ENERGIE. Handboek over energiebesparing en duurzame energie

Transcriptie

1 ENERGIE Handboek over energiebesparing en duurzame energie

2 Handboek voor scholieren in het voortgezet onderwijs De inhoud van dit handboek is gebaseerd op materialen van het IUSES project, dat is gefinancierd met steun van de Europese Commissie. Deze publicatie geeft de mening van de auteurs weer. De Commissie kan niet verantwoordelijk gehouden worden voor het gebruik van de informatie uit deze publicatie. IVAM, onderzoek en advies over duurzaamheid Universiteit van Amsterdam, 2011

3 INHOUDSOPGAVE HOOFDSTUK 1: WAAROM HEBBEN WE HET OVER ENERGIEBESPARING? KLIMAATVERANDERING AFHANKELIJKHEID EINDIGHEID STIJGEND ENERGIEVERBRUIK LINKS EN BRONNEN... 9 HOOFDSTUK 2: WAT IS ENERGIE EIGENLIJK? ENERGIEVORMEN Thermische energie Chemische energie Magnetische energie Nucleaire energie Elektrische Energie ENERGIE EN VERMOGEN LINKS EN BRONNEN HOOFDSTUK 3: ENERGIEBRONNEN ENERGIEBRONNEN FOSSIELE BRANDSTOFFEN Steenkool Aardolie Aardgas Nucleaire Brandstof DUURZAME ENERGIE Zonne-energie Windenergie Biomassa Waterkracht Geothermie PRIMAIRE EN SECUNDAIRE ENERGIE LINKS EN BRONNEN HOOFDSTUK 4. ENERGIEVERBRUIK IN EUROPA TRENDS IN VERBRUIK VAN VERSCHILLENDE ENERGIEBRONNEN VERBRUIK IN VERSCHILLENDE SECTOREN ENERGIEVERBRUIK IN NEDERLAND LINKS EN BRONNEN HOOFDSTUK 5. ENERGIEVERBRUIK IN ONS DAGELIJKS LEVEN GEBOUWEN ENERGIEBESPARING DOOR ISOLATIE VERWARMING EN KOELING Verwarming van ruimtes Verwarming van water Koeling VERLICHTING ELEKTRISCHE APPARATEN Hoeveel elektriciteit verbruiken apparaten? Energie Label VERVOER EN TRANSPORT Ons eigen vervoer Transport van producten LINKS EN BRONNEN... 44

4 Hoofdstuk 1: Waarom hebben we het over energiebesparing? Onderwerpen: Klimaatverandering Afhankelijkheid Eindigheid Stijgend energieverbruik 1.1 Klimaatverandering Als we fossiele brandstoffen verbranden produceren we koolstofdioxide, waardoor we bijdragen aan klimaatverandering. Maar hoe werkt dat precies? De dampkring van de aarde bestaat uit verschillende gassen. Een deel van die gassen (bijvoorbeeld waterdamp, koolstofdioxide (CO 2 ), lachgas (N 2 O), en methaan (CH 4 )) worden broeikasgassen genoemd omdat ze het zonlicht doorlaten maar de warmte die door de aarde wordt teruggekaatst absorberen. Ze vormen als het ware een deken om de aarde. Dat is maar goed ook, want als al die warmte de ruimte in zou verdwijnen zou het op aarde 30 graden kouder zijn. Figuur 1: Het broeikaseffect Broeikasgassen ontstaan op twee manieren. Allereerst produceert het ecosysteem natuurlijke broeikasgassen. En daarnaast produceert de mens broeikasgassen. De broeikasgassen als gevolg van menselijk handelen worden antropogene broeikasgassen genoemd. Antropogene broeikasgassen worden vooral geproduceerd bij het verbranden van fossiele brandstoffen, veeteelt en landbouw. De uitstoot van broeikasgassen naast de natuurlijke broeikasgassen leidt tot een versterkt broeikaseffect waardoor Klimaatverandering ontstaat. Sinds we in 1860 zijn begonnen met het meten van de wereldwijde temperatuur is een toename van de temperatuur te zien. Deze toename is sterk verbonden aan de industriële ontwikkelingen en de uitstoot van broeikasgassen zoals CO 2.

5 Figuur 2. CO 2 concentraties over de tijd. In de figuur hierboven staan de concentraties weergegeven van koolstofdioxide, methaan en stikstofdioxide (lachgas). De eenheid waarin de CO 2 concentratie is weergegeven is de ppm, ofwel parts per million, ofwel delen per miljoen. Een concentratie van 300 ppm wil zeggen dat er op iedere miljoen luchtmoleculen 300 CO 2 moleculen zijn. De uitstoot van broeikasgas neemt wereldwijd steeds meer toe. Organisaties zoals de Verenigde Naties (VN) proberen de uitstoot van broeikasgassen te verminderen of te stabiliseren door middel van afspraken (verdragen en conventies) tussen industrielanden die voor het grootste deel verantwoordelijk zijn voor de uitstoot van broeikasgassen. Door economische en politieke belangen liggen verdragen zoals het Kyoto Protocol vaak ver achter op de doelen die waren afgesproken. De temperatuur is de laatste honderd jaar mondiaal gemiddeld met bijna 0,8 C toegenomen en in Europa met ongeveer 1 C. Tussen 1995 en 2006 werden de warmste temperaturen gemeten sinds 1850 (toen werd gestart met het meten van de mondiale oppervlaktetemperatuur). Als de uitstoot van broeikasgassen blijft toenemen, kunnen de mondiale temperaturen verder stijgen met 1,8 tot 4 C in 2100 (IPCC). Figuur 3. Mondiale temperatuurveranderingen Het IPCC, de klimaatcommissie van de VN, verzamelt elke zes jaar de laatste wetenschappelijke inzichten over het klimaat in haar rapporten. Aan het IPCC-rapport wordt jaren gewerkt door een internationaal team van wetenschappers. Onafhankelijke onderzoekers geven commentaar op het rapport en de samenvatting, zodat de eindtekst zo evenwichtig en betrouwbaar mogelijk is. Het laatste rapport van het IPCC uit 2007 (met wel 2500 pagina s)

6 stoelt op veel meer waarnemingen en betere modellen dan zijn voorganger. Begin 2010 kwamen echter fouten aan het licht in rapporten van het IPCC. Het ging onder andere om onjuiste informatie over het smelten van gletsjers in de Himalaya en het percentage landoppervlak in Nederland dat onder de zeespiegel ligt. Het Nederlandse Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) concludeerde na aanvullend onderzoek, dat de hoofdconclusies van het IPCC rapport gelijk blijven ondanks de fouten die gemaakt waren. De gevolgen van klimaatverandering zijn voor ons in Nederland niet heel duidelijk te merken. In de afgelopen eeuw is de temperatuur in Nederland met circa 1 C gestegen (Klimaatportaal). Onderzoekers zien dat hier andere plant- en diersoorten voorkomen dan eerst. Warmteminnende soorten komen ons land binnen of breiden zich verder uit, terwijl de koudeminnende soorten verdwijnen of voorkomen in een kleiner gebied (Klimaatportaal). De verwachting is dat het in Nederland nog wat warmer wordt en dat er extremer weer zal zijn, zoals veel neerslag en periodes van hitte. In andere landen zijn de negatieve gevolgen van een veranderend klimaat wel al goed merkbaar. Door een verandering van het klimaat ontstaan onder andere waterschaarste en woestijnen, neemt de biodiversiteit af en kunnen gewassen op bepaalde plekken niet meer verbouwd worden. Bovendien smelt het ijs in gebergten en op Groenland, waardoor de mondiale zeespiegel zal stijgen. Juist in armere landen waar minder geld en kennis is om maatregelen te nemen, heeft klimaatverandering nu al het meest effect. Zoals in Ethiopië waar het op sommige plekken zo droog is dat het vee overlijdt en de gewassen niet groeien. 1.2 Afhankelijkheid We zijn afhankelijk van verscheping en pijpleidingen om fossiele brandstoffen van rond de wereld naar ons te transporteren. Politieke onzekerheid kan ervoor zorgen dat we geen toegang meer hebben tot deze hulpbronnen. Daarnaast zijn fossiele brandstoffen niet overal op aarde (makkelijk) te winnen. Dat maakt ons afhankelijk van de landen die wel over fossiele energiebronnen beschikken. Voor aardolie geldt bijvoorbeeld dat er een klein aantal olie producerende en exporterende landen is. Een aantal van deze landen hebben zich verenigd in de de OPEC (Organization of the Petroleum Exporting Countries). De OPEC landen zijn Algerije, Angola, Ecuador, Iran, Irak, Koeweit, Libië, Nigeria, Qatar, Saoedi-Arabië, Verenigde Arabische Emiraten, Venezuela. Figuur 4. OPEC landen Figuur 5. Aardgasproductie per land Daarnaast produceren ook onder andere Canada, Mexico, Noorwegen, de Verenigde Staten, Rusland, Oman en Brazilië olie. Op de kaart hieronder staat de grootte van een land evenredig met de olieproductie: hoe meer olie een land produceert des te groter het is weergegeven. De kleurcode geeft het olieverbruik weer. Valt je ook wat op?

7 Figuur 6. Wie heeft de olie? (Bron: Eindigheid Een andere reden om zuinig om te gaan met energie is de eindige voorraad fossiele brandstoffen. De fossiele brandstoffen (steenkool, aardgas, aardolie) zijn in miljoenen jaren gevormd uit plantenresten. De voorraden zijn weliswaar heel groot maar op een gegeven moment zijn ze op. Of ze zitten zo diep in de aardkorst dat het heel duur wordt om ze te winnen. We produceren CO 2 als we fossiele brandstoffen verbranden, waardoor we bijdragen aan de verandering van het klimaat. Daarnaast produceren we ook rook, roet en (uitlaat)gassen die leiden tot verzuring, afhankelijk van de verbrandingsomstandigheden, de gebruikte apparatuur om uitlaatgassen te zuiveren en de samenstelling van de brandstof. Fossiele brandstoffen zijn een beperkt beschikbare hulpbron en ze bevinden zich vaak ver weg van Europa in gebieden waar politieke onzekerheden zijn. Soms zijn de voorraden directe aanleiding tot onzekerheden en onlusten. Uit schattingen blijkt dat we bij een tempo van 93 miljoen vaten per dag de piek in de mogelijke oliewinning zullen bereiken in Het huidige olieverbruik is ruim 85 miljoen vaten per dag. Er bestaat echter een wereldwijde zorg dat we daarmee piek al bereikt hebben en de nieuw ontdekte bronnen niet genoeg zullen zijn om aan onze groeiende vraag te voldoen. In 1956 voorspelde M. King Hubbert, een geoloog bij Shell, dat de piek van de olieproductie in de VS eind jaren 1960 zou plaatsvinden. Hoewel hij werd uitgelachen door het merendeel van de industrie bleek hij wel gelijk te hebben. Hij was de eerste die vaststelde dat ontdekking van olie en dus de olieproductie een klokvormige verdeling zou volgen. Na zijn succes met het voorspellen van de piek in de VS, werd deze analyse bekend als Hubberts Peak (bron:

8 Figuur 7. Wereldproductie vs. tijd (bron: ASPO, 2005) 1.4 Stijgend energieverbruik Volgens het Internationale Energie Agentschap (IEA), blijft het gemiddelde energieverbruik wereldwijd gemiddeld met 2% per jaar stijgen. Deze jaarlijkse toename van het energieverbruik leidt iedere 35 jaar tot een verdubbeling. Energieverbruik hangt enigszins samen met economische prestaties, maar er is een groot verschil tussen de hoeveelheid energie die verbruikt wordt in de meest ontwikkelde landen vergeleken met de armere landen. Wist jij dat een gemiddelde inwoner van de Verenigde Staten 57 keer meer energie verbruikt dan iemand in Bangladesh? De VS verbruiken 25% van de energie in de wereld (met een aandeel van 22% in de mondiale productiviteit en van 5% in de wereldpopulatie). De grootste groei van energieverbruik is op het moment te zien in China, dat de laatste 25 jaar met 5,5% per jaar gegroeid is. In Europa is de groei ongeveer 1%. Als we kijken naar trends in het aanbod van de aparte energiebronnen, zien we dat de afgelopen 35 jaar er wereldwijd een totale toename van het energieverbruik is. Hierbinnen hebben gas en nucleaire energie een groter aandeel in het totale aanbod gekregen, met een relatieve afname van het gebruik van olie. Europa is nog steeds sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen. Tussen 1990 en 2005 is het aandeel fossiele brandstoffen in het totale energieverbruik een beetje afgenomen, van ongeveer 83% tot 79% (zie Figuur 8 hieronder). In de eerste 10 jaar van deze periode, werd gas steeds meer gebruikt voor het opwekken van energie, waarbij het aandeel aan steenkool afnam. Dit resulteerde in een enorme afname van uitstoot de lucht in. Sinds 1999 is het gebruik van kolen weer toegenomen als gevolg van zorgen over de zekerheid van gasaanvoer en stijging van de gasprijzen.

9 Figuur 8. Totaal Primaire Energieverbruik door Brandstof 1.5 Links en bronnen Planbureau voor de Leefomgeving, Dossier Klimaatverandering: Europees Milieu Agentschap: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Het Klimaatbureau van de Verenigde Naties: Klimaatportaal (PCCC): Veel meer informatie over klimaatverandering is te vinden op Kennislink: Bronnen Figuur 1: Figuur 2: Figuur 3: IPCC Figuur 4 en 5: OPEC en Natural gas Figuur 6: Figuur 7: Figuur 8: EEA, Energy & the Environment, 2008

10 Hoofdstuk 2: Wat is energie eigenlijk? Onderwerpen: Wat energie is en wat het betekent In welke vorm energie kan bestaan Energie is overal om ons heen en zonder energie zouden we niet kunnen leven. We gebruiken het iedere dag, op veel verschillende manieren. Het eten dat we eten bevat energie; voor het papier waar deze tekst op staat was energie nodig om het te produceren en het licht waarbij je dit leest, is ook energie. Maar waar komt al deze energie vandaan? En wat doen we ermee? Gebruiken we het op een verstandige manier of verspillen we het onnodig? Wat gaan we doen als alle steenkool en olie op is? Kunnen we op een betere manier energie produceren en gebruiken zodat we klimaatverandering kunnen tegengaan? Definitie: Energie is de capaciteit om arbeid te verrichten. De hoeveelheid energie dat iets heeft, is de hoeveelheid werk dat het kan doen. 2.1 Energievormen De totale hoeveelheid energie in een gesloten systeem (dat wil zeggen dat er geen materiaal of straling in- of uit kan) blijft altijd gelijk; dit heet de wet van behoud van energie. De totale energie van een systeem is de optelsom van alle microscopische en macroscopische energieën, namelijk: thermische, mechanische, kinetische, potentiële, elektrische, magnetische, chemische en nucleaire energie Thermische energie De som van alle microscopische vormen van energie in een systeem wordt inwendige energie genoemd. Het hangt samen met de moleculaire structuur en met de mate van moleculaire activiteit. Thermische energie is de som van de latente inwendige energie en de voelbare inwendige energie. Voelbare energie is onderdeel van interne energie en is de kinetische energie van de moleculen zoals moleculaire translatie, rotatie en vibratie; elektron translatie en rotatie; en nucleaire rotatie. Latente energie is ook onderdeel van inwendige energie, en ontstaat tijdens de verandering van de fase van een systeem. Definitie: Thermische energie is de totale inwendige kinetische energie van een object als gevolg van willekeurige bewegingen van atomen en moleculen. Warmte stroomt tussen systemen van plekken met een hoge temperatuur naar plekken met een lage temperatuur. De stroom van thermische energie tussen twee objecten, die van temperatuur verschillen, gaat via geleiding, convectie en straling. Definitie: Warmte is de totale thermische energie in beweging Om deze energiestroom te berekenen, kan de volgende vergelijking gebruikt worden: q V c dt

11 Hier is c v de warmtecapaciteit, ofwel de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een object te verhogen met één graad. Eenheid: [J/K]. De eenheid van warmte als energievorm is calorie of joule. Een calorie is de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van een gram water met één graad Celsius verhogen. In tegenstelling tot warmte, is de temperatuur gerelateerd aan de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in een stof. De eenheid voor temperatuur is Kelvin (K), maar het kan ook uitgedrukt worden in graden Celsius ( C). [K] = [ C] Definitie: Temperatuur is de gemiddelde kinetische energie van deeltjes Warmte en temperatuur verschillen van elkaar Warmte Totale thermische energie Eenheid Joule Meten met Calorimeter Temperatuur Gemiddelde van de kinetische energie Eenheid Kelvin Meten met Thermometer Thermische energieverandering in een systeem kan berekend worden aan de hand van: Q m c T Q: Verandering in thermische energie m: Massa van een stof ΔT: Verandering van de temperatuur (T eind - T begin ) c: Specifieke warmtecapaciteit van een stof ([J/kg K]) Als de temperatuur van een systeem toeneemt, neemt ook de thermische energie toe doordat de kinetische energie van deeltjes toeneemt. Maar ook als de temperatuur niet verandert, kan de thermische energie hoger zijn; bijvoorbeeld in een stof met veel massa. Samenvatting: Thermische energie is de totale interne kinetische energie van een object door de beweging van de atomen en de moleculen. Thermische energie kan van binnenuit toenemen door chemische, nucleaire en elektrische reacties. De thermische energie kan ook stijgen door externe effecten, zoals mechanische, straling en geleiding effecten. Het hangt samen met warmte en temperatuur. Warmte en temperatuur zijn verschillend. Warmte is de energiestroom van een plek met een hogere temperatuur naar een plek met een lagere temperatuur. De eenheid is calorie of joule. Temperatuur is de maat van de gemiddelde kinetische energie van moleculen. De eenheden zijn Celsius, Kelvin en Fahrenheit Chemische energie Chemische energie is de energie die opgeslagen is in de verbindingen tussen chemische elementen. Het kan vrijkomen tijdens een chemische reactie, vaak in de vorm van warmte; zoals bij exotherme reacties. Tijdens endotherme reacties, die een invoer van warmte vereisen om te

12 ontstaan, kan een deel van de energie opgeslagen worden als chemische energie in nieuw gevormde verbindingen. Een paar voorbeelden: De chemische energie in voedsel wordt in het lichaam omgezet in mechanische energie en warmte. Als voedsel verteerd wordt en met zuurstof in de stofwisseling wordt opgenomen, komt chemische energie vrij die omgezet kan worden in warmte, of in kinetische energie door je spieren. De chemische energie in kolen wordt omgezet in elektrische energie in een energiecentrale. De energie komt vrij door een verbrandingsreactie. De chemische energie in een batterij kan elektrische stroom afgeven door middel van elektrolyse. Energie uitwisseling gebeurt in de volgende processen: 1. Chemische reacties 2. Verandering van fase 3. De vorming van oplossingen Magnetische energie Een magnetisch veld is een veld van vectoren dat wordt geproduceerd door magnetische en elektrische stromen. De eenheid is tesla [T]. De magnetisch veldlijnen lopen van de noord naar de zuidpool. Figuur 9: Magnetische veld lijnen Definitie: Een magnetisch veld is een veld van vectoren dat om magneten en elektrische stromen loopt. Bijvoorbeeld, een deeltje met een elektrische lading q, dat met een snelheid v beweegt in een veld met sterkte B ervaart een magnetische kracht F: F q( v B) De werking van deze magnetische kracht wordt bepaald door de potentiële energie van een magneet en is gelijk aan: E P, m m B Hierbij is m het magnetische moment en B het magnetische veld. Definitie: Magnetische energie is het werk gedaan door de magnetische kracht. Een magnetisch veld heeft ook eigen energie met een energiedichtheid die evenredig is met het kwadraat van de veldsterkte:

13 1 2 um B 2 0 µ 0 is de magnetische constante. De energie van een spoel (inductie L) waar een stroom I door loopt: E P, m 1 2 L I 2 Er is geen fundamenteel verschil tussen magnetische energie en elektrische energie. Elektrische energie van een condensator is energie E P, m L I Nucleaire energie Een nucleaire reactie is het proces waarbij twee kernen (met protonen en neutronen) of nucleaire deeltjes op elkaar botsen om nieuwe producten te produceren die verschillen van de oorspronkelijke deeltjes. Een reactie kan meer dan drie botsende deeltjes omvatten, maar de kans dat drie of meer kernen tegelijkertijd bij elkaar komen op dezelfde plek is veel kleiner dan kans dat twee deeltjes botsen. Voorbeeld van een nucleaire reactie: 2 Q C E P e 2, en van een spoel is de magnetische Li 1H 2He 4 2 He Als deeltjes botsen en scheiden zonder te veranderen wordt het proces een elastische botsing genoemd in plaats van een reactie. Definities: Kernsplitsing: Een zware atoomkern opbreken in lichtere delen. Hierbij komt energie vrij omdat de som van de massa s van de lichtere delen kleiner is dan de massa van de zware kern (bijvoorbeeld Uranium). Kernfusie: samenvoegen van lichte kernen tot een zwaardere. Hierbij komt energie vrij omdat de massa van de zwaardere kern kleiner is dan de som van de massa s van de lichtere (bijvoorbeeld Waterstof). Kernenergie: Energie die vrijkomt bij splitsing en fusie. Kernsplitsing is een nucleaire reactie. De kern van een atoom splitst zich op in kleinere delen en produceert vrije neutronen en lichtere kernen, die uiteindelijke fotonen produceren (in de vorm van gamma straling). Splitsing van zware elementen is een exotherme reactie die grote hoeveelheden energie kan opleveren zowel via elektromagnetische straling als via kinetische energie van de deeltjes. De deeltjes die het opbrengt zijn van niet hetzelfde element als het originele atoom.

14 Figuur 10: Splitsing van een U-Atoom door een botsing met een neutron Figuur 11: Fusie van Li-Atoom met Deuterium Kernfusie is het proces waarbij meerdere atoomkernen zich samen voegen om een zwaardere kern te vormen. Hierbij komt energie vrij. Fusiereacties geven energie aan sterren en produceren de lichtste elementen in een proces. Hoewel bij fusie van lichtere elementen in sterren energie vrijkomt, absorbeert de productie van zwaardere elementen energie. Als de fusiereactie een voordurende ongecontroleerde keten is, kan het resulteren in een thermonucleaire explosie. Dit gebeurt met een waterstofbom. Voorbeeld: De energie van de zon is een vorm van energieconversie. In de zon wordt via het proces van fusie van waterstof ongeveer 4 miljoen ton zonnedeeltjes per seconde omgezet in licht. Dit licht wordt uitgestraald de ruimte in, maar tijdens dit proces verandert het totale aantal protonen en neutronen in de zon niet Elektrische Energie Elektrische energie is één van de belangrijkste onderdelen van onze energie aanvoer en is een belangrijke energiedrager. Voor een beter begrip wat elektriciteit is en hoe het werkt gaan we er in deze paragraaf wat dieper op in. Wat is elektriciteit? Elektriciteit is een algemene term die verschillende fysische effecten omvat, zoals de stroom bestaande uit een stroom van elektrische ladingen, statische elektriciteit, elektromagnetische inductie of elektromagnetische velden. Elektriciteit is één van onze belangrijkste energiedragers, maar moet opgewekt worden. Een groot voordeel van elektriciteit als energiedrager is dat het één van de meest flexibele energievormen is en schoon is in het gebruik. Elektriciteit wordt op verschillende manieren gebruikt. Bijvoorbeeld voor verlichting, verwarming, of telecommunicatie. Toen Thomas A. Edison in de jaren 1870 de eerste gloeilamp ontwikkelde die praktisch bruikbaar was, kon niemand zich voorstellen dat in de 21 e eeuw een leven zonder elektriciteit bijna onmogelijk lijkt. Als elektriciteit even niet beschikbaar is vanwege bijvoorbeeld technische storingen, realiseren we ons vaak hoe afhankelijk we er van zijn. Het volgende gedeelte gaat in het kort in op de belangrijkste elektrische termen. Elektrische lading De elektrische lading is een fundamentele fysische eigenschap van atoomdeeltjes en subatomaire deeltjes. Elektrisch geladen materiaal produceert elektromagnetische velden en wordt daardoor beïnvloed. De eenheid van een elektrische lading is de Coulomb, en staat gelijk aan ongeveer 6, maal de lading van één elektron of proton. Elektrische ladingen kunnen zowel negatief als

15 positief zijn. Deeltjes met ongelijke ladingen trekken elkaar aan terwijl gelijke ladingen elkaar afstoten. Elektrisch veld Een elektrisch veld (E) wordt gecreëerd door een enkele puntlading (q) op een zekere afstand (r) en wordt weergegeven door: E Q e 4 r 0 ε 0 (elektrische constante) = 8, F/m r r 2 Figuur 12: De richting van elektrische veldlijnen. Bij een positieve lading gaat de richting van de elektrische veldlijnen van de puntlading vandaan; terwijl de richting van de lijnen omgekeerd is bij een negatieve lading. Figuur 13: Elektrische veldlijnen tussen twee ladingen Definitie: Een elektrisch veld is een vectorenveld om een elektrische lading. Voor een puntlading is het de kracht per eenheid lading. De eenheid is newton per coulomb [N/C] of volt per meter [V/m]. Michael Faraday heeft als eerste bijgedragen aan het concept van een elektrisch veld. Volgens de wet van Coulomb, stoten gelijke ladingen elkaar af en trekken ongelijke ladingen elkaar aan. De elektrische kracht tussen q 1 en q 2 ladingen wordt door Coulombs wet als volgt gedefinieerd:

16 q q F k r Waarbij r de afstand is tussen de twee ladingen En k de constante van Coulomb die gelijk is aan: 1 k Nm 2 / C 2 Definitie: de wet van Coulomb beschrijft de omvang van de elektrostatische kracht tussen twee elektrische puntladingen. De kracht is evenredig aan het product van de omvang van iedere lading en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de twee ladingen. Elektrische stroom De elektrische stroom is de hoeveelheid bewegende elektrische ladingen per tijdseenheid. De eenheid van elektrische stroom is ampère. De stroom (I) kan berekend worden met de volgende vergelijking: I Q t Q t is de elektrische stroom in Coulomb is tijd in secondes Definitie: Een ampère wordt gedefinieerd als de constante stroom van 6, elementaire ladingen (zoals elektronen) die iedere seconde door een grens gaan. Elektrisch potentiaal De potentiële elektrische energie van ladingen op een bepaalde positie wordt gedefinieerd als de arbeid die verricht moet worden om de ladingen vanaf oneindige afstand naar die positie te brengen tegen de Coulombkracht in of de arbeid die verricht wordt door de Coulombkracht bij het scheiden van de ladingen van deze positie naar een oneindige afstand. Potentiële elektrische energie is gelijk aan: 1 q1q 4 r 2 E P, E 0 F + - F q 1 q 2 F + + F r Figuur 14: Coulombkrachten tussen twee ladingen.

17 Het elektrische veld slaat energie op. De energiedichtheid van het elektrische veld is: u 1 E 2 2 Waarbij ε de permittiviteit is (diëlektrische constante) van het medium waarin het veld bestaat en E de vector van het elektrische veld. Definitie: Potentiële elektrische energie is het werk dat gedaan moet worden tegen de Coulomb kracht. Als de lading wordt opgeslagen op een condensator (elektrische capaciteit C) is het elektrische potentiaal tussen de condensatorplaten: 2 q C E P, E 2 De hoeveelheid elektrische energie door een elektrische stroom kan uitgedrukt worden in: E U Q of E U I t Hierbij is U het elektrische potentiaalverschil [volt], Q de lading [coulomb], I de stroom [ampère], en t de tijd waarin de stroom loopt [seconde]. Deze uitdrukkingen zijn belangrijk bij de praktische metingen van energie, net als het potentiaalverschil. ε 0 is de elektrische constant en is gelijk aan 8, F/m k is de Coulomb constante en is gelijk aan Nm 2 /C Energie en Vermogen Energie en vermogen zijn twee verschillende dingen. Energie is de mogelijkheid om arbeid te verrichten. Vermogen is de snelheid waarmee deze arbeid wordt verricht of de snelheid waarmee energie wordt omgezet van de ene vorm in de andere. Bijvoorbeeld van chemische energie (kolen) in elektrische energie in een energiecentrale en van elektrische in mechanische energie in een motor. De eenheid van energie is de Joule (J). Eén joule is de energie die nodig is om een object te verplaatsen met een kracht van 1 Newton over een afstand van 1 meter in de richting van die kracht. Ofwel de energie die het kost om één ons, één meter op te tillen. De eenheid van vermogen is de Watt (W). Met een vermogen van 1 watt kan een energie van 1 joule in 1 seconde uitgeoefend worden. Zo is er een vermogen van 100 Watt nodig om 10 kilo in één seconde één meter op te tillen. Vermenigvuldiging van eenheden Omdat een joule en een watt vrij klein zijn, spreken we vaker van duizenden joules kilo joule (kj)-, miljoenen joules - megajoules (MJ) - of miljarden joules - gigajoules (GJ). Zo hebben we ook de kilowatt (kw), megawatt (MW) en gigawatt (GW). Menselijk Vermogen Maar wat betekenen watts en joules in werkelijkheid? Hoeveel gebruiken we in ons eigen lichaam? En is dat genoeg om ons leven te kunnen leiden?

18 Een Olympische gewichtheffer kan W leveren, maar niet langer dan een minuut. Een wielrenner in de Tour de France kan 500 W gedurende meerdere uren halen. Een zittend persoon in rust, gebruikt ongeveer 100 W voor de basis lichaamsprocessen: ademen, denken, etc. Paardenkracht is een oude meeteenheid met verschillende definities, maar staat gewoonlijk gelijk aan 745 W. Er werd dus (optimistisch!) gedacht dat een paard in staat was om 745 W te leveren. Maar in de praktijk zijn menselijke of paardenkracht niet meer genoeg voor ons, gezien de manier waarop we leven. Het zijn maar kleine hoeveelheden vergeleken met wat we nodig hebben om onze elektriciteit te produceren, onze fabrieken te laten draaien, ons transport te laten rijden etc. Daarom hebben we olie, gas, wind en zonne-energie zo hard nodig. Eenheden van Energie en Vermogen Kilowattuur (kwh) is een eenheid van energie of arbeid, meestal gerelateerd aan elektrische energie, maar ook voor andere energievormen. Als energie verbruikt wordt in een tempo van 1000 joules per seconde (ofwel 1000 W) gedurende 1 uur, dan is 1 kilowattuur aan energie verbruikt. Bijvoorbeeld, als een gloeilamp van 100W 10 uur aanstaat, verbruikt hij 1 kilowattuur (100 W * 10 uur = Wh = 1 kwh). Dit is gelijk aan 3,6 miljoen joule. Ton olie-equivalent (toe) is een standaard eenheid voor energie. Deze eenheid is handig wanneer grote hoeveelheden verschillende brandstoffen onderling vergeleken moeten worden. Een ton aardolie heeft namelijk een netto calorische waarde van kj, ofwel van ongeveer 42 GJ. 1 toe = 11,630 MWh Het vermogen van enkele apparaten: Desktop Computer Watt Laptop Watt 17" CRT Monitor (kast) 80 Watt 17" LCD Monitor (plat scherm) 35 Watt Slaapstand / Stand-by 1-6 Watt Om de kosten van het elektriciteitsverbruik te berekenen gebruik je de volgende formule: Watt * Gebruiksuren * Kosten per kwh Totale Kosten Links en bronnen Internationaal Energie Agentschap (IEA): Europees Milieu Agentschap: Energie Centrum Nederland:

19 Hoofdstuk 3: Energiebronnen Onderwerpen: De belangrijkste energiebronnen: fossiel en duurzaam Primaire en secundaire energie Energiebronnen De natuur geeft ons talrijke energiebronnen, waaronder straling van de zon, stromend water, oceaangolven, wind en de getijden. Energie komt ook uit fossiele brandstoffen (inclusief steenkool, olie en aardgas). Deze bronnen zijn in te delen in hernieuwbare (duurzame) en niethernieuwbare bronnen. Ze worden hernieuwbaar genoemd omdat ze ofwel continu aangevuld worden of, voor alle praktische doelen, onuitputtelijk zijn. Niet-hernieuwbare energiebronnen zijn fossiele brandstoffen (aardgas, aardolie, kolen en turf) en nucleaire brandstoffen (uranium, lithium). Fossiele brandstoffen hebben een hoge energieinhoud en komen wijd verspreid voor. De meeste industrieën, diensten en transportsectoren in de wereld zijn afhankelijk van deze niet-hernieuwbare energiebronnen. Op het moment zijn de energiebronnen die het meest door de mens gebruikt worden niet duurzaam. Hernieuwbare, duurzame energiebronnen zijn er in verschillende soorten: Gravitatiekrachten van de zon en maan, die zorgen voor de getijden; Rotatie van de aarde in combinatie met zonne-energie, die zorgen voor wind en stromingen in de oceaan; Verval van radioactieve mineralen en de interne warmte van de aarde, die zorgen voor geothermische energie; Fotosynthetische productie van organische stoffen (biomassa); De directe warmte van de zon (straling). 3.1 Fossiele brandstoffen Fossiele brandstoffen zijn op een natuurlijke manier gevormd, onder andere door anaerobe afbraak van dode organismen die 300 miljoen jaar geleden leefden. Deze brandstoffen bestaan uit een hoog percentage koolstof en koolwaterstoffen. Fossiele brandstoffen variëren van vluchtige stoffen, met eenvoudige koolwaterstofverbindingen zoals methaan en vloeibare olie, tot niet-vluchtige materialen die bestaan uit bijna pure koolstof, zoals bruinkool of steenkool. Verwarming met vaste fossiele brandstoffen is een belangrijke oorzaak van luchtvervuiling. Het verbranden van deze brandstoffen zorgt voor de uitstoot van zwaveldioxide, stikstofoxides, koolmonoxide, kooldioxide, organische en anorganische uitstoot, (fijn)stof en andere deeltjes Steenkool Kolen zijn wereldwijd de grootste energiebron voor het opwekken van elektriciteit en warmte. Tegelijkertijd is steenkool wereldwijd één van de grootste bronnen van koolstofdioxide (CO2) emissies. Ieder jaar wordt ongeveer 6,2 miljard ton kolen geproduceerd. Om elektriciteit op te wekken met kolen, moeten ze meestal eerst vergruisd en dan verbrand worden in een oven waarop een stoomketel is aangesloten. De warmte van de oven zet het water in de ketel om in stoom en dit wordt vervolgens gebruikt om turbines rond te draaien. Deze turbines drijven generatoren aan die de elektriciteit opwekken. Daarbij gaat wel veel warmte verloren. Een efficiëntere manier om kolen te gebruiken is de warmtekrachtkoppeling centrale

20 (WKK) waarbij de afvalwarme wordt gebruikt om bijvoorbeeld nabijgelegen woningen te verwarmen. De hoeveelheid potentiële energie in kolen die omgezet kan worden in daadwerkelijke warmte is 24 MJ/kg Aardolie Aardolie of ruwe olie, is een vloeistof die bestaat uit een complexe mix van koolwaterstoffen met verschillende moleculaire gewichten en andere organische stoffen. Het ontstaat op een natuurlijke wijze als gevolg van een langzame ontbinding van organisch materiaal onder het aardoppervlak. Aardolie wordt gevonden in rotsformaties die bestaan uit scheuren en kloven in de stenen. De koolwaterstoffen in ruwe olie zijn vooral alkanen, cycloalkanen en verschillende aromatische koolwaterstoffen, terwijl de andere organische stoffen stikstof, zuurstof en zwavel bevatten en metalen zoals ijzer, nikkel, koper en vanadium. Door aardolie te destilleren worden brandstoffen verkregen. De meeste voorkomende brandstoffen zijn: Ethaan en andere alkanen met korte ketens Dieselolie Stookolie Benzine (gasoline) Vliegtuig brandstof Kerosine (Paraffine) Vloeibaar petroleum gas (LPG) In ruwe olie, waarmee zuurstof op een exotherme manier reageert, is de opgeslagen energie 46,3 MJ/kg. In 2008 was de totale wereldwijde productie van ruwe olie vaten per dag. De totale consumptie in 2007 bedroeg vaten per dag Aardgas Aardgas is een mengsel van brandbare gassen dat zich in de aardkorst bevindt. Het is een afgeleide van olie. Gas is na ruwe olie de belangrijkste fossiele brandstof. Het bestaat voor 70 tot 90% uit methaan (CH 4 ) met andere brandbare koolwaterstoffen zoals ethaan (C 2 H 6 ), propaan (C 3 H 8 ), butaan (C 4 H 10 ) en het kan daarnaast ook koolstofdioxide (CO 2 ), stikstof (N 2 ), helium (He) en waterstofsulfide (H 2 S) bevatten. Aardgas wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken door middel van gas- en stoomturbines. Er kan vooral een hoge efficiency bereikt worden door aardgas te gebruiken in energiecentrales die zich richten op pieken in de stroomvraag en in netwerkaggregaten door gasturbines met een stoomturbine te combineren als WKK. Het verbranden van aardgas is schoner dan kolen en olie omdat er minder CO 2 per eenheid energie vrijkomt. Voor een vergelijkbare hoeveelheid warmte, produceert aardgas ongeveer 30% minder koolstofdioxide dan het verbranden van aardolie en ongeveer 45% minder dan het verbranden van kolen. De energiedichtheid van aardgas is ongeveer 35 MJ/m 3 en de wereldwijde productie per jaar is 3.618,524 miljard m 3. In datzelfde jaar (2006) was het wereldwijde verbruik van aardgas 2.956,986 miljard m 3.

21 3.1.4 Nucleaire Brandstof Er zijn grofweg twee bronnen van nucleaire energie: splitsingsenergie en fusie-energie. Verschillende zware elementen, zoals uranium, thorium en plutonium, ondergaan zowel spontane splitsing, een vorm van radioactief verval, als fusie. Splitsing wordt in alle huidige kerncentrales gebruikt. In een splitsing reactor, worden neutronen die geproduceerd zijn door de splitsing van brandstofatomen gebruikt om meer splitsing in gang te zetten, zodat een controleerbare hoeveelheid energie blijft vrijkomen. Het lange termijn gebruik van splitsingsenergie hangt af van de hoeveelheden uranium en thorium die kunnen worden opgegraven, van de mogelijkheden van de producent om het afval een veilige manier op te slaan en van het voorkomen van grote ongelukken. Fusie is de reactie die energie verschaft aan sterren, inclusief de zon, maar die tot op heden onpraktisch blijkt op aarde. Er wordt al meer dan 50 jaar onderzoek gedaan naar gecontroleerde fusie, met als doel om fusiekracht te produceren voor de productie van elektriciteit. Voor fusieenergie wordt meestal gebruik gemaakt van deuterium, een isotoop van waterstof; al wordt tegenwoordig ook lithium gebruikt. Of fusie op de lange duur gebruikt zal worden, hangt af van of er een praktisch bruikbare en betaalbare technologie kan worden ontwikkeld. Als de fusiereactie een doorlopende ongecontroleerde keten is, kan het resulteren in een thermonucleaire explosie. Dit gebeurt bijvoorbeeld in een waterstofbom. Allebei de types kernenergie creëren radioactief afval. Dit nucleair afval blijft nog jarenlang radioactief: tot een paar duizend jaar. Hierdoor is kernenergie geen duurzame energievorm te noemen. 3.2 Duurzame energie We kunnen ook verschillende soorten duurzame energie onderscheiden. We noemen het duurzame energie omdat het energie is die niet op raakt. Zolang de zon blijft schijnen is er zonne-energie. De belangrijkste bronnen van duurzame energie zijn de zon, wind, biomassa, waterkracht en geothermie Zonne-energie De zon als bron is gratis beschikbaar, onuitputtelijk en het kan op verschillende manier worden gebruikt. Iedere dag zendt de zon een enorme hoeveelheid energie uit in de vorm van straling. Net als andere sterren, is de zon een grote gasbol die grotendeels bestaat uit waterstof- en heliumatomen in een constant verbrandingsproces, of beter gezegd, in een samensmeltingproces dat kernfusie wordt genoemd. Om helium te vormen fuseren de waterstofatomen in de zon bij extreem hoge temperaturen en druk. Vier waterstofkernen fuseren tot één heliumkern waarbij massa wordt omgezet in stralingsenergie. De vier waterstofkernen zijn samen namelijk zwaarder dan de heliumkern. Het verschil in massa wordt (volgens E=mc 2 ) omgezet in energie. Die stralingsenergie is de eerste bron van leven op onze planeet.

22 Figuur15. Stralingsenergie Slechts een klein deel van de uitgestraalde energie raakt de aarde; één deel op de twee miljard. De overige straling verspreidt zich over de ruimte. Van dat kleine deel dat de aarde raakt, wordt ongeveer 15% terug de ruimte in gereflecteerd, 30 % zorgt voor de verdamping van water wat zich vervolgens in de atmosfeer ophoopt en neerslag produceert. Verder wordt zonne-energie geabsorbeerd door planten, het land en de oceanen waardoor het plantaardig leven kan bestaand dankzij de fotosynthese. De rest van de zonne-energie zou al vele malen meer dan genoeg zijn om in onze energiebehoefte te voorzien. Hoe kunnen we zonne-energie gebruiken? Er zijn verschillende manieren om zonne-energie thuis, op school of in andere gebouwen te gebruiken. De drie belangrijkste zijn: 1. Passieve warmte: dit is het gebruik van de natuurlijke warmte van de zon. Door gebouwen zo te ontwerpen kun je ervoor zorgen dat er minder aanvullende verwarming nodig is. Bijvoorbeeld door een huis compact en goed geïsoleerd te bouwen en gericht op de zon, zodat er zoveel mogelijk warmte in de woning blijft. 2. Zonnewarmte: de warmte van de zon gebruiken om water te verwarmen voor huizen of voor zwembaden. Bijvoorbeeld door het gebruik van een zonneboiler. In een zonneboiler wordt de zonnecollector verbonden met een andere vorm van verwarming (zoals een gasboiler, elektrische boiler etc.) voor het geval er te weinig zon is (bewolkt, nacht, etc.). In de zomer zou de zogenaamde warmtedrager water kunnen zijn, maar om de zonnecollector het hele jaar door te kunnen gebruiken moet er een vloeistof in die niet kan bevriezen.

23 3. Fotovoltaïsche energie (PV): de directe transformatie van zonne-energie in elektriciteit waarop apparaten en verlichting kunnen werken. Een fotovoltaïsch systeem werkt al wanneer er daglicht op valt. Het heeft niet per sé direct zonlicht nodig. Actieve systemen gebruiken verschillende types zonnecollectoren en kunnen een aanvullende bron voor verwarming zijn. De opbrengst hangt af van de geografische ligging, het aantal uren dat de zon schijnt en de intensiteit van de zon. Het warme water wordt opgeslagen in een tank maar het kan ook naar een zwembad of een grindopslag worden afgevoerd. De zonnecollector wordt meestal gebruikt voor warm tapwater. Fotovoltaïsche systemen gebruiken cellen om zonnestraling om te zetten in elektriciteit. De cel bestaat uit een of twee lagen van een halfgeleidend materiaal. Als licht op de cel schijnt, wordt er een elektrisch veld tussen de lagen gecreëerd, waardoor elektriciteit gaat stromen. Hoe groter de intensiteit van het licht, hoe groter de elektrische stroom. Op het moment kunnen PV cellen tussen de 6% en 15% van de stralingsenergie omzetten naar elektriciteit. Hoewel dit misschien niet zo lijkt, is dit een goed resultaat en zijn er veel mogelijkheden door deze technologie. Het meest gebruikte halfgeleidende materiaal in photovoltaïsche cellen is silicium (Si), een element dat gevonden wordt in zand. Er is dus genoeg grondstof beschikbaar; silicium is op twee na het meest overvloedige materiaal op aarde. Een photovoltaïsch system heeft geen fel zonlicht nodig om te werken. Het kan ook elektriciteit genereren op bewolkte dagen. Door reflectie van zonlicht, kunnen licht bewolkte dagen zelfs zorgen voor een grotere hoeveelheid opgewekte energie dan dagen waarop er geen wolkje aan de lucht is. Hoe werkt een PV cel? De belangrijkste onderdelen van een PV systeem zijn de cellen die de basisbouwstenen zijn en het zonlicht omzetten in elektrische spanning, de modules waarin grote aantallen cellen tot een eenheid zijn verwerkt en vaak ook de inverters die de opgewekte

24 laagspanning om zetten in een bruikbare elektriciteit (220 Volt wisselspanning). Ongeacht de grootte, produceert een normale silicium PV-cel een spanning van ongeveer 0,5 0,6 volt DC (gelijkspanning). De stroom die uit een PV cel komt, hangt af van de efficiency en van de oppervlakte en is evenredig met de intensiteit van het zonlicht dat op het oppervlak valt. Figuur16. Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Op de kaart zie je de energieopbrengst voor heel Europa. Hoe roder een plaats is, hoe beter de energie opbrengst. Onderaan de kaart laat de kleurlegenda twee belangrijke indicatoren zien: De jaarlijkse hoeveelheid straling op een vierkante meter PV modules, uitgedrukt in kwh/m 2 (Totale zonnestraling). De jaarlijkse mogelijke hoeveelheid zonne-elektriciteit opgewekt door een 1 kwp systeem, of kwh/kwp (Zonne-elektriciteit).

25 De eerste rij data (Totale zonnestraling) refereert aan de zonnestraling op één vierkante meter oppervlak per jaar. Dit betekent niet dat 1 m 2 ook echt die waarde produceert. Zoals gezegd, wordt niet alle zonnestraling die op een PV cel terechtkomt omgezet in elektriciteit, door technische beperkingen ( conversie efficiency ) en andere verliezen. De tweede rij data (Zonne-elektriciteit) laat direct zien hoeveel elektriciteit een 1 kw PV systeem kan genereren als het op een bepaalde plek wordt neergezet. De geschatte waarde omvat al verschillende verliezen en technologische beperkingen Windenergie Windenergie is het omzetten van de energie van de wind in een bruikbare vorm, zoals elektriciteit, door gebruik te maken van windturbines. In 2008 was het wereldwijd opgestelde vermogen aan windenergie 121,2 GW. Windenergie produceert ongeveer 1,5% van het wereldwijde elektriciteitgebruik. Het vermogen van 121 GW dat er staat wekt niet continu elektriciteit op, maar alleen als het voldoende hard waait Biomassa Biomassa bestaat uit organische stof. Bij energie gaat het meestal om hout en houtafval, stro, graan en andere overblijfselen uit de landbouw. Biomassa kan ook biologisch afbreekbaar afval bevatten (zoals mest, rioolafval etc.) dat verbrand kan worden als brandstof. De basistechnologieën van de (biomassa) industrie zijn de droge processen - verbranden, vergassen, en pyrolyse en het natte proces - biochemische transformatie, zoals vergisten tot methaan of ethanol en de productie van waterstof uit biomassa. Een andere technologie is de mechanisch- chemische transformatie waarbij olie wordt geperst uit biomassa (bijvoorbeeld lijnzaad) en wordt gemodificeerd tot biobrandstof. Figuur 17. Windturbines Hout of stro zijn, als ze goed worden verbrand, milieuvriendelijke brandstoffen. De enige vervuilende stoffen die vrijkomen bij de verbranding zijn stikstofoxides en een paar vaste vervuilende stoffen. De CO 2 is verbruikt tijdens de groei van de plant, dus er is geen probleem met deze uitstoot, het is een gesloten kringloop. Hout bevat bijna geen zwavel en in stro is dat ongeveer 0,1% dus daar komt ook weinig zwavel vrij bij verbranding. Er zijn ook wel nadelen verbonden aan biomassa als energiebron. Zo kan de teelt van biomassa voor energie een bedreiging zijn de wereldwijde biodiversiteit en voedselproductie. Op de plekken waar biomassa wordt geteeld, kunnen bijvoorbeeld geen akkers worden aangelegd. Ook

26 wordt er soms bos of regenwoud gekapt om ruimte te maken voor de teelt van biomassa gewassen Waterkracht Waterkracht: Deze vorm van energie wordt verkregen uit de kracht of energie van bewegend water. De meeste waterkracht komt van de potentiële energie van ingedamd water, dat een waterturbine en generator aandrijft. In dit geval is de energie die opgewekt wordt met het water afhankelijk van het volume en het hoogteverschil van de waterstroom. Het totaal opgestelde vermogen aan waterkracht is ongeveer MW ofwel 19% van het vermogen voor elektriciteitsopwekking in de wereld. Er wordt hierbij geen koolstofdioxide of andere uitstoot geproduceerd. Getijdenkracht: Dit is een vorm van waterkracht waarmee energie van de getijden wordt omgezet in elektriciteit of andere bruikbare vormen. Het gebruik van de getijden in baaien of riviermonden gebeurt in Frankrijk, Canada en Rusland. Het gevangen water drijft turbines aan als het in beide richtingen door de scheidingsdam gaat. Een nadeel van het systeem is dat het per definitie alleen eens in de zes uur veel energie opwekt. Dit beperkt de toepassing van getijde energie; getijde kracht is erg voorspelbaar maar niet aan te passen aan een veranderende elektriciteitsvraag. Golfkracht: Golven op het oceaanoppervlak transporteren energie. Deze energie kan opgevangen worden zodat het voor de mens nuttige dingen kan uitvoeren, zoals elektriciteit opwekken, water ontzouten, of water in opslagreservoirs pompen. Het gebruik maken van de kracht van de golfbewegingen op het oceaanoppervlak kan wellicht meer energie opleveren dan de getijden. De haalbaarheid is vooral in Schotland onderzocht Geothermie Geothermische energie is energie die verkregen wordt door warmte uit de aarde te tappen, meestal van kilometers diep in de aardkorst. Het is duur om een energiecentrale te bouwen, maar de werkingskosten zijn laag waardoor de energiekosten voor geschikte plekken laag zijn. De energie komt uit de warmte van de kern van de aarde. Er worden drie typen energiecentrales gebruikt om energie op te wekken uit geothermische energie: stoom, heet water en hybride. Stoom centrales onttrekken stoom uit breuken in de grond en gebruiken het om direct een turbine aan te drijven die een generator laat draaien. Heet water centrales gebruiken heet water uit de grond, meestal met temperaturen van boven de 200 C, en laten dit koken als het aan het oppervlak komt. Vervolgens wordt in de stoom fase, de stoom van het water gescheiden en wordt de stoom door een turbine geleid. In hybride centrales loopt het hete water door warmtewisselaars, waardoor een organische vloeistof aan de kook gebracht wordt die de turbine laat draaien. De gecondenseerde stoom en overgebleven geothermische vloeistof van alle drie de centrales worden terug geïnjecteerd in de warme rotsen om meer warmte op te nemen. In 2005 wekten 24 landen in totaal GWh (204 PJ) elektriciteit op uit geothermische energie. In 2007 was de mondiale capaciteit 10 GW. Een warmtepomp is een elektrisch apparaat dat kan verwarmen en koelen. De pomp zet natuurlijke laagwaardige warmte (waar we verder niets mee doen) van water, bodem of lucht om in warmte met een hogere temperatuur die gebruikt kan worden voor verwarming. Warmtepompen worden tegenwoordig steeds normaler als warmtebron. De stijgende energieprijs draagt er aan bij dat er (vooral ééngezins) meer warmtepompen in woningen te vinden zijn.

27 3.3 Primaire en secundaire energie Primaire energie is energie die geen omzetting of transformatieproces heeft ondergaan. Primaire energie omvat niet-hernieuwbare energie in ruwe brandstoffen zoals steenkool, ruwe olie, aardgas, uranium, en hernieuwbare energie zoals zonnestraling, wind, water en aardwarmte. Het kan moeilijk zijn om primaire energie in haar natuurlijke vorm te vervoeren. Primaire energietypen worden in een energietransformatieproces omgezet in handigere energiedragers: secundaire energie. Elektriciteit is het meest gebruikte voorbeeld; het wordt in elektriciteitscentrales geproduceerd uit kolen, olie, aardgas, wind, water, etc. Het gemak van elektriciteit als energiedrager heeft er toe geleid dat we een uitgebreid netwerk hebben ontwikkeld waarmee elektriciteit van een centraal productiepunt kan worden verspreid. Hoe werkt het in de praktijk? Als je een lamp van 100 Watt 5 uur laat branden heb je 0,1 kw x 5 h = 0,5 kwh elektrische energie verbruikt. In Joules uitgedrukt is dat 0,5 x 3,6 MJ = 1,8 MJ. Om die hoeveelheid elektriciteit op te wekken in een gasgestookt centrale met een efficiency van 40% is 1,8/0,4 = 4,5 MJ brandstof nodig. 1 m 3 aardgas levert 35 MJ. Dat wil zeggen dat er 4,5/35 = 0,129 m 3 gas, ofwel 129 liter gas nodig is om de 100 Watt lamp 5 uur te laten branden. Figuur 18. Proces van primaire naar secundaire energie 3.3 Links en bronnen Meer informatie: Solar Radiation Data: Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS): Milieu Centraal over duurzame energie: Organisatie voor Duurzame Energie: Bronnen Figuur 16: PVGIS, Figuur 17: Windmolens van

28 Hoofdstuk 4. Energieverbruik in Europa Onderwerpen Trends in verbruik van fossiele brandstoffen en duurzame bronnen Verbruik per sector Energieverbruik in Nederland 4.1 Trends in verbruik van verschillende energiebronnen Als we in figuur 19 kijken naar de trends in het gebruik van de afzonderlijke energiebronnen, zien we dat er de afgelopen 35 jaar in Europa een toename in verbruik van energie is. Binnen deze groei, hebben gas en nucleaire energie een groter aandeel in het totale aanbod gekregen, met een absolute afname van het gebruik van steenkool en een relatieve afname van het gebruik van olie. Europa is nog steeds sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen. Figuur 19: Totale primaire energieverbruik per brandstof, in 27 EU landen De toename van het totale verbruik lijkt in dit plaatje niet spectaculair, maar de eenheid langs de y-as is zeer groot. Voor brandstoffen wordt vaak de eenheid toe gebruikt, ofwel de Ton Olie Equivalent. 1 toe is de energie die vrijkomt als een ton (1.000 kg) ruwe aardolie wordt verbrand. 1 toe levert 41,9 PJ (Peta Joule) ofwel Joule Een toename van ongeveer 150 miljoen ton olie equivalenten (toe) betekent dus 150 miljoen x 41,9 PJ. Dat is 6,3 x Joule, ofwel een 6 met 21 nullen!

29 Op dit moment groeit binnen het totale primaire energieverbruik hernieuwbare energie jaarlijks het hardste, met een gemiddelde van 3,4 % tussen 1990 en Biomassa en afval vormen de bron die de grootste groei laten zien, zoals je ziet in Figuur 20. Figuur20. Bijdrage van Hernieuwbare Energiebronnen aan Primair Energieverbruik in de 27 EU landen Volgens het Internationale Energie Agentschap (2007), bestond 13,1% van het totale wereldwijde energie aanbod in 2004 uit hernieuwbare energie, met als belangrijkste bronnen biomassa (79,4%) en waterkracht (16,7%). De wat nieuwere hernieuwbare energiebronnen zon, wind en getijde zorgen voor minder dan 0,1% van het totale energie aanbod. De IEA voorspelt dat in 2030 hernieuwbare bronnen rond de 14% van het wereldwijde energieverbruik verzorgen, maar dat het aandeel in de elektriciteitsmix zal toenemen van 18% tot 25%. In Nederland komt de meeste duurzame energie uit windenergie en biomassa. Figuur 21.Bronnen van duurzame energie in Nederland

30 4.2 Verbruik in verschillende sectoren In de figuur hieronder zie je voor de 27 EU landen hoeveel energie er in verschillende sectoren verbruikt wordt. Bijna een kwart van de verbruikte primaire energie gaat verloren in transformatie en distributie. De energiesector zelf verbruikt verder iets meer dan 5% voor het eigen functioneren. De industrie neemt dus minder dan een vijfde van het totale verbruik voor haar rekening. Figuur 22. Structuur van de efficiency van omzetting en distributie van energie van primair energieverbruik tot uiteindelijk energieverbruik, EU-27, Het uiteindelijke energieverbruik van de industrie in de 27 EU landen daalde tussen 1990 en 2005 met ongeveer 11%. Een belangrijke oorzaak was de economische recessie van begin jaren 1990 (zie de figuur hieronder). Ook is binnen de EU de energie efficiency verbeterd, en er heeft een verschuiving plaatsgevonden naar een minder energie-intensieve industrie en een economie die meer op diensten is gebaseerd. Hoewel dit het energieverbruik binnen de EU heeft verminderd, zijn we nu indirecte gebruikers van deze energie en producenten van broeikasgassen en andere vervuilende stoffen als we producten gebruiken die nu buiten de EU worden geproduceerd. Zoals je ziet in figuur 23 hiernaast is het verbruik door transport sterk gestegen. Het transport van mensen en goederen vraagt om een grote hoeveelheid energie. Transport is verantwoordelijk voor ongeveer een derde van het energieverbruik in de EU. Hiervoor worden meestal niet-duurzame energiebronnen gebruikt zoals olie of gas. Zoals je kunt zien in Figuur 24 zorgt vervoer over de weg voor bijna 85% van het energieverbruik in de transportsector. Treinen, schepen en vliegtuigen zorgen voor ongeveer een vierde van de hele energievraag. Figuur 23. Energieverbruik per sector.

31 Figuur 24: Energievraag per type vervoer Het energieverbruik in de transportsector hangt sterk samen met de economie. Een groeiende economie zorgt voor een toename van de vraag naar transport om meer goederen en diensten te vervoeren. Het vervoer van passagiers is verbonden aan een veranderende aard van activiteiten zoals vakanties, winkelen en heen reizen van huis naar werk of school. Zoals je kon zien in figuur 23 nemen ook huishoudens een aanzienlijk deel van het energieverbruik voor hun rekening. De figuur hieronder laat zien uit welke componenten het elektriciteitsverbruik van een gemiddeld huishouden in Europa bestaat. Vooral koelkasten en diepvriezers zijn grote energieverbruikers in huishoudens. Figuur 25. Componenten elektriciteitsverbruik gemiddeld EU huishouden 4.3 Energieverbruik in Nederland In Nederland is het energieverbruik in de industrie de laatste decennia toegenomen. Het totale energieverbruik van huishoudens vertoont sinds 1978 een lichte daling. Dit komt doordat de vraag naar warmte is afgenomen doordat onze woningen beter zijn geïsoleerd en we aardgas efficiënter kunnen gebruiken, onder andere door zogenaamde WKK installaties.

32 Figuur 26. Nederlands energieverbruik per sector Maar vanaf ongeveer 1990 is het elektriciteitsverbruik van huishoudens per inwoner juist toegenomen (bron: Compendium voor de Leefomgeving). Dit komt door de stijgende hoeveelheid elektrische apparaten die we gebruiken. Figuur 27. Primair huishoudelijk energieverbruik (CBS) (Elektriciteit is omgerekend naar hoeveelheid primaire brandstoffen nodig voor opwekking.) 4.4 Links en bronnen Internationale Energie Agentschap (IEA): IEA over hernieuwbare energie: Europees Milieuagentschap (EEA): Bronnen Figuur 20. EEA, Energy & the Environment, 2008 Figuur 21. EEA & Eurostat Figuur 24: Figuur 27:

33 Hoofdstuk 5. Energieverbruik in ons dagelijks leven Onderwerpen Gebouwen Verwarming en koeling Verlichting Apparaten Vervoer en transport 5.1 Gebouwen De schil van een gebouw (de muren, het dak, deuren en ramen) werkt als een warmtewisselaar met de klimaatomstandigheden buiten. Het gebouw ontvangt warmte van buitenaf door de zonnestralen en staat warmte af door ventilatie en door warmtelekken in de schil. Naast het omhullen en beschermen van het gebouw, moet de schil het huis laten ademen, zodat een hoge luchtvochtigheid vermeden wordt en er een goede balans is tussen warmtetoename en warmteverlies. Figuur 28. Energiebalans van een gebouw De infrarood foto hieronder (die is genomen met een warmtebeeldcamera) laat de thermische omstandigheden van het gebouw zien. De heldere delen (geel gekleurd) zijn warm en de donker blauwe vlakken zijn koudere gedeeltes. De foto laat duidelijk zien waar de warmte ontsnapt. Op deze foto heeft de voorgevel bijvoorbeeld een temperatuur van 6,1ºC bovenin bij de kruising met het vloerskelet (Sp2) terwijl het 1.1ºC is op het midden van de muur (Sp1).

34 Zoals te zien op de foto hieronder, ontsnapt warmte door de ramen, via de thermische bruggen bij de behuizing van de rolluiken en bij de vloeren. Dit komt door een natuurkundig verschijnsel dat bekend staat als warmteoverdacht. Warmte stroomt altijd van een warmere naar een koudere plek. Zo stroomt de warmte in de winter direct van de verwarmde kamers naar buiten en naar aangrenzende onverwarmde zolders, garages en kelders of waar ook maar een verschil in temperatuur is. En in de zomer stroomt de warmte van buiten naar binnen. Om het in huis comfortabel te houden, wordt de warmte die in de winter verloren gaat gecompenseerd door de verwarming. De warmte die er in de zomer bijkomt wordt soms weggenomen door een airconditioner. Dit betekent dat in de meeste gebouwen veel energie wordt verspild. In Europa gaat 70% van het gemiddelde energieverbruik in huishoudens op aan het op een comfortabele temperatuur houden van de woning. Normaal gesproken worden gas en elektriciteit gebruikt voor de verwarming en elektriciteit voor koeling. De vraag naar warmte in huis tijdens de koudere maanden bepaalt het grootste deel van het energieverbruik. Als de vraag naar warmte minder wordt door isolatie, warmteterugwinning, dubbel glas, passieve zonne-energie en andere maatregelen, neemt het energieverbruik voor verwarming af, net als de energierekening en de CO 2 uitstoot. Warmte stroomt altijd van warmere naar koudere plekken via drie mechanismen: - Geleiding vindt plaats in vast materiaal wanneer de moleculen verschillende temperaturen hebben. De warmere moleculen geven energie (warmte) af aan het koudere deel van het materiaal. Bijvoorbeeld, een lepel die in een heet kopje koffie wordt gezet, geleidt warmte door de steel en naar de hand die hem vasthoudt. In gebouwen gaat geleiding voornamelijk via muren en ramen. - Convectie is de stroom van energie door de beweging van vloeistoffen en gassen. Warme lucht stijgt op en wordt vervangen door koudere lucht die naar binnen wordt gezogen. In gebouwen met meerdere verdiepingen met slechte tussenwanden kan dit zorgen voor sterke en energieverspillende tocht. - Warmtestraling ontstaat waar de energie wordt getransporteerd door elektromagnetische golven. In tegenstelling tot de andere mechanismen, vereist straling geen medium. Straling komt meestal via glazen ramen en deuren in een gebouw. Maar, als muren niet goed geïsoleerd zijn kan de stralingsenergie aan de buitenkant via warmtegeleiding door de muur toch in huis komen.

35 Energiebesparing door isolatie Goede bouw- en isolatiematerialen zorgen ervoor dat een gebouw een goede binnentemperatuur kan vasthouden. Ook de kleur van de buitengevel is belangrijk, vanwege het vermogen van verschillende kleuren om zonlicht te reflecteren of juist te absorberen. Wit en lichte kleuren werken als reflectoren, terwijl zwart en donkere kleuren zonlicht absorberen. Isolatiemateriaal De mate van thermische isolatie hangt natuurlijk af van het type materiaal en de dikte en dichtheid van het materiaal. Kijk als voorbeeld eens naar de vergelijking tussen 10 cm thermische isolatie en andere bouwmaterialen. In de winter staat het energieverlies per vierkante meter ongeïsoleerde buitenmuur gelijk aan 3 tot 6 m 3 aardgas. Verdubbeling van de dikte van een kale muur van 45mm tot 90 mm kan ongeveer 30% energie besparen. Figuur 29. Energieverliezen in een standaard gebouw Isolerend glas Ramen worden beoordeeld aan de hand van de U-waarde, ofwel de warmtedoorgangscoëfficiënt. De U-waarde is het omgekeerde van de warmteweerstand R (U=1/R). Hoe lager de U-waarde hoe beter de energie-efficiency van het raam. Dubbel glas heeft een tot 55% lagere U-waarde dan enkel glas. De meest efficiënte dubbelglasramen laten ongeveer 80% van het zonlicht binnen en hebben U-waardes van ongeveer 0,38. Ramen met U-waardes van 0,2 of lager worden wel superramen genoemd. Veel van de beschikbare energiezuinige ramen bevatten meerdere lagen glas, coatings, edelgas vulling tussen de glaslagen en extra isolerende binnen frames.

36 Energiebesparing door ontwerp Energie efficiënt bouwen gaat wat verder dan de eerder genoemde technische oplossingen en ontwerpprincipes. Het kan zorgen voor energiebesparing, een gezonder binnenmilieu, een vermindering van broeikasgassen en lagere huishoudkosten. Bovendien zorgt een energiezuinig concept met elementen van Duurzaam bouwen voor een natuurlijk comfortabel huis het hele jaar rond. Duurzaam of groen bouwen is het aanpassen van het huis aan de specifieke weersomstandigheden en het verkrijgen van het hoogste niveau van comfort met minimale inzet van hulpenergiebronnen. De zon is de belangrijkste energiebron. De elementen van duurzaam bouwen worden gewoonlijk ingedeeld in actief en passief. - Actieve zonnesystemen zijn gericht op het opvangen van zonne-energie door mechanische en/of elektrische systemen: zonnecollectoren (voor ruimteverwarming en verwarming van tapwater) en fotovoltaïsche (PV) panelen voor het produceren van elektriciteit. - Passief zonnedesign maximaliseert de voordelen van de zon door gebruik te maken van bouwtechnieken, maar door weinig of geen gebruik van mechanische hulpmiddelen. Bijvoorbeeld door optimaal gebruik te maken van de natuurlijke verplaatsing van warmte en lucht of van de zon in de vorm van daglicht of zonnewarmte, of het in stand houden van comfortabele temperaturen. Figuur 30. Actieve en passieve zonne-elementen in een gebouw.

37 5.2 Verwarming en koeling Verwarming van ruimtes Er zijn verschillende verwarmingssystemen. We kunnen ze indelen naar bron, plaats van de bron, type warmtedrager, temperatuur van de warmtedrager, type verwarmingselementen, etc. Plaatselijke verwarming betekent dat de warmtebron (bijvoorbeeld de open haard) zich in de te verwarmen ruimte bevindt. Centrale verwarming wordt vaak gebruikt in landen met een kouder klimaat om huizen of gebouwen te verwarmen. Dit systeem bestaat uit een boiler, cv-ketel of warmtepomp om water, stoom of lucht te verwarmen. Alles zit op een centrale plek zoals een kast in een huis, of een aparte ruimte in een groot gebouw. In grote steden wordt wel gebruik gemaakt van stadsverwarming Verwarming van water De productie van warm water is meestal de één na grootste bron van energieverbruik in een huishouden. Het verbruik hangt af de gewoonten van de gebruiker en verschilt per land en per huishouden. Het minimum verbruik is ongeveer 40 liter per persoon per dag; dit vereist ongeveer 2 kwh. Het gemiddelde verbruik is ongeveer 3,4 4 kwh per persoon per dag (dit is inclusief warmteverlies in de leidingen). In huizen met een centrale verwarming wordt dezelfde bron gebruikt voor zowel ruimteverwarming als voor warm water. In huizen met stadsverwarming wordt meestal elektriciteit gebruikt voor warm water. Tabel 1. Hoeveel drinkwater verbruiken we? Aantal liter Temperatuur Energie Dagelijkse lichaamsverzorging C 0,3-0,4 kwh Afwas (1 persoon) C 0,3-0,5 kwh Douchen C 1,0-1,7 kwh Een bad nemen C 5,0-6,0 kwh Handen wassen C 0,1-0,2 kwh Koeling Airconditioning systemen zorgen voor een prettige temperatuur in gebouwen tijdens de warmere seizoenen. Het is een redelijk recent ontwikkelde luxe dat wij ook in de zomer kunnen kiezen welke temperatuur we in gebouwen willen hebben. De jaren heeft de daling in prijs van de koelapparaten ervoor gezorgd dat steeds meer woonhuizen ook gebruik maken van deze apparaten. 5.3 Verlichting Er zijn twee soorten lichtbronnen: thermische en luminescente. Bij een thermische bron (zoals de zon, of een gloeilamp) wordt het licht uitgezonden door verwarming bij een erg hoge temperatuur. Bij een luminescente bron (tl, spaarlamp) ontstaat het licht door luminescentie. Luminescentie is het uitzenden van licht door een stof. Dit effect ontstaat als atomen overgaan van een hogere naar een lagere energietoestand, waarbij in sommige gevallen licht wordt uitgestraald.

38 Er zijn verschillende technische gegevens die een bron kenmerken en die bepalen wat de kwaliteit en kwantiteit van het licht is: Voltage (V) Vermogen (W) Lichtstroom (lm) Lichtstroom per watt (lm/w) Kleurtemperatuur (K) Definities: Voltage of elektrische spanning is het potentiaalverschil tussen twee punten in een elektrisch circuit. De eenheid van voltage is Volt en is gedefinieerd als joule per coulomb. Vermogen is de arbeid per tijdseenheid. De eenheid van vermogen is Watt. Lichtstroom geeft de uitgestraalde hoeveelheid licht per tijdseenheid aan. Ofwel lichtstroom is een maat voor de totale hoeveelheid licht in een lichtbundel. De eenheid is lumen (lm). Een gloeilamp van 100 Watt geeft een lichtstroom van ongeveer 1200 lumen. Kleurtemperatuur: Wit licht bestaat uit een mengsel van kleuren, en bovendien zijn niet alle kleuren wit hetzelfde. Een wit met een hoger aandeel rood lijkt warmer, en wit met een hoger aandeel blauw voelt kouder aan. Kleurtemperatuur wordt gedefinieerd als de kleurimpressie van een perfecte zwarte straler bij bepaalde temperaturen. Materialen die verhit worden tot een temperatuur van 1000 K (=Kelvin) hebben rode kleurindruk, bij 2000 K tot 3000 K lijken ze geel; bij 4000 K neutraal wit en hoger dan 5000 K koel wit. Hoe hoger de kleurtemperatuur, hoe koeler het licht aanvoelt. Gloeilampen zijn de meest gebruikte en minst economische bronnen. Slechts 3-4 % van de ingevoerde energie wordt omgezet in licht, de rest is warmte. Voordelen zijn de lage prijs en het gemak van gebruik zonder andere dingen te moeten installeren. De kleur van het licht is erg prettig en benadert daglicht. De levensduur is vrij kort, ongeveer 1000 uur. De input varieert van 15 tot 200 W en lumen per watt varieert van 6 tot 16 lm/w. Na 1 september 2012 mogen er in de EU geen gloeilampen meer verkocht worden. Halogeen lampen zijn een vrij nieuwe bron. Vanwege hun vorm gebruiken mensen ze bij decoratieve en intieme verlichting. Lumen per watt is hoger dan gloeilampen, van 11 tot 25 lm/w. De levensduur is bovendien langer, ongeveer uur. Er worden twee typen lampen ontwikkeld, voor lage voltages (12 V) met een vermogen van 5 tot 75 W en voor netspanning met een vermogen van 60 tot 2000 W. Ze hebben de hoogste kleurindex van alle lichtbronnen. Ze zijn geschikt kunnen zijn voor een laag voltage maar de temperatuur van de lamp is hoog en daarom verwerkt ie de omgeving. Standaard fluorescentielampen worden het meest gebruikt. De lamp bestaat uit een buis die gevuld is met een edelgas onder lage druk. Als daar een gasontlading doorheen gaat ontstaat er UV licht. Een fluorescerende stof aan de binnenkant van de buis licht op als er UV licht op valt. De lampen worden geproduceerd in veel kleurtonen van roze tot daglicht. De kleurindex is vrij goed. De lichtstroom (Lumen per watt) is hoger dan bij een halogeenlamp, van 35 tot 60 lm/w. De levensduur is vrij lang, uur. Maar, vaak aan en uit zetten zorgt voor een kortere levensduur.

39 We kennen twee typen fluorescentielampen: lineaire en compacte. Lineaire lichtbronnen (TL buizen) hebben een zogenaamde (inductie)starter nodig of een elektronisch voorschakel apparaat. Deze lampen hebben ongeveer een tien keer langere levensduur en een vijf keer hogere opbrengst dan gewone gloeilampen. Spaarlampen zijn compacte fluorescentielampen en behoren tot de meest moderne lichtbronnen. De levensduur is ongeveer acht keer langer dan een gloeilamp. Tabel 2. Hoeveel energie kan bespaard worden door gloeilampen te vervangen voor fluorescentielampen? Type lamp dat de gloeilamp vervangt Besparing TL buis Ø 38 mm met starter 62 % TL buis Ø 26 mm met starter 72 % Compacte fluorescentielamp met starter 76 % Compacte fluorescentielamp met voorschakel apparaat 79 % TL buis Ø 26 mm met voorschakel apparaat 82 % TL buis Ø 16 mm met voorschakel apparaat 88 % 5.4 Elektrische apparaten In onze huizen worden we omgeven door allerlei soorten elektrische en elektronische apparaten. Zij zijn zo n onderdeel van ons leven, dat we soms vergeten hoeveel energie ze verbruiken. De zes grote elektriciteitsverbruikers zijn de koelkast, diepvries, wasmachine, afwasmachine, TV en wasdroger. Daarnaast hebben we vaak nog veel kleine apparaten. De aankoopprijs is vaak belangrijk bij het maken van een keuze voor een bepaald apparaat. Maar eigenlijk zouden we de kosten van het gebruik van apparaten gedurende hun hele levensduur moeten meenemen. Dus de kosten van de energierekening van iedere maand voor vele jaren (afhankelijk van de levensduur) als gevolg van het elektriciteitsverbruik. Zeer energiezuinige modellen kosten meestal in eerste instantie meer, maar ze besparen aanzienlijke hoeveelheden energie en dus ook geld. Hoeveel elektriciteit verbruiken apparaten? De elektriciteitsconsumptie van een apparaat hangt allereerst af van het elektrisch vermogen of wattage, ofwel de maximale kracht van een apparaat. Je kunt het vermogen van de meeste apparaten vinden aan de onderkant of op de achterkant. Meestal wordt het uitgedrukt in watt (W) of kilowatt (kw). In de tabel hieronder staan een paar voorbeelden van vermogens van verschillende elektrische apparaten. Apparaten kunnen natuurlijk erg verschillen in type, grootte en de manier waarop ze werken. Tabel 3. Vermogen van verschillende apparaten Apparaat Vermogen Apparaat Vermogen Koffiezetapparaat (4/10 kopjes) Airconditioner (kamer) Broodrooster 1000 Aquarium Blender 300 Ontvochtiger 800 Magnetron oven Elektrische deken 200 Strijkijzer Elektrische boiler (150 liter) Wasmachine 900 CD speler 30 Wasdroger PC + monitor Afwasmachine Laptop 50 Ventilator (tafel) Televisie (25 / 19 ) Ventilator (plafond) Radio (stereo) Stofzuiger 1200 Frituurpan 1200 Haardroger (föhn) Koelkast

40 Als je elektriciteit gebruikt om een uur lang tv te kijken (of de tv aan hebt staan terwijl je er niet naar kijkt), verbruik je watturen elektriciteit. Met andere woorden, de mate van verbruik wordt bepaald door vermogen te vermenigvuldigen met tijd. Omdat veel apparaten op verschillende manieren in te stellen zijn (bijvoorbeeld het volume van de radio, de temperatuur waarop een airconditioner is afgesteld), hangt het werkelijk verbruikte vermogen af van deze instellingen. Dit betekent dat als een apparaat niet op het maximum vermogen loopt (bijvoorbeeld niet de maximum airconditioningtemperatuur), de verbruikte elektriciteit niet precies vermogen maal tijd is, maar minder. Dit kan je corrigeren door het te vermenigvuldigen met de zogenaamde vraag factor : een getal van 1 (lopend op het maximum wattage) of minder (niet op het maximum wattage). Berekening: Allereerst weet je al dat het verbruik van elektriciteit door elektrische apparaten gemeten wordt met een eenheid genaamd kilowatturen (kwh). Om het elektriciteitsverbruik van een apparaat in te schatten, kun je de volgende stappen volgen: 1. Kijk naar het vermogen van het apparaat (op het plaatje staat het vermogen in watt of kilowatt). 2. Schat hoeveel uur per dag het apparaat aanstaat (bijvoorbeeld tv 3 uur, koelkast 24 uur). 3. Vermenigvuldig het vermogen met het aantal uur dat het apparaat gebruikt wordt (per dag). De formule is: Vermogen (kilowatt) x Tijd (gebruikte uren per dag) = Energieverbruik (kwh). 4. Vermenigvuldig dan de dagelijkse consumptie met het aantal dagen dat het apparaat per week, maand of jaar wordt gebruikt (afhankelijk van de periode die je wilt onderzoeken). 5. Uiteindelijk kun je de jaarlijkse, maandelijkse of dagelijkse kosten om het apparaat te gebruiken berekenen door het elektriciteitsverbruik (kwh) te vermenigvuldigen met de prijs van een verbruikseenheid (bijvoorbeeld 20 eurocent/kwh). De formule is: Energie (kwh) x Elektriciteitsprijs ( / kwh) = Kosten ( ). Rekenvoorbeelden: Strijkijzer: Elektrisch verbruik = (850 Watt 1 uur/dag 3 dagen/week 4 weken/maand) i = 10.2 kwh/maand Kosten = 10,2 kwh 20 eurocent/kwh = 2,04 /maand (2,04 /maand 12 maand/jaar = 24,48 /jaar) i Weet je nog: 1000 Wh = 1 kwh. In de bovenstaande formules wordt gedeeld door om watturen (Wh) in kilowatturen (kwh) om te zetten, omdat dit een geschiktere manier is om elektriciteitsconsumptie uit te drukken. Kijk: als in het voorbeeld het elektriciteitsverbruik was uitgedrukt in Watt, dan zou het resultaat zijn = Wh (voor het strijkijzer) en Wh (voor de PC en monitor). Dan krijg je grotere en minder handige getallen.

41 PC en Monitor: Elektrisch verbruik = ( Watt 4 uur/dag 365 dagen/jaar) = kwh Kosten = 408,8 kwh 20 eurocent/kwh = 8176 eurocent/jaar = 81,76 /jaar. Lezen van de energierekening Je energierekening laat je meestal zien hoeveel geld je moet betalen per verbruikt kilowattuur (kwh) en hoeveel kilowatturen je verbruikt hebt. De vermenigvuldiging van deze twee, plus andere zaken (belastingen, administratieve kosten, etc.) levert het te betalen bedrag op. In Europa is het gemiddelde tarief voor huishoudens 20 cent per kwh, variërend van 9 eurocent/kwh (Bulgarije) tot 32 eurocent/kwh (Denemarken). Sluipverbruik Veel apparaten verbruiken nog een kleine hoeveelheid energie als ze uit staan. Dit sluipverbruik komt voor bij de meeste apparaten die elektriciteit gebruiken, waaronder videorecorders, televisies, stereo s, computers en keukenapparatuur. Sluipverbruik verhoogt het energieverbruik van een apparaat meestal met een paar watturen. Dit verbruik kan voorkomen worden door de stekker uit het apparaat te trekken of een stekkerdoos met een aan/uit knop te gebruiken. Bovendien kunnen apparaten soms stand-by gezet worden (TV, Video, DVD, PC). Ook dat verbruik is eigenlijk niet echt nodig en het kan erg oplopen. Het gemiddelde huishouden in Nederland verspilt op die manier wel 600 kwh per jaar. Stroomstanden Al deze producten hebben verschillende standen waarop ze kunnen werken. Een daarvan is de stand-by stand die aan en uit gezet kan worden met een afstandbediening. Dit is een virtuele uitschakeling, omdat apparaten op stand-by ongeveer 10 tot 15% van het normale energieverbruik verbruiken. Het is dus aan te raden om een apparaat helemaal uit te zetten als je het niet gebruikt. In de tabel hieronder staan verschillende elektronische apparaten en de gemiddelde energie die per stand en per jaar verbruikt wordt. In de laatste twee kolommen worden de relatieve jaarlijkse energiekosten getoond. Tabel 4. Elektronische apparaten en gemiddeld energieverbruik Product Passief Standby of Uit (watt) Actief Stand-by (watt) Actief (watt) Gemiddeld Jaarlijks Energie Verbruik (kwh) Jaarlijkse Energie Kosten (Euro) (0,22 /kwh) Ontspanning Plasma TV (<40") ,02 Digitale videorecorder/tivo ,86 Digitale televisie ,58 Satelliet televisie ,28 LCD TV (<40") ,94 Spelcomputer ,52 DVD ,86 Home Office Personal Computer ,10 Laptop ,26 LCD Monitor ,40

42 Product Passief Standby of Uit (watt) Actief Stand-by (watt) Actief (watt) Gemiddeld Jaarlijks Energie Verbruik (kwh) Jaarlijkse Energie Kosten (Euro) (0,22 /kwh) Modem ,00 Draadloze Router ,56 Printer ,30 Fax ,72 Multifunctionele Printer/ Scanner/Kopieerapparaat Oplaadbare apparaten ,10 Gereedschap ,14 Draadloze Telefoon ,72 Elektrische tandenborstel ,08 MP3 speler ,32 Mobiele Telefoon ,66 Digitale Camera ,66 Energie Label Eén van de belangrijkste doelen van het Energie Label is mensen te helpen om goede beslissingen te nemen bij het kopen van apparaten die energie verbruiken. Het is daarnaast een stimulans voor fabrikanten om het energieverbruik van hun producten te verbeteren. Het Energie Label is verplicht voor een aantal producten, lampen, auto s en de meeste elektrische apparaten (bijvoorbeeld koelkasten, ovens, wasmachines). Andere apparaten die vaak een lager vermogen hebben, worden niet geclassificeerd door het Energie Label. Dit zijn bijvoorbeeld broodroosters, ventilatoren, strijkijzers, blenders, etc. Het Energie Label is een sticker waarop heldere en gemakkelijk herkenbare informatie staat over het energieverbruik en de prestatie van producten. Het label moet zichtbaar zijn op nieuwe producten die te koop zijn. Elke letter onderaan de schaal, onder de A betekent een stijging van de energieconsumptie met ongeveer 12-15% ten opzichte van de letter erboven. We kunnen dus zeggen dat een klasse A wasmachine tot 24% minder verbruikt dan een klasse C wasmachine met dezelfde prestaties, en tot 36% minder dan een klasse D. Alleen in het geval van koeling (koelkasten, diepvriezers, etc.) worden er twee rijen boven toegevoegd, klasse A+ en A++ die een nog lager relatief verbruik uitdrukken. 5.6 Vervoer en transport Ons eigen vervoer De manier om je door de stad te verplaatsen gaat nu anders dan vroeger. Vroeger gingen mensen te voet, met de fiets of misschien met de tram omdat weinig mensen auto s hadden. Maar tegenwoordig neemt het aantal trips met eigen voertuigen sterk toe, door de omvang van

43 steden en de afstand die je van de buitenwijken naar het centrum moet afleggen, door de grotere koopkracht van mensen en door een leven gericht op comfort. Figuur 30. Tata Nano. Auto op de Indiase markt, te koop voor omgerekend ongeveer 2000,- Deze voortgang van stedelijke mobiliteit heeft in veel Europese steden geleid tot slechtere verkeersomstandigheden: meer files waardoor meer luchtvervuiling ontstaat. Volgens ADEME (Frankrijk) zorgt individueel reizen in de stad voor 24% van het energieverbruik van het totale wegverkeer. Personenauto s nemen 87% van de energiebalans van stedelijke mobiliteit voor hun rekening, terwijl openbaar vervoer amper 7% omvat. In Brussel verbruiken de gemeentelijke bussen, trams en metro s maar 8% van de energiebalans van de stedelijke mobiliteit, maar zorgen zij voor 30% van het totale stedelijke vervoer. Duurzame transportsystemen kunnen een positieve bijdrage leveren aan milieu, sociale en economische aspecten van gemeenschappen. Conventionele transportsystemen hebben aanzienlijke effecten op het milieu, aangezien ze zorgen voor 20% tot 25% van het wereldwijde energieverbruik en koolstofdioxide uitstoot. De uitstoot van broeikasgas door transport stijgt veel sneller dan in iedere andere energieverbruikende sector. Figuur 31. Milieueffecten van verschillende vervoersmiddelen. Hoeveelheden gecombineerde uitstoot (uitstoot/persoon km opgesteld naar toxiciteit).