethode voor een buisvormig keramisch 12

15 membraan met tussenlagen en een microporeuze op silica gebaseerde toplaag. Daarnaast beschikt ECN over technieken om deze membranen te verbinden en af te dichten, evenals over het moduleconcept waarbij meerdere membranen in een systeem worden ingebouwd. Dit systeem wordt inmiddels bij verschillende Nederlandse industrieën met succes uitgetest. Het blijkt echter dat vervuiling van de membranen bij gebruik in industriële procesmengsels en een stabiel langeduur gedrag onderwerpen zijn waar nog verder aan gewerkt moet worden. Een geheel andere uitdaging is het maken van een dicht membraan voor de scheiding van lucht in zuurstof en stikstof. Deze scheiding gebeurt momenteel nog in de energie-intensieve en relatief dure destillatie van vloeibare lucht. Hoewel de ontwikkeling van dit zogeheten zuurstofmembraan zich nog in een pril stadium bevindt, kon reeds in afgelopen jaar worden aangetoond dat een membraan met de juiste dikte voor voldoende opbrengst van zuurstof zorgt om hiermee een economisch rendabel proces te bedrijven. Evenals zuurstof zou het ook zeer voordelig zijn om waterstof met membranen uit procesmengsels af te scheiden. Een prototype van een membraan op basis van palladium is geleverd aan enkele grote industriële partijen, die allen enthousiast hebben gereageerd op de prestaties van dit membraan. Met name wanneer dit membraan gebruikt zou kunnen worden om de ligging van evenwichtsreacties te verschuiven, kunnen de voordelen enorm zijn (dit noemt men ook wel procesintensivering, zie hierna). Het membraan kan ook worden ingezet bij de technologie om CO 2 af te vangen, iets dat ECN Schoon Fossiel momenteel onderzoekt in de cluster Klimaatneutrale energiedragers. Procesintensivering Om de energie-efficiency in de procesindustrie in de toekomst blijvend te verbeteren zal het nodig zijn nieuwe technologieën te ontwikkelen en toe te passen. Deze technologieën kunnen industriële processen op een meer fundamentele en radicale manier veranderen. Dit kan onder andere gebeuren met procesintensivering, waarbij in zeer compacte procesontwerpen twee of meer klassieke unitoperaties worden gecombineerd in een hybride unit. Typische voorbeelden hiervan zijn de membraanreactor, waarin zowel chemische reactie als scheiding van het mengsel plaatsvindt. Zo is afgelopen jaar een membraanreactor met een palladium membraan gerealiseerd, waarmee benzeen kan worden omgezet in fenol via een enkele partiële oxidatiestap. Een ander voorbeeld is het maken van emulsies met membranen, dat leidt tot een energiebesparing van negentig procent en emulsies van zeer hoge kwaliteit. Het plan is in 24 het onderzoek naar procesintensivering nader vormgeven. Conceptueel ontwerp van een membraanmodule voor zuurstofproductie. Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving Bijna eenderde van de totale energiebehoefte in Nederland wordt veroorzaakt door het gebruik van energie in gebouwen, zoals kantoren en huizen. Net als in de industrie blijken hier nog goede mogelijkheden te zijn om de energievraag te beperken. Dit geldt voor nieuwbouw, maar zeker ook voor de bestaande bouw. Tevens is de gebouwde omgeving bij uitstek geschikt voor toepassing van duurzame energie, zowel op kleine als op grote schaal. De sector kan zo bijdragen aan het realiseren van de doelstellingen die de overheid op deze terreinen heeft. De overheid heeft als doel gesteld dat 1% van de energievoorziening in 22 uit duurzame energie bestaat. Ook dienen huishoudens en de dienstensector hun energiegebruik jaarlijks 2,1 respectievelijk 1,6% De draaibare testwoning met daarin 4 testruimten. 13

16 de laatste tijd echter onder vuur. Er wordt zelfs over gesproken de EPR af te schaffen en de verlaging van de EPN, een van de stimulansen voor technologische innovaties in de bouw, verloopt trager dan eerder gedacht. Testopstelling vacuümcollectoren. Voor- en achterzijde van een PVT-paneel. efficiënter te maken. De programma-unit Duurzame Energie in de Gebouwde Omgeving (DEGO) van ECN ontwikkelt concepten en technologieën voor huizen en kantoorgebouwen om een transitie naar een duurzame energiehuishouding in de gebouwde omgeving te bereiken waarmee ook aan bovenstaande doelstellingen wordt voldaan. Voor de markt waarvoor ECN werkzaam is, is het bij deze ontwikkelingen ook van belang om duidelijk te maken hoe energiezuinige componenten en energieconcepten zichzelf terugverdienen. Naast het financiële aspect is het belangrijk aan te tonen dat door de nieuwe technologieën en concepten het milieu wordt ontlast en het comfort en binnenklimaat niet worden aangetast. Aantonen dat de technologische ontwikkelingen en nieuwe concepten tevens op deze aspecten positief beoordeeld kunnen worden is ook wenselijk omdat belangrijke overheidsstimulansen dreigen weg te vallen. De overheid stimuleert de uitvoering van energiebesparende en duurzame energietechnieken in de bouw met onder meer de Energie Prestatie Norm (EPN) en de Energie Prestatie Coëfficiënt (EPC), en met subsidies zoals de Energie Premie Regeling (EPR) en het Energie Prestatie Advies (EPA). Deze maatregelen liggen Integrale concepten Het Ecobuildproject waarin onderzoek wordt gedaan naar de energieprestatie van gebouwconcepten in drie testwoningen op het ECN-terrein, is een tweede fase ingegaan. Ten bate van deze fase is de schil op een aantal punten aangepast: de woning is met professionele hulpmiddelen afgeplakt. Het doel is hiermee infiltratie (ofwel kierdichtheid) aanzienlijk te reduceren. Tevens is een nieuwe meetmethode ontwikkeld ter bepaling van de infiltratie. Met behulp van deze methode is meer duidelijkheid verkregen over het effect van windrichting en windsnelheid op energieverliezen door infiltratie. Afgelopen jaar werd op het ECN-terrein een draaibare testwoning gebouwd in samenwerking met De Vries Kozijnen en de TU Delft. Deze woning is bedoeld om zogenaamde actieve gevels te testen, waarvan de eigenschappen kunnen worden aangepast aan het seizoen. Om de testen bij verschillende posities uit te voeren is de testwoning draaibaar uitgevoerd. De woning staat op een halve meter piepschuim in een betonnen bak. Door de bak enkele keren per seizoen met water te vullen gaat de woning drijven en kan deze met de hand worden gedraaid. De draaibare testwoning is ook geschikt om onderzoek aan andere gevelconcepten uit te voeren. Hiervoor wordt actief naar industriële betrokkenheid gezocht. Ook voor de vier andere testwoningen, de rijtjeshuizen op het ECN-terrein, wordt gekeken hoe deze voor nieuw onderzoek kunnen worden ingezet. Doel van de experimenten is om het energiegebruik terug te dringen en meer duurzame energie zoals zonnewarmte in te zetten. Daarbij wordt ook naar de bouwpraktijk gekeken. Zonnewarmtekracht Voor gebouwen vormt zonne-energie een belangrijke duurzame energiebron. Om hiervan optimaal gebruik te maken is het zaak om een zo groot mogelijk oppervlak van het gebouw te benutten. PV-panelen kunnen met behulp van zonnecellen het zonlicht omzetten in elektriciteit. Daarnaast kan de warmtevraag worden gedekt met een zonnecollector, die de zonnewarmte gebruikt om tapwater en water voor verwarming te leveren. Voor beide systemen is echter een groot deel van het dakoppervlak nodig. Het combineren van beide systemen in één apparaat, waarbij zonlicht tegelijkertijd in warmte en elektriciteit wordt omgezet, bespaart ruimte en levert meer duurzame energie dan beide technieken afzonderlijk. Op grond hiervan ontwikkelt ECN PVT-panelen, ook wel PV-combipanelen genoemd. Naast effectievere benutting van het dakoppervlak bieden gecombineerde panelen tevens een esthetisch voordeel, aangezien er nu niet verschillende typen 14

17 Buitenmeetopstelling voor IV-metingen (links) en de regelelektronica (rechts). Tussen de metingen in kunnen de panelen in mpp gehouden worden. panelen naast elkaar op het dak komen. ECN ontwikkelt enerzijds het niet-afgedekte PVT-paneel voor de productie van warmte op een temperatuurniveau van minder dan 7º C. Deze warmte kan via een warmtepomp worden benut voor ruimteverwarming en bereiding van warm tapwater. Anderzijds wordt de afgedekte PVT-collector ontwikkeld, die de warmte op hogere temperatuur kan produceren. Beide systemen, gebaseerd op een constructie van koperen buizen onder de zonnecellen, zijn nu gereed voor demonstratie. Parallel hieraan ontwikkelt ECN een aanmerkelijk goedkopere constructie met kunststof kanalen, die geschikt is voor seriefabricage. In Europees verband is ECN afgelopen jaar de coördinator geworden van een project waarin kennis op het gebied van PVT wordt gebundeld. Warmteopslag Het gebruik van duurzame energie met nieuwe technieken zoals microwarmtekracht en warmtepompen kan efficiënter door warmte op te slaan. Deze warmteopslag moet groot genoeg zijn om het wisselend warmteaanbod per seizoen te compenseren. Hierdoor vormt de opslagruimte in de woning een kritische succesfactor. De uitdaging is om compacte en tevens goedkope opslagtechnieken te ontwikkelen. Vooral bij systemen met warmtepompen is het ook nuttig om te kijken naar de koelmogelijkheden. ECN DEGO draagt bij aan ontwikkelingen van zogenaamde fasetransformatie materialen die warmte kunnen opnemen en afstaan. Daarnaast onderzoekt ECN DEGO de opslag van warmte op hogere temperatuur (meer dan 1 C), die vrijkomt bij vacuümzonnecollectoren. Door deze hoge temperatuur warmte op te slaan in speciale materialen kan het volume worden gehalveerd ten opzichte van opslag in water. Voor deze opslag lijkt gietijzer een geschikt materiaal. Om dit te onderzoeken is een testopstelling gebouwd. De eerste experimenten zullen in 24 plaatsvinden. Op lange termijn vormt opslag van warmte in zogenaamde thermochemische materialen de meest belovende technologie: deze materialen gebruiken slechts een tiende van het volume bij opslag in water. Om deze toepassing te ontwikkelen is ECN DEGO gestart met een haalbaarheidsstudie, waarin is gekeken naar diverse stoffen voor gebruik als thermochemisch opslagmateriaal. Er zijn enkele stoffenparen geïdentificeerd die potentieel geschikt zijn als opslagmedium voor warmte met een zeer hoge capaciteit. In 24 zal dit onderzoek worden vervolgd. Domotica Om verschillende technieken met elkaar te verbinden en optimaal te laten werken is sturing en communicatie essentieel. Daarom onderzoekt ECN DEGO de mogelijkheden van moderne communicatietechnologie voor het regelen en beheersen van energiegebruik en comfort in gebouwen. Doel is om deze zogeheten domotica zoveel mogelijk te laten aansluiten op internetprotocollen. Hiervoor werd in het afgelopen jaar software ontwikkeld en een domoticasysteem gebouwd waarmee nu in de utiliteitssector wordt geëxperimenteerd. De verwachting is dat het energiegebruik 15% lager uitvalt. Hierbij wordt ook rekening gehouden met de wensen en beleving van bewoners en de financiële consequenties. Er is ook gekeken wat de mogelijkheden voor domoticatoepassingen in de woningbouw zijn. Een van de conclusies is dat een domotica installatie waaraan energiefuncties zijn toegevoegd een groot deel van het elektriciteitsverbruik van de domotica installatie kan terugverdienen, of zelfs hierop besparen. Op het gasverbruik zijn besparingen van 5 à 1% mogelijk door toepassing van domotica met energiefuncties. Komende jaren wordt dit onderzoek voort gezet. Gebouwintegratie van PV De verschillende technologieën die voor gebouwen worden ontwikkeld moeten uiteindelijk ook optimaal in een gebouw passen, zowel ruimtelijk als energetisch. Een voorbeeld hiervan vormt de bevestiging en aansluiting van zonnepanelen op het dak en in de gevel. In 22 werd reeds melding gemaakt van het zogeheten PV Wire Free concept, waarbij zonnepanelen zonder stroomkabels aanmerkelijk sneller en goedkoper kunnen worden geïnstalleerd. In het afgelopen jaar is de connector, die zorgt voor de stroomafvoer van de panelen naar de dragende constructie, aanzienlijk verbeterd. Er is een buitenopstelling gebouwd om IV-karakteristieken van modules te kunnen meten. Hiermee is het mogelijk geworden om routinematig en continue 15

18 buitenmetingen te verrichten. Hierdoor kan samen met de flashmetingen onder standaardcondities (1. W/m 2, loodrecht invallend licht en AM1.5 spectrum) de jaaropbrengst en eventuele degradatie bepaald worden. Uit onderzoek naar de kostenontwikkeling van PV in het laatste decennium blijkt dat de kosten volgens verwachting dalen (Progress Ratio,8). Dit betekent dat de in scenario s verwachtte sterke kostendaling nog steeds gerealiseerd wordt. Het belang van prijsmonitoring en -analyse wordt nu ook breed gedragen. Omdat modules 7% van de systeemprijs bepalen moet met name de aandacht naar kostenreductie uitgaan. Wat betreft omvormers en gebouwintegratie moet vooral gekeken worden naar kwaliteit, betrouwbaarheid en installatiegemak. Samen met fabrikanten is onderzocht hoe de netkoppeling via de zogeheten omvormers ( inverters ) goedkoper en betrouwbaarder kan worden uitgevoerd. Dit heeft een inverter opgeleverd die veel minder componenten bevat, daardoor twee keer zo lang meegaat en de helft kost van een conventionele inverter. Tevens is gebleken dat sommige inverters te gevoelig zijn voor plotselinge spanningsdalingen in het elektriciteitsnet. Hierop heeft ECN DEGO een methode ontwikkeld waarmee harmonische interactie van de inverter met het net kan worden voorspeld. Integratie van decentrale opwekking Informatie- en communicatietechnologie zal ook een belangrijke rol gaan spelen als instrument voor het monitoren, managen en controleren van elektriciteitsinfrastructuren waarbij decentrale opwekking en duurzame energie belangrijke elementen zijn. Vraag- en aanbodsturing, kosteneffectiviteit en betrouwbaarheid zijn daarbij belangrijke termen. Er wordt uitgegaan van het afstemmen van vraag- en aanbod via een automatisch elektronisch marktmechanisme van onderop. Dus eerst op het niveau van een woning/gebouw, dan op het laagspanningsniveau, vervolgens op het middenspanningsniveau, het hoogspanningsniveau en tenslotte het internationale net. Op alle niveaus zijn dan flexibele vraag, aanbod, spinning reserves en eventueel opslag aanwezig. In dit kader wordt ook de kennis die is op gebouwd op het gebied van elektriciteitsopslagsystemen uitgebouwd. Omdat de hele markt in de elektriciteitssector in beweging is komen er nieuwe spelers op de markt, de verhoudingen tussen deze spelers veranderen en zij kunnen/moeten andere producten gaan leveren. Inzicht in nieuwe businessmodellen die hieruit voortvloeien is van belang om de rol van ICT in dit veld en de mogelijkheden die er komen goed te kunnen De PV2GO inverter zonder deksel. bepalen. Deze ontwikkelingen vormen een belangrijk input voor het op te zetten cluster Integratie decentrale opwekking. Hiervoor is ECN gestart met het ontwikkelen van een computerprogramma dat bovenstaand netbeheersconcept simuleert en het testen van hardwarecomponenten hiervoor (o.a. uit te voeren door ENECO) zal kunnen ondersteunen. 3.3 Hernieuwbare energiebronnen Zonne-energie De sterke groei van zonnecelproductie in de afgelopen jaren, zeker ook in Duitsland, heeft geleid tot een grotere vraag naar R&D op dat gebied. ECN wordt in toenemende mate met onderzoeksvragen benaderd door Duitse zonnecelfabrikanten. Inmiddels lopen er bij ECN dan ook enkele opdrachten van de Duitse zonnecelindustrie. Het 1.-dakenprogramma in Duitsland is recent geëindigd, maar de wet, die de vergoeding van aan het net geleverde stroom regelde, is inmiddels hernieuwd. De aan de herziening van deze wet voorafgaande onzekerheid heeft tot een sterk afwachtende houding van potentiële investeerders in zonnecelsystemen geleid en illustreert hoezeer deze markt nu nog afhankelijk is van politieke beslissingen. In Nederland zal de onzekerheid over de EPR-regeling voor zonnecellen waarschijnlijk een (hopelijk tijdelijke) remmende invloed hebben op de groei van het geïnstalleerd vermogen. De wereldwijde ontwikkelingen in de nanotechnologie en de polymere elektronica geven een enorme boost aan het onderzoek op het gebied van kleurstofzonnecellen en polymere zonnecellen. De verwachting is dat deze organische zonnecellen zullen kunnen profiteren van de ontwikkelingen in de halfgeleiderindustrie, net als vroeger het geval was bij kristallijn silicium. Deze ontwikkelingen leiden echter ook tot een toename in het aantal concurrenten in R&D aan dit type zonnecel. 16

19 Enkele industriële partijen zijn inmiddels geïnteresseerd in kleurstofzonnecellen, waaronder Konarka (US), STI (AU), GE (US) en diverse Japanse bedrijven. ECN heeft de zonnecelactiviteiten geconcentreerd op twee ontwikkelingen: (multi)kristallijn silicium en dunne-film PV-technologie. Netgekoppelde systemen op basis van multikristallijn silicium kunnen over ca. vijf jaar de helft goedkoper zijn dan de huidige systemen (3 Euro/Wp in 28) en bieden daarna nog perspectief voor verdere prijsverlaging. Dunne-film zonnecellen beloven op termijn de laagste productiekosten, maar zullen wel een langere ontwikkeling moeten doorlopen. Netgekoppelde PV-systemen op basis van multikristallijn silicium ECN heeft in belangrijke mate bijgedragen aan de goede vorderingen die gemaakt zijn in de ontwikkeling van een nieuwe bereidingswijze van solar grade silicium. Met dit silicium is ca. 9% van het rendement bereikt dat met gewoon basismateriaal (feedstock) behaald wordt. Daarnaast is een beter inzicht verkregen hoe gedurende de zonnecelprocessing het siliciummateriaal verbeterd kan worden. Zo is vastgesteld dat ijzer in het silicium elektrisch onzichtbaar gemaakt kan worden. Hierdoor is het materiaal effectief zuiverder waardoor een hoger rendement behaald wordt. Om de hoeveelheid silicium die nodig is per eenheid opgewekte zonnestroom te reduceren, kunnen de substraten (wafers) gegoten in plaats van uit een groot blok gezaagd worden. Het zogenaamde Ribbon-Growth-on- Substrate (RGS) proces wordt momenteel bij ECN op kleine schaal getest. Om voldoende hoge rendementen te halen moet het aantal verontreinigingen en het aantal kristaldefecten in de substraten beperkt worden. Afgelopen jaar zijn op afzonderlijke deelaspecten belangrijke resultaten behaald. Zo is op een beperkt aantal wafers de concentratie zuurstof en koolstof voldoende gereduceerd om uiteindelijk 14% cellen mogelijk te maken. In andere substraten is het aantal kristaldefecten voldoende laag om dit rendement te behalen. Geïntegreerd zijn deze resultaten echter nog niet behaald. In het afgelopen jaar heeft ECN een nieuw record gevestigd voor wat betreft het behaalde celrendement. Op een cel van 12,5 12,5 cm 2 (met een gewone enkellaags anti-reflectiecoating) werd een rendement gemeten van 16,3%. Dit is in absolute zin,5% hoger dan het record dat vorig jaar werd behaald op een cel met een oppervlakte van 1 1 cm 2. De resultaten komen hiermee op hetzelfde niveau als gepubliceerde resultaten van concurrerende instituten en liggen duidelijk hoger dan die van de industrie. Voor het eerst zijn er ook zeer goede cellen gemaakt op monokristallijn silicium wafers met een maximaal rendement van 16,8% waar vroeger niet meer dan 15% werd gehaald. Solar Cell Efficiency [%] high efficiency solar cell process industrial solar cell process Er is een module gemaakt waarbij de interconnectie van de cellen en het lamineren in één enkele stap is uitgevoerd. Het betreft hier de zogenaamde Pin-Up Module, vervaardigd met 36 cellen van cm 2 en een dikte van 28 mm (dit is ongeveer 5 mm dunner dan standaard) met een gemiddeld rendement van iets onder de 15%. Interconnectie vindt aan de achterkant van de cellen plaats op een speciale folie met behulp van geleidende lijmen. Het uitharden van de lijm gebeurt gelijktijdig met het lamineren. Onder standaard condities is het vermogen van deze module 116 W, wat overeenkomt met een geëncapsuleerd celrendement van 14,3%. Het geëncapsuleerd celrendement van de beste rij van 18 cellen is 14,7%, waarmee aangetoond is dat dit concept naar behoren werkt. De integratie van PV systemen in gebouwen en de koppeling aan het elektriciteitsnet zijn hiervoor reeds aan de orde geweest Maximaal rendement behaald op zonnecellen van RGS-materiaal sinds de uitvinding van dit proces door Bayer. Vanaf 2 wordt dit materiaal bij ECN gemaakt en is het rendement van cellen vervaardigd met een industrieel proces met 3% absoluut gestegen. Zonnecellen worden met geleidende lijm aangebracht op een interconnectiefolie tijdens het samenstellen van de Pin Up Module. 17

20 weerstanden over een temperatuurbereik van 198 tot 2 C. Hierop is octrooi aangevraagd. Ultrasoon lasapparaat voor het elektrisch contacteren van zeer fragiele, dunne-fi lm PV-folies zoals koperindium-zwavel (CIS). Dit proces wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur, zonder chemische hulpmiddelen. Figuur Verloop van het rendement van kleurstofzonnecellen wanneer ze tussen de metingen in het donker, worden verwarmd tot 85 C aangegeven door blauwe achtergrond afgewisseld met herstel onder belichting met 1 zon bij 45 C voor verschillende samenstellingen van de geleidende vloeistof (EL 1 4). Na 8 uur is geen belichting meer uitgevoerd en degraderen de cellen. Efficiency (%) Dunne-film zonnecellen De ontwikkeling van dunne-film zonnecellen is vooral gericht op de middellange en lange termijn. ECN focusseert op twee technologieën voor de middellange termijn (film-silicium en de kleurstofzonnecel) en één voor de lange termijn (polymere zonnecel). Er wordt hierbij intensief samengewerkt met Nederlandse en Europese onderzoeksorganisaties. Voor de ontwikkeling van de polymere zonnecel is dit het Dutch Polymer Institute. Voor de fabricage van dunne-film microkristallijn silicium zonnecellen wordt een nieuwe depositietechniek ontwikkeld, gebaseerd op microgolf plasma-cvd (chemische depositie vanuit de dampfase). Belangrijke elektrische en fysische parameters van het siliciummateriaal voldoen inmiddels aan de eisen voor toepassing in zonnecellen van hoge kwaliteit. De mogelijkheid van continue depositie op bewegende substraten, de behaalde depositiesnelheid en de goede homogeniteit op grote oppervlakken maken het proces zeer aantrekkelijk voor toepassing op industriële schaal. Er is een grote interesse in flexibele, lichtgewicht zonnecellen die roll-to-roll kunnen worden vervaardigd. In een NEO-project (Novem) wordt onderzocht hoe dergelijke, fysiek zeer fragiele en temperatuurgevoelige, flexibele zonnefolies elektrisch kunnen worden verbonden. Magneetjes blijken dan zeer geschikt om zonder thermische, mechanische of chemische belasting geleidende folies zoals goud, zilver, aluminium en koper onderling te verbinden met zeer lage contact- EL 1 EL 2 EL 3 EL 4 Kleurstofzonnecellen vertonen degradatie wanneer ze in het donker, maar bij hoge temperaturen (85 C) worden getest. Daaropvolgende belichting blijkt voor vrijwel volledig herstel van de eigenschappen te zorgen (zie fi guur ). De combinatie van beide condities komt overeen met de meest extreme test voor zonnecellen. De initiële degradatie verloopt in deze test weliswaar minder snel, maar de degradatie versnelt in een later stadium en het uiteindelijke effect is veel ernstiger dan die van een test bij 85 C in het donker. Dit geldt voor alle beschouwde cellen, waarbij de samenstelling van de elektrisch geleidende vloeistof in de cel werd gevarieerd. Experimenten worden voortgezet, waarbij ook de nieuwe, waterafstotende ruthenium-kleurstof van de Zwitserse onderzoekspartner EPFL zal worden getest. Deze kleurstof blijkt onder sommige condities namelijk significant stabieler dan de klassieke ruthenium-kleurstof. De meest realistische stabiliteitstesten voor zonnecellen en modules zijn natuurlijk testen die buiten worden uitgevoerd. ECN Zonne-energie beschikt over de noodzakelijke infrastructuur. Een belangrijke voorwaarde is dat eerst de zogenaamde extrinsieke stabiliteit van de kleurstofcel is gegarandeerd (deze hangt onder meer samen met de kwaliteit van de afdichting van de module naar de buitenwereld). De bestendigheid tegen vocht en ultraviolet licht van cellen tussen glasplaten, die zijn afgedicht met een kunststof (Bynel), zijn in 23 gelukkig zeer sterk verbeterd. Monsters kunnen maanden in water zijn ondergedompeld zonder los te laten. Het is daarom nu mogelijk om werkelijk zinvolle buitentesten uit te voeren. Bij ECN is een belangrijk resultaat geboekt op het gebied van de stabiliteit van de organische zonnecellen op basis van een polymeer en een fullereen (relatief grote bolvormige koolstof-houdende moleculen): een afname van het rendement van slechts 2% na 1. uren continue belichting bij 1 zon en 7 C (!) in een inerte atmosfeer. Dit resultaat geeft aan dat polymere zonnecellen fotochemisch veel stabieler kunnen zijn dan velen totnogtoe veronderstelden, mits de afdichting van uitstekende kwaliteit is. Ook het zeer recente goede rendementsresultaat van Siemens (~5%, een verhoging van 1,5 2% absoluut binnen 1 jaar) toont aan dat 23 een uitstekend jaar was voor organische zonnecellen. Er is nog een lange weg te gaan, maar de vooruitgang is indrukwekkend en het perspectief aanlokkelijk Tijd (uur) 18