De Embodied Land indicator

Transcriptie

1 De Embodied Land indicator Achtergrond en onderbouwing 1

2 Introductie,MAXergy, and Embodied Land, een gecombineerde energie en materiaal benadering. Het begon met nadenken over een 0-energiewoning: als alle energie op of aan het gebouw zelf gegenereerd wordt, uit hernieuwbare bron, dan zijn materialen de enige en feitelijke milieubelasting (ook die voor energiewinning). Dus hoe zijn die energie en materialen samen te evalueren? Weegfactoren zijn subjectief en onderhandelbaar, en daardoor onbruikbaar. Ze moeten vermeden worden, en een absolute evaluatie van energie en materiaal samen is hard nodig. Ten derde, betrokkenheid in exergetische analyses van de gebouwde omgeving gaven het inzicht dat het uiteindelijk zonnestraling is (en de kennis om die te converteren in - voor mensen -bruikbare vorm), dat de enige waarde toevoeging aan ons systeem levert, en dus de gezamenlijke impact voor energie en materiaal meet. Op basis hiervan is een model en berekeningsmethode ontwikkeld, met als onderliggende aanname dat het binnen enkele tientallen jaren weer uitsluitend hernieuwbare bronnen zullen zijn waarop de samenleving zich dient te baseren, zowel voor energie als materialen, op basis dus van zonne-energie (en feitelijk ook voor voedsel en water). Om zonnestraling te converteren, is ruimte en tijd nodig: een m2 land voor de installatie van een zonnepaneel, om groente te kweken of een bos te beheren, alles met een bepaalde oogst per jaar. Dit leidt tot een methode, gebaseerd op de effectiviteit waarmee zonnestraling omgezet kan worden, met als indicator Embodied Land: de m2 per jaar geïncorporeerd in een product of gebouw nodig om de aan de vraag te voldoen, of beter: om in de functie te voorzien in de tijd. Alles teruggerekend naar zonnestraling conversie in ruimte en tijd, als volgt: Landbouwproductie voor materialen, in ton per hectare per jaar. (Eigen database ontwikkeling.) Dit is nodig om het totaal aantal hectare te berekenen voor bijv. bouwmaterialen, in ha-year. Vervolgens de energy nodig voor oogsten verwerken, transport in eindgebruik, ( embodied energy ) die is omgezet in de hoeveelheid zonne-energie benodigd in ha-jaar. We nemen een gemiddelde opbrengst voor onze regio voor de gekozen technologie (nu nog alleen PV) en gebruiken voorlopig de ICE database. En we nemen de operationele energy voor het gebouw, in kwh eindgebruik, en omgezet naar m2 jaar zonnestraling behoefte. Dit levert een totaal aan ha-jaar landbeslag, gekoppeld aan het gebouw (embodied Land). Land dat gereserveerd moet worden om aan productie of compensatie van de vraag te voldoen. Dit kan evt. over de levensduur verdeeld worden bijv. 50 jaar. In dat geval kan de EL gedeeld worden door 50, wat het 2

3 landbeslag reduceert maar de bezette tijd verlengd. Dit is de basis. Er zijn echter nog een aantal aanvullingen nodig. Er zijn secondaire effecten zoals de behoefte aan opslag bij gebruik van zonnepanelen, om 24 uur beschikbaar te zijn. Dit levert omzettingsverliezen (bijv. via waterstof) en vergt dus meer productie en embodied Land (dat kan tot een factor 4 oplopen). Andere conversie routes zijn mogelijk, maar zullen in tweede instantie worden uitgewerkt (zoals biomassa, dat inclusief opslag is, maar veel groter productiegebied vergt). Daarnaast is een gegeven dat voor het moment nog steeds een groot deel fossiel energie gebruikt wordt, en vele niet hernieuwbare materialen. En niet te vergeten: hoe om te gaan met recycling? Fossiele brandstoffen zij in feite hernieuwbare energie, via een lange geologische cyclus Dit kan berekend worden: van biomassa (oppervlak) via 60 miljoen jaar sedimenteren, koken en persen, naar olie, levert een tijdruimte relatie op. Dit leidt tot een effectieve productie van 0,0006 kwh-electrisch per year per hectare. (of 0,0017 kwh-e /ha-year, gemiddeld voor alle fossiele brandstoffen) Niet hernieuwbare materialen hebben ook een embodied energy factor, maar kennen in de meeste gevallen ook uitputting. Daarmee gaat exergie (potentie c.q. kwaliteit) verloren in het systeem, dat aangevuld c.q. hernieuwd moet worden om equilibrium te vermijden. Voor de meeste mineralen is een hernieuwbare route beschikbaar: zo kan kalksteen ook uit (aangroeide) zeeschelpen worden gehaald, en kan gips worden gewonnen door verdamping van zeewater (wat allebei een ruimte tijd relatie heeft). Voor metalen is iets meer vereist. De uiteindelijke staat van metalen zijn ionen opgelost in zeewater (oxidatie, uitspoeling naar rivieren, eindigend in zee). De reproductie van geconcentreerd metaal uit zeewater door elektrolyse geeft een maat voor de energie benodigd, voor de hernieuwing van de voorraad: retour of Return Energy die weer omgezet kan worden in een embodied land factor voor zonnestraling input. E1 energy demand in per year for all kwh /m2 ua 21 Recycling kan de embodied Land verlagen. Studie laat zien dat dit geen free ride is: Als het eerste gebruik niet is gecompenseerd (zoals hiervoor beschreven), is hergebruik of recycling ook niet vrij van belasting, ofwel gelijk aan nieuw. Al er wel compensatie heeft plaats gevonden, kan een correctiefactor worden toegepast, in ruimte tijd. operating end uses E2 the fraction of total annual operating energy provided by on-site renewable energy production. E3 embodied energy from the total of off-site materials used in construction ICE database kwh RE /m2 ua Berekening voor het 4e gebouw van de wijk van morgen Tabel boven: kpi volgens iisbe, onder de MAXergy berekening 21 kwh /m2 ua 929 M1 total weight per area of materials; kg/m2 ua 454 M2 Total weight of renewable materials M3 Total weight of re-used/recycled materials kg/ m2 ua 372 (82%) and % kg /m2 ua 0 let op: EL is in ha-jaar en Embodied energie en operationele energie cijfers in m2-jaar! EL totaal is 2508 ha-year. De fractie van 82 % hernieuwbaar materiaal telt slechts voor 21 ha-year. (0,08 hayear/m2floor) op een 50 jaar basis levert dit ongeveer 1 voetbalveld aan groeigebied voor 50 jaar lang op als compensatie (embodied Land) voor 266 m2 vloer. 3

4 MAXergy, and Embodied Land, English executive summary a energy and materials combined absolute assessment. It started thinking about energy and mass: in a 0-energy building (that produces all energy renewable on site) the materials are the only burden to society, in resources, CO2 etc. So how to evaluate energy and mass together? Secondly weighting factors are subjective, and negotiable. They should be avoided, and an absolute evaluation of energy and mass together is needed. Thirdly, involvement in exergy analyses led to the notion that in the end its Solar radiation (and the ability to convert it into useful resources) that is the joint factor. From there a calculation method has developed, at first assuming that in a few decades its only renewable resources that matter, whether for energy or materials, and based on solar radiation conversions (as well as for food and water in fact). To convert solar radiation, space and time is needed: a m2 land to install PV panels, to grow crops or manage forestry, with a certain production per year. (In a later stage non renewables are introduced.) This leads to a method, based on the effectivity of converting solar radiation, with a common indicator chosen as Embodied land: the m2-year embodied to a product/building to produce the demand, or better to provide the function (by materials, energy etc). Everything is based on solar radiation conversion and the space time involved, as follows: to grow renewable materials, in tons per hectare per year. (Own database development) this is used to calculate the total hectares needed to provide the construction materials, in ha-year Secondly the embodied energy to harvest, transport and process, in kwh, to be produced by Solar radiation m2 s. We use an average production per m2 (ha) per year for our region for the technology chosen panels, collectors) (and ICE database) Thirdly the operational energy, again in kwh, and transferred to ha-year need. This gives a total of ha-year, embodied to the building. Land to be reserved to produce or compensate the demand. This can be provided in one year or 50 years, depending lifetime commitment. In that case the hayear is divided by 50, reducing the land area, but enhancing the time occupied. 4

5 This is the basis. Now a few additions have to be made. 1 renewable energy needs storage, to be available 24 hours. We have calculated the extra land-production needed to secure continuous supply, including storage energy and materials demand (which increased land need for direct solar energy by a factor ~3). Other supply routes are under calculation, like biomass energy (which includes storage, but most likely increases Embodied Land in most cases). 2 For the moment we still have a lot of fossil fuels involved. Fossil fuels are in fact renewable energy, though with a long geological cycle. This can be calculated and the solar radiation-biomass-sedimentation-cooking and pressurizing route over 65 million years and global surface leads to a effective production of 0,0006 kwh-electric per year per hectare (or 0,0017 kwh-e /ha-year, average for fossil fuels). 3 non renewable materials: these have embodied energy as well, but also they are depleted. To restore the quality in the system, (compensate the loss of exergy) they have to be renewed as well. For most minerals a renewable route is available: the lime stone is produced by for instance seashells ( ) as the most effective roué known. Gypsum by evaporation from seawater ( ). For metals its more demanding. In the end exergy-loss leads to entropy, and for most metals this is the state of being dissolved in seawater (oxidation, runoff to rivers, end in sea). The reproduction of concentrated metals from seawater ( the energy involved) is used as the embodied return energy, translated again in (renewable energy) embodied land in ha-year. 4 Now recycling can reduce the embodied land. Studies show that this is not a free ride: if the first time use is not compensated with controlled re-growth or return-routes, the burden is still the same as new. If it s a renewable material, the time of previous use has to be known, in order to calculate previously compensated re-growth in time and land. E1 energy demand in per year for all kwh /m2 ua 21 operating end uses E2 the fraction of total annual kwh RE /m2 21 operating energy provided by on-site renewable energy production. ua E3 embodied energy from the total of kwh /m2 ua 929 off-site materials used in construction ICE database M1 total weight per area of materials; kg/m2 ua 454 M2 Total weight of renewable materials M3 Total weight of re-used/recycled materials Calculations of the 4 th building for the District Table 1/2 above: Key performance indicators iisbe, below: MAXergy calculation kg/ m2 ua 372 (82%) and % kg /m2 ua 0 Inhoud Note that EL total is in ha year, and embodied energy and operational energy is in m2 year! And: operational energy is per year and has to be multiplied if impact is averaged over more years. El total is 2508 ha-year. The 82 % renewable fraction only is 21 ha-year. (0,08 ha-year/m2floor) For the building, on a 50-year return basis, this leads to around 5000 m2 land to be reserved (productive in energy and mainly mass) for 50 years for 266 m2 building. 5

6 Samenvattende introductie 2 Executive summary 4 1 overwegingen energie kringlopen sluiten Exergy 8 2 MAXergy en Embodied Land tool Zon en Land ruimte tijd embodied land Andere tools 11 3 details en achtergronden functies en systeem oogsten systeemgrenzen en allocatie energie in MAXergy materialen in MAXergy recycling embodied energy operational energy het 50 jaar criterium 25 4 cases eenvoudige balk vergelijking MAXergy house Bamboe versus hout isoleren versus produceren 30 5 wat te verbeteren Vooruitblik, aanvullingen 32 In annex : 1 voedsel 34 2 maxergy house dwvm 34 3 literature 36 6

7 1 overwegingen 1.1 : 0-energie Het is inmiddels algemeen gedachtegoed dat we richting 0-energie gebouwen gaan: zowel in de nieuwbouw als in renovatie zijn de eerste projecten opgeleverd, en groeit de kennis. Ook formeel wordt die richting ingestuurd: De EU heeft al formeel beleid waarbij vanaf 2018 gebouwen near 0-energy dienen te zijn. En de ontwikkelingen op onder meer zonnecel gebied brengen dat ook financieel snel dichterbij. Maar dan rijst de vraag, wat is 0-energie eigenlijk en welke consequenties zijn daaruit te trekken: op de eerste plaats betekent 0-energie een balans tussen energie vraag en lokaal, op of aan het gebouw opgewekte *hernieuwbare) energie. Dus niet per definitie zwaar reduceren van de vraag. Dat kan, maar waar ligt dat optimum? Een tweede constatering is dat als een gebouw 0-energie is, dan is er feitelijk geen milieubelasting meer door energiegebruik, want lokaal en hernieuwbaar. De belasting die dan overblijft is die van de materialen, ingezet om die 0-balans te realiseren m.a.w.: veel materialen voor reductie, zoals isolatie, en veel materialen voor zonnecellen. Hoe kun je nu het optimum tussen energie en materialen bepalen? Tot nu toe is er geen methode waarbij materialen en energie zonder weegfactor met elkaar kunnen worden afgewogen. [1] 1.1 kringlopen sluiten, Uiteindelijk gaat het hier op aarde om het sluiten van kringlopen. De natuur doet dat zelf niet anders, en een volhoudbare samenleving zal dat ook moeten nastreven. Kringlopen sluiten betekent niet uitsluitend hergebruik van energie en materialen. Zolang de vraag het natuurlijke aanbod overstijgt, daalt de voorraad, en zeker wanneer fossiel brandstoffen worden uitgeput om die voorraad versneld te benutten, en zelf ook opraakt. Er zijn, in een wereld, waar 7 miljard mensen en groeiend, nog steeds naar grotere welvaart streven, vertaald in meer consumptieve goederen, extra stappen te maken: Naast het sluiten van de kringloop, waarbij alle gebruikte materiaal hernieuwd wordt, en weer terug in de kringloop komt, is het ook nodig dat het volume in de kringloop verkleind wordt, dat de snelheid waarmee goederen door die kringloop gaan omlaag gaat, en dat de energie om de kringloop te bedrijven zo laag mogelijk is. Een balans ontstaat wanneer de kringloop in volume en snelheid alleen nog extern gevoed wordt door hernieuwbare bronnen: hernieuwbare energie als aandrijving en hernieuwbare materialen als toevoeging, maar niet meer dan jaarlijkse aanwas/instroom. Met andere woorden, zowel hernieuwbare materialen als energie 7

8 zijn afhankelijk van de effectiviteit waarmee wij zonne straling benutten, met landoppervlak als gemene deler. [2] 1.2 Exergy In een recent 4-jarig project is onderzoek gedaan naar de relatie tussen exergie en ruimtelijke ordening. [3] Exergie 1 kijkt niet alleen naar de hoeveelheid energie, de kwh of Joules, maar ook naar de kwaliteit van de energie: olie en gas, warmte, biomassa bijvoorbeeld: met warm water is het lastig elektriciteit te maken, dat is een kwaliteitsverschil. Je kan dat nog wat verder trekken: als je een systeem definieert, een gebouw bijvoorbeeld, hoe kan dan daarbinnen de maximale arbeid uit energie gehaald worden. Een voorbeeld: zonnecellen leveren 12 Volt gelijkstroom, die wordt omgezet in 220 Volt dat uit het stopcontact komt, en de laptop maakt er weer 12 Volt (ongeveer) van. Je kan meer uit die elektriciteit halen, door direct die 12 Volt van het zonnepaneel in te zetten, i.p.v. 2 x omzetten met alle verliezen, ofwel, je hebt uiteindelijk minder zonnepaneel oppervlak nodig (in theorie, evt. nog opslag in rekening brengen). Dat kan je ook inde ruimtelijke ordening inzetten: energievraag daar creëren waar energieaanbod is bijvoorbeeld. Maar nog beter: energievraag c.q. activiteiten beperken tot wat er binnen locatie-systeem (gebouw, gebied) hernieuwbaar beschikbaar is: wat op basis van hernieuwbaarheid gegenereerd kan worden aan warmte en elektriciteit. Dat zou een ruimtelijke ordeningsprincipe kunnen/moeten zijn. Dat onderzoek leidde tot een aantal inzichten: dat energie en materiaal in feite dezelfde oorsprong hebben, namelijk zonne-energie: uiteindelijk is dat de enige bron die iets toevoegt aan een systeem: of dat nu een gebouw is of een stad, of de wereld: alles wat binnen het systeem benut wordt belast het vermogen van het systeem zelf, en de potentie wordt minder. Zonne-energie is de enig bron die het vermogen weer kan doen toenemen (zonder buursystemen te belasten). En die zonne-energie kan zowel worden ingezet om voedsel te genereren, of energie of materialen: in eerste instantie de winning en proces energie, maar in tweede instantie ook de groei en of aanvulling compensatie, zoals we later zullen zien. Om zonne-energie te benutten is land nodig: oppervlakte om die zonnestraling te onderscheppen om hem om te zetten, te converteren: land heeft dus een kwaliteit genererende potentie. En landinzet is dus een interessante indicator om te verkennen hoe we de kwaliteit in een systeem kunnen handhaven, of zo weinig mogelijk degraderen. Dat laatste moeten we in principe vermijden, want dan ontstaat geleidelijke uitputting en dus op termijn een dood gebied waarin niet te 1 het gaat er bij exergie min of meer om in hoeverre moleculen geconcentreerd aanwezig zijn: indien 8

9 overleven valt. Door alleen naar energie te kijken en niet naar materialen lijkt het of we slim bezig zijn (0-energiewoning) maar intussen graven we ons eigen graf. De conclusie uit het eerder aangehaalde onderzoek is, niet dat activiteiten daar gebracht moeten worden waar de energie aanwezig is, maar dat ieder stuk land of locatie, een max. vermogen kan leveren (uit zonne-energie), en dat activiteiten binnen die limiet moet blijven, ongeacht waar en wat. 2. MAXergy en Embodied Land tool 2.1 Zon en land Eigenlijk zorgt zonne-energie dus voor alles wat wij kunnen doen op aarde. Door zonne-energie is er leven. Er groeit eten en er groeien materialen. We kunnen ook zonne-energie winnen en het omzetten in warmte of elektriciteit. Van zonne-energie kan dus iets gemaakt worden. Om van zonneenergie iets te maken, is er dus land nodig. Het land kan (m.b.t. bronnen) maar voor één ding gebruikt worden, bijvoorbeeld of om voedsel op te laten groeien of om zonne-energie te winnen. Maar dit kan (meestal) niet allebei tegelijk op hetzelfde stuk land. Toch moet ervoor gezorgd worden dat er genoeg land is om alles te kunnen doen, zodat er genoeg van alles is. Land is dus de belangrijkste schakel m.b.t. ons bronnengebruik. Om te kunnen kijken hoeveel land er nodig is, moet er gekeken worden naar de hoeveelheid land die wordt gebruikt door de bovengenoemde onderdelen. Hiervoor is MAXergy-methode ontwikkeld: Maximum exergy, of materiaal en energie samen. Daarop gebaseerd is een rekenmethode, Embodied Land. In dit programma kunnen de verschillende onderdelen die groeien of opgewekt worden door de zon met elkaar vergeleken worden. Het programma zoals het hier beschreven wordt, kijkt naar de onderdelen energie en materialen uit het Concept of Zero. 2.2 Ruimte-tijd Om energie en materialen met elkaar te kunnen vergelijken, moeten deze eerst met elkaar vergelijkbaar zijn. Omdat er naar materialen wordt gekeken in kilogrammen en er voor energie de eenheid kw wordt gebruikt, was dit eerst niet het geval. Er moest dus gezocht worden naar een eenheid waarmee de verschillende onderdelen die groeien of opgewekt worden door de zon met elkaar vergeleken kunnen worden. Daarvoor worden alle onderdelen omgerekend naar vierkante meter landgebruik de gezamenlijke basis voor conversie. Er wordt dan dus gekeken naar het oppervlakte van het land dat wordt gebruikt voor het laten groeien van materialen of dat wordt gebruikt voor het opwekken van energie. Door te kijken naar het landgebruik is er automatisch een link gelegd tussen energie en materiaal. Maar met alleen het oppervlakte is er niet veel te vergelijken. Want hoeveel energie kan er op een bepaald aantal m² door de zon opgewekt worden? Om dat te kunnen bepalen is een bepaalde tijd nodig. Er moet dus ook naar de tijd gekeken worden. Bij energie is dit nog vrij eenvoudig, Maar bij materialen is dit een stuk lastiger. De basis van alle materialen die we gebruiken, komt uit de natuur. Voor hout is dit eenvoudig voor te stellen. Met behulp van de zon groeien er bomen, die worden gekapt, in balken of planken gezaagd en gebruikt in de bouw. De bomen hebben een bepaalde tijd nodig om te groeien. Dit is voor verschillende boomsoorten verschillend. Dit is bijvoorbeeld 50 jaar, of 200 jaar. Voor een bepaalde hoeveelheid hout dat voor een gebouw gebruikt wordt, moet er dus een bepaalde hoeveelheid bomen groeien in een bepaalde tijd. En die bomen hebben weer een bepaald oppervlakte nodig. Dit is logisch 9

10 en te overzien. Het is een stuk moeilijker voor te stellen dat dit ook zo werkt bij bijvoorbeeld metalen. Staal of Aluminium groeit niet net als bomen uit de grond. Hiervoor diende aan andere analyse methode gevonden te worden. Als volgt. Wanneer het maar lang genoeg duurt, spoelen metalen uiteindelijk via de rivier uit in zee. Na weer een lange tijd pakken deze metalen samen. Er worden dan metaalbollen gevormd op de bodem van de zee. Het is dus in theorie, en waarschijnlijk in de toekomst ook in de praktijk, mogelijk om metaalbollen uit de zee te oogsten. Door deze theorie is het mogelijk een bepaald oppervlakte aan metalen toe te kennen. Daarnaast is het hierdoor natuurlijk ook mogelijk een bepaalde tijd aan de hergroeibaarheid van metalen toe te kennen (her-verzamelen c.q. concentratie- van moleculen). Er is echter nog weinig bekend over de hoeveelheid mangaanbollen op de zeebodem, en de tijd die eroverheen gaat eer ze gevormd zijn. Een andere manier is om niet te wachten tot de bollen zich vormen, maar de metalen daarvoor al met een elektrolytisch proces uit zeewater te filteren. In dat geval kost het de nodige energie. Die dan weer berekend kan worden als hoeveel land er nodig is voor bijvoorbeeld zonnecellen om die energie op te wekken. Deze laatste methode wordt voorlopig in MAXergy gebruikt. In de MAXergy-tool worden energie en materialen dus met elkaar vergeleken in oppervlakte en tijd. Dat leidt automatisch naar de grootheid ruimte-tijd, in m²-jaar. Naar de tijd wordt in jaren gekeken omdat deze eenheid het best past bij het groeien van materialen en het opwekken van energie. De samenhang tussen ruimte en tijd is als volgt. Om in één jaar een bepaald materiaal te laten groeien of een bepaalde hoeveelheid energie op te wekken, is een bepaald oppervlakte nodig. Als het laten groeien van het materiaal of het opwekken van de energie over meerdere jaren verspreid wordt, wordt het oppervlakte dat hiervoor nodig is automatisch veel kleiner doordat het gedeeld kan worden door het aantal jaar dat het duurt. 2.3 Embodied Land De term Embodied Land is afgeleid van die ruimte-tijd. Het woord embodied is wellicht bekend van Embodied Energy, de energie die het kost om een product te maken. Embodied Land is in feite hetzelfde. Het is het land dat nodig is voor een bepaalde tijd om een product (of energievorm) te maken. De MAXergy-tool berekent de Embodied Land. Hoe kleiner de Embodied Land, hoe minder m²jaar er nodig is voor bijvoorbeeld de energie en materialen voor een gebouw. Voor de materialen en producten van een gebouw is Embodied Land op te delen in onderdelen. Als eerste natuurlijk zoals boven uitgelegd de Embodied Land nodig is om een materiaal te laten groeien. Maar een ander onderdeel dat ook bij Embodied Land opgeteld moet worden, is dat er energie nodig is om dit materiaal te oogsten en te verwerken, en te transporteren (de embodied energy). En voor het opwekken van deze energie is er ook weer land nodig. En bij o.a. metalen is dus nog energie nodig voor herstel van de uitputting, in de vorm van energie om de metalen uit het zeewater te halen (te noemen de retour energie ). En om die energie te produceren, is weer een bepaald aantal m²-jaar nodig. Embodied Land bestaat dus uit primair Embodied Land en secundair Embodied Land. Maar als er nog verder gekeken wordt, bijvoorbeeld naar de ruimte-tijd die nodig is voor het laten groeien van de materialen die gebruikt worden bij het oogsten, zoals een zaag, komt er nog tertiair Embodied Land bij. De fracties worden echter steeds kleiner (de zaag wordt voor meer klussen gebruikt) en daarom is er bij de MAXergy-tool voor gekozen alleen te rekenen met het primair en secundair Embodied Land. Uit de MAXergy-methode volgt meestal dat hoe minder materiaal er in bijvoorbeeld een gebouw wordt toegepast, hoe beter het is. Want hoe minder materiaal er wordt toegepast, hoe kleiner de ruimte-tijd zal zijn en hoe meer m²-jaar er voor andere doeleinden gebruikt kan worden. Het aantal 10

11 m²-jaar dat uit de berekening in de MAXergy-tool komt is dus eigenlijk de ruimte-tijd die nodig is om een gebouw te laten hergroeien. Elk gebouw kan op die manier een eigen tuin aanleggen van een bepaald aantal m² waarin in een bepaald aantal jaren hetzelfde gebouw weer kan groeien (feitelijk dan dus een 0-materiaal gebouw!). 2.4 andere tools Inventarisatie bestaande instrumenten Er zijn vele tools in omloop om de duurzaamheid van gebouwen en gebieden te analyseren, maar zelden meten ze de werkelijke verbetering van de impact op bronnen en het klimaat. Ze gebruiken bijna altijd subjectieve scoringsmethoden, zetten weegfactoren in die geforceerd verschillende elementen bij elkaar optellen en vergelijken dan vaak de nieuwe situatie met een ( slechte ) referentie uit het verleden. Daarnaast vinden we combinaties van bron en proces maatregelen, die samen gewogen worden. Studies wijzen uit dat tools erg kwetsbaar zijn wanneer verschillende indicatoren bij elkaar worden opgeteld om tot één score te komen [4, 5]. Veel tools zitten ook zo ingewikkeld in elkaar dat de berekeningen niet meer transparant zijn [4]. Wat we uiteindelijk willen, is meten of we ons daadwerkelijk bewegen richting een evenwichtig gebruik van bronnen op een fundamenteel niveau zodat het gebruik van deze bronnen nog voor vele generaties is gegarandeerd: duurzaam gebruik, ofwel volhoudbaar ( inde tijd). We zijn dus niet zozeer geïnteresseerd in het absolute gebruik van bronnen, maar of we dit gebruik binnen een bepaalde ruimte en voor een onbepaalde tijd kunnen continueren. Uiteindelijk willen we geen Life Cycle optimalisatie, maar een gesloten kringloop prestatie. Een kringloop die kan blijven stromen. 11

12 Een goed instrument dat de voortgang naar een gesloten kringloop bewaakt, zou moeten voldoen aan de volgende eisen: Prestatiegericht: alleen het daadwerkelijke gebruik van de bronnen meten. Door te kijken naar sociale, economische en organisatorische aspecten (zoals geluid, toegankelijkheid, sociale veiligheid, kosten) kan de werkelijke verduurzaming In de zin van belasting door brongebruik: volhoudbaarheid) uit het oog worden verloren. Al die ander aspecten hebben ook hun nut, maar als er geen bronnen meer zijn om te bouwen, heeft evalueren naar geluid of toegankelijkheid weinig zin. Het begint dus bij het bronnenbeheer. Realistische eenheid: de scoring vertegenwoordigt een fysische eenheid. Scoring via een verzonnen waarde is relatief en subjectief. Ongewogen: weegfactoren zijn subjectief en dienen vermeden te worden. Distance to Target : bekijk het vanuit de toekomst en meet de vooruitgang naar een duurzame eindsituatie in plaats van een relatieve verbetering ten opzichte van een /oude niet-duurzame beginsituatie (benchmark gebouw bijv.). (In Maxergy betekent dit dat een bepaalde functie een bepaalde land impact heeft: Als dat land niet is gereserveerd daarvoor, is er een verschil met de ideale situatie: de distance to target.) Oorzaak/gevolg: focus op oorzaak van effecten, niet op effecten zelf en end-of-pipe maatregelen, zodat het probleem ook wordt opgelost en niet in tijd of ruimte wordt afgeschoven. Kwantificerend: scoring middels absolute resultaten. Relatieve/kwalitatieve scores zorgen voor subjectiviteit, en verhullen degradatie van het systeem. Niet gecorrigeerd voor klimaat: In sommige rekenmethoden wordt een correctie toegepast voor de klimaat zone, bijvoorbeeld als graaddagen bij een gebouw. Dat doen we in Maxergie niet: de Embodied land is mede een gevolg van de locatie, die is inclusief. Niet gecorrigeerd voor gedrag: Uiteraard bepaalt het uiteindelijk gebruik van een functie wat de belasting zal zijn: s winters een raam open laten vergroot het energiegebruik van een woning. Gebruik is evenwel geen onderdeel van de functiebeoordeling: de ontwerper /producent kan niet verantwoordelijk gehouden worden voor het openlaten van een raam. Het handhaven van de balans, de gereserveerde Embodied land versus het feitelijk gebruik ervan, zal onderdeel dienen te zijn van beleid bijvoorbeeld, niet van de initiële beoordeling/berekening van een gebouw bijvoorbeeld. Goede afbakening We hebben een aantal instrumenten getoetst aan deze criteria en de huidige tools voldoen hier niet aan (Annex). De Maxergie-methode doet een poging aan al deze eisen te voldoen. 12

13 Vergelijking met bestaande databases De opzet van de database voor Maxergie doet in het bijzonder denken aan twee andere benaderingen: LCA en Ecological Footprint. We zullen deze twee methoden daarom kort vergelijken met de Maxergieberekening. Embodied Land vs LCA Veel van de hierboven vermelde instrumenten gebruiken de database voor de LCA-berekeningen, zoals de lifecycle inventories van EcoInvent, SimaPro, MRPI, ICE, als input voor de analyse. In de LCA methode wordt de milieu-impact van alle processen in de keten van een product weergegeven voor 10 verschillende thema s. Met een wegingsfactor worden deze effecten gebundeld tot één score voor de totale impact van een product. Ook landgebruik wordt als impact meegenomen in de assessment, met name voor land- en bosbouwproducten (in m2a). Bezwaar tegen het gebruik van de LCA database is dat elke fase in de levenscyclus een foutmarge kent die zich bij elk proces verder opstapelt.(overigens ook een risico in de MAXergy benadering ). Bovendien zijn in LCA de wegingsfactoren een subjectieve en geforceerde manier om te komen tot 1 eindcijfer. Aan de andere kant zijn milieueffecten in de Maxergie-berekening niet direct meegenomen, zie onder Embodied Impact voor een uitleg. En: vele milieueffecten zijn een gevolg van bepaald primair bronnengebruik, en niet een oorzaak (dat kan tot dubbeltellingen leiden, zie verder onder embodied energy). Het grootste verschil is echter dat MAXergy niet een heel spectrum aan effecten beoordeelt, maar uitgaat van oorzaak c.q. input: die zal binnen een in kringloop te bedrijven brongebruik moeten passen. Effecten zijn dan minder relevant. (Natuurlijk komt er bij biomassa verbranden bijvoorbeeld CO2 vrij. Maar die is eerder vastgelegd door diezelfde biomassa groei. CO2 is dus niet relevant: wel of die biomassa weer aangroeit, m.a.w. of daar land voor is gereserveerd, zodat de voorraad niet uitput). Embodied Land vs Ecological Footprint De Maxergie-berekening en de berekeningen van de Ecologische Voetafdruk hebben enige overeenkomsten. Beide methodieken geven een eindresultaat in benodigde hectares, echter de een voor een product/dienst (Maxergie) de ander per persoon/land/stad/regio (Footprint, inclusief voedsel). Dat laatste koppelt dus feitelijke belasting aan gebruikersgedrag: dat zijn 2 geheel verschillende grootheden zoals hiervoor beschreven. ( Alhoewel het wel praktisch inzicht geeft in onze belasting, is het niet bruikbaar om de feitelijke functie te waarderen, zoals in ons geval bijv. een gebouw. Verder ontleden beide methoden de te onderzoeken eenheid in primaire materialen en gebruiken de termen embodied energy en embodied footprint cq embodied land: the embodied Footprint is measured as the number of global hectares required to make a tonne per year of a given product. Een verschil met de Maxergie-berekening is dat Footprint de consumptie in hectares afzet tegen de beschikbare grond in de wereld waardoor duidelijk wordt of we meer gebruiken dan er is of niet. Hierbij wordt ook rekening gehouden met de productiviteit van de grond. Ter vergelijking; bij Maxergie kijken we naar het conversierendement van zonne-energie tot een bruikbare bron, per locatie, niet gemiddeld. Verder kijkt Footprint niet alleen naar de productie en consumptie van bronnen, maar ook naar de productie van afval en het vermogen van ecosystemen om dat afval weer te verwerken zodat er geen 13

14 accumulatie van afval ontstaat (hiermee worden ook broeikasgassen bedoeld en de opname hiervan door oceanen en vegetatie). Maar dat is end of pipe effecten combineren met oorzaken, wat MAXergy juist wil vermijden. de Maxergie-berekening biedt een nieuwe insteek met andere toepassingsmogelijkheden: 1. De Footprint kijkt alleen naar hergroeibare bronnen die zichzelf kunnen regenereren/reorganiseren binnen een menselijke tijdschaal. Niet Hernieuwbare bronnen (en uitputting) worden niet in beschouwing genomen. Dat doet MAXergy wel. 2. Footprint geeft zelf al aan dat hun resultaten niet kunnen worden gezien als een indicator van hoe duurzaam een land of persoon is (met duurzaam wordt bedoeld het voorkomen van uitputten van bronnen), onder andere omdat ook de uitstoot van CO2-emissies wordt meegenomen als 'productie' naast het gebruik van bronnen zelf. Hierdoor verschuift de balans. Ook bekijken ze de resultaten niet per product, maar veelal per ruimtelijk systeem, waardoor import en export het beeld kunnen vertekenen. 3. Daarmee komen we tot het grootste verschil. Footprint kijkt naar end-of-pipe effecten zoals compensatie land voor CO2 uitstoot), Maxergie gaat uit van een gesloten kringloop en kijkt daarom naar de primaire belasting. CO2-emissies zijn bij Maxergie daarom niet relevant. 4. De uitkomst van een Footprint zijn geen absolute hectaren, maar 'global hectares', representatief voor de gemiddelde productie van een hectare in de wereld. De embodied Footprint is daarom gebaseerd op gemiddelden en niet op harde cijfers. Hectare-jaar gebruiken om de duurzaamheid van een product/dienst/gebouwvast te stellen zoals in Maxergie gebeurt is daarom wezenlijk anders dan de Footprint methode, ook al zijn ze in de basis vergelijkbaar. Maxergie is tevens geschikt om producten/ functies te evalueren, incl. zgn. niet hernieuwbare materialen. 14

15 3 details en achtergronden 3.1 Functie en systeem. MAXergy beschouwt in principe de impact van het voorzien in een functie, binnen een afgebakend systeem. De Functie is belangrijk om te definiëren,, want dat bepaalt in principe wat er gevraagd wordt of geleverd moet worden. Het gaat bijvoorbeeld om aantal m2 onderdak. Een vaker gebruikt voorbeeld is de functie: de was schoon krijgen. Door dat als uitgangspunt te nemen ontstaan er verschillende mogelijke oplossingen op verschillende schaalniveaus, waarvan de embodied land bepaalt kan worden. Zo kan je het wassen met een individuele wasmachine beschouwen, maar ook een wasserij voor een buurt met haal en brengservice: beiden met als resultaat dat de was schoon is. Maar welke heeft de laagste embodied Land? Of zoals een van de vraagstukken waarvoor MAXergy specifiek geschikt is: de afweging tussen meer isoleren (materialen) of meer (energie) produceren aan een woning, waarbij energie en materiaal gezamenlijk beschouwd worden: de functie is hier de warmtevoorziening ( binnen standaard comfortgrenzen), of dat met meer isoleren of meer zonnecellen gepaard gaat is in principe niet relevant, het gaat om de optimale balans (met de geringste m2-jaar). In een tweede fase, bij de feitelijke toepassing komt daar natuurlijk een tweede waardesysteem overheen, het monetaire met euro s als meeteenheid. Op basis daarvan kan een andere afweging gemaakt worden. Indien dat tot een andere keuze leidt, dan die van de laagste Embodied Land, klopt blijkbaar het monetaire systeem niet met het fysieke waarde systeem. Niet zo vreemd, het is daar ook geheel niet op gebaseerd en leidt vaak tot contraproductieve of niet optimale keuzes. We zijn niet voor niets in de problemen. MAXergy kan feitelijk voor elke systeem grootte toegepast worden, in feite bepaald echter MAXergy zelf de systeem grootte: wanneer een woning geëvalueerd wordt, kan de bouwplaats wellicht oppervlakte x hebben, maar waarschijnlijk zal de uitkomst van MAXergy laten zien dat die oppervlakte veel groter moet zijn. Dan is dus wel de impact van het gebouw systeem berekend, maar tevens de exergetisch belaste ruimte, ofwel hoe groot het feitelijk systeem kan zijn(zou moeten zijn). Andersom, er kan ook uitgerekend worden hoeveel van bepaalde functies binnen een gegeven oppervlak passen: bijvoorbeeld hoeveel woningen, met hun Embodied land op een hectare passen. De eerste resultaten van berekeningen laten zien dat dat ongeveer 2 eengezinswoningen zijn: In Limburg wonen gemiddeld 5,2 personen per hectare, dus dat zou ongeveer kunnen passen. Zij het dat dit de ruimte voor energie, materiaal en water is, maar exclusief voedsel, en eventuele culturele en sociale voorzieningen (gebouwen). En dan is er uitgegaan van een berekening op een 50 jarige levensduur en terugverdientijd voor het wonen. Als die periode opgerekt wordt naar 100 jaar (voor gebruik van de woning), is de ruimtevraag nog maar de helft en ontstaat er ruimte voor dat voedsel. Het geeft precies aan hoe met Embodied Land een helder beeld kan worden verkregen en juiste afwegingen kunnen worden gemaakt. En de kringloop gesloten, door tijd en volume mee te nemen. (De doorlooptijd in de kringloop wordt trager, waardoor ruimte ontstaat, ruimte-tijd). 15

16 Op een groter schaal niveau zoals een wijk of stad kan Maxergy ook worden gebruikt, maar dan in een breder perspectief: De Urban Harvest+ Methode is daarvoor ontwikkeld, die een integrale afweging maakt icm andere eisen, en vooral, die vanuit een bestaande belasting vertrekt (de ebstaande wijk bijv.), om te verkennen hoe de belasting daarvan is terug te brengen binnen de grenzen van het beschouwde systeem. Zie daarvoor andere documenten. 3.2 Oogsten De basis voor de embodied land berekening ligt in het bepalen van de oogst per hectare land. Dat is soms niet eenvoudig. Bij het vergelijken van hout met bamboe (beiden in een bewerkte vorm) bleek het zeer lastig om goede en betrouwbare cijfers te vinden. De bosbouwbedrijven houden hun cijfers liever geheim, of geven onvolledige informatie. De cijfers worden ook steeds anders gepresenteerd: gedroogd of nat, gezaagd of ruw, en onduidelijk is hoe er soms met kaalslag wordt omgegaan m.b.t.nieuwe aanplant. Over bamboe zijn gewoon nog te weinig cijfers bekend. Reden om ze recent zelf maar te gaan onderzoeken in de bossen in China (zie het betreffende onderzoek). Ook voor kurk werd de situatie ook pas duidelijk toen werd doorgevraagd bij kwekers zelf: dan blijkt dat de eerste 8 jaar een boom geen kurk levert, dat er daarna ook maar een bepaald deel van de bast in aanmerking komt etc. Uiteindelijk blijkt kurk dan gemiddeld over de levensduur van de boom maar zo n 125 kg per hajaar op te leveren. Belachelijk weinig, en wellicht genoeg voor een paar wijnkurken, maar niet als bulk bouwmateriaal. Met schapenwol is het overigens nog beroerder: Als men alleen schapen houdt voor de wol als isolatiemateriaal, levert dat zo n 25 kg per ha-jaar op... Voor de meeste cijfers echter kunnen we putten uit bestaande bronnen, vooral de bosbouw en landbouw. Overigens, die cijfers zijn steeds lokaal bepaald: de opbrengst van het land is sterk afhankelijk van het klimaat en de teelmethoden. Hetzelfde gebouw kan dus in een ander land een andere Embodied land opleveren. Waarschijnlijk zullen dan ook op diverse plaatsen andere keuzes gemaakt worden voor energie en materialen. Dat geeft ook gelijk aan dat MAXergy benadering vertrekt vanuit de lokaal aanwezige en te compenseren energie en materialen: dat is enerzijds de directe exergetische kwaliteit die aanwezig is en waarop keuzes gemaakt worden, anderzijds omdat ze uitgaat van eigen kwaliteit en niet vanaf het begin al afgewenteld wordt op een ander, niet beheerst, systeem. In principe dient ieder m2 productief te worden benut. Terugkomend op schapenwol: de vraag is natuurlijk of dat schaap alleen voor de wol wordt gehouden, of dat dat een bijproduct is van het schaap, dat feitelijk voor vlees of kaas wordt gehouden. Dat brengt ons op het vraagstuk van allocatie: dat deel van de hectare dat toegewezen wordt aan de grondstof voor de feitelijke toepassing: 16

17 3.3 Systeemgrenzen en Allocatie Een gevoeligheid in de berekening blijft enerzijds de opbrengst per hectare, daarover verschillen de gepubliceerde cijfers nog al eens (zie de database toelichting), en anderzijds vervolgens het rekenen met de opbrengst, die zelden volledig zal worden benut voor 1 product. Een gewas bestaat uit verschillende onderdelen die voor diverse producten kunnen worden ingezet. Soms zal slechts een deel worden gebruikt voor het berekende product. Dit fenomeen staat bekend als allocatie: hoeveel product wordt toegerekend aan hoeveel hectare land. Wat betreft allocatie zijn er In principe 4 mogelijkheden: 1 niet benutte deel blijft op land achter: de hele hectare wordt aan het product toegerekend, ondanks dat slechts deel van de oogst benut is (want de hectare is niet beschikbaar voor andere productie). 2 We rekenen alles toe aan 1 product, ook als deel van de opbrengst niet gebruikt wordt (als 1), tenzij duidelijk is dat restant (bewezen) wordt gebruikt (evt. door anderen): dan kan een reductiefactor in werking treden. 3 Veronderstellen (maar daar geen controle over hebben) dat alle opbrengst benut wordt, ook het niet zelf benodigde deel, maar dan door anderen, dan zou met x% van land gerekend kunnen worden wanneer x% van opbrengst direct wordt ingezet. 4 aannemen dat van restant energie geproduceerd wordt (en die wordt in eigen vergelijking meegenomen). In het onderzoek Duurzaamheid van Biobased producten *6] wordt allocatie bijvoorbeeld vermeden door te veronderstellen dat de co-producten ook worden geoogst en dat die worden omgezet in energie, in principe t.b.v. hetzelfde proces. Een combinatie van materiaal en energie input derhalve. De 1 e variant is helder, maar waarschijnlijk niet optimaal. Bovendien creëert het een optimalisatieprobleem. Het maakt dan niet meer uit of bijvoorbeeld van de ene bamboe 50% wordt ingezet (in y hoeveelheid product voor bepaalde functie), of van ander soort 75 %. Beiden krijgen dan evenveel hectare beslag. (Terwijl er in feite dus minder overblijft voor andere functie.) Als er meer benut kan worden bij gelijk producthoeveelheid, dan levert dat wel onderscheid op evenals met zelfde hoeveelheid meer product in hectare beslag Wel is dan de bruto en netto toerekening (naar gebruikt deel hectare, natuurlijk lager (als 3). De 2 e variant is een verbetering van 1, en kan tot een maximum, dat mogelijk begrensd wordt door minimaal benodigde hoeveelheid bodemorganische stof die achter dient te blijven. (Maar is vooralsnog onbekend, althans onberekend, zie verder). De 3 e optie is een netto landgebruik methode. Restant wordt verondersteld benut te worden (en benut te kunnen worden), maar leggen daar geen rekenschap voor af. 17

18 Ad 4: alhoewel een zeer charmante manier om de allocatie op te lossen, is dit exergetisch onverantwoord: de moeizaam gegenereerde kwaliteit wordt direct opgeofferd in verbranding bijvoorbeeld. De massa had eerste nog een tijdje als massa dienst kunnen doen, en dan alsnog verbrand worden waardoor er veel meer exergie in systeem blijft (doorloop snelheid kringloop vertragen). Het basis principe is: eens massa altijd massa, omdat: 1 energieproductie daarvan ineffectief is : er is zonne-energie benut voor massa productie, en dan zou die massa weer terug energie dienen te worden. Dat kan beter via een meer directe weg geregeld worden. 2 massa in rangorde meer en eerder nodig is dan externe energie : 3 massa op termijn altijd nog energie kan worden: na 100 jaar gebruik kan een plank nog steeds verbrand worden voor energie: en het materiaal heeft dan dus dubbel exergetisch effect: eerst als materiaal een x aantal jaren een functie vervuld en dan als bonus de nog steeds aanwezige energie door deze gelijk te verbranden wordt dus de potentieel exergetische waarde zwaar onderbenut 4 biomassa legt CO2 vast, door deze te verbranden komt die weer vrij en is netto resultaat 0. In principe kan alle gegenereerde biomassa voor product worden aangewend, in verschillende mate van hoog of laagwaardige kwaliteit (meer of minder energie-input. Een maat zou dus kunnen zijn welke fractie hoogwaardig wordt ingezet: bamboe als balk, tegenover bamboe-stof, van zagen bijvoorbeeld, als vulmateriaal of brandstof). Dat zou dan in tijd ruimte berekend moeten worden. Overigens kan blijken dat de embodied land van verschillende energieroutes in het voordeel zou kunnen zijn van biomassa energie, dat is onwaarschijnlijk, maar niet onmogelijk. Dat is echter nog niet berekend, en een van de gewenste (vervolg-)onderzoeken. Nutriëntenbalans, achterblijven bodemorganische stof Overigens laten alle opties nog onbeantwoord hoe de nutriënten balans van het land in stand blijft, wanneer geen restanten op het land achterblijven. In principe zal bij normale landbouw de hoeveelheid nutriënten aangevuld worden via de jaarlijkse natuurlijke toestroom aan water en stof. Dat is bij extensieve landbouw en gevarieerde gewasgroei. Bij intensive monoculturen is daarvoor aanvulling nodig, zoals kunstmest. Het gaat te ver daar hier uitgebreid op in te gaan, dat is een andere discipline. In MAXergy is ervoor gekozen aan te nemen dat er landbouw plaatsvindt waarbij een nutriëntenbalans gehandhaafd blijft. Evt. verder of aanvullend onderzoek naar de database kan daarin verandering brengen, en weelicht op termijn een onderscheidt maken naar opbrengst voor intensieve en extensieve teelt, en bijbehorende embodied land effecten. Allocatie kan vervolgens binnen MAXergy nog op twee manieren benaderd worden: : A vanuit de realisatie c.q. product/functie: dat vereist x ha land om de hoeveelheid materiaal te leveren, onafhankelijk van hoeveel er van de opbrengst gebruikt wordt, het is immers toch nodig, en dat er nog 18

19 wat overblijft voor een ander is meegenomen, maar die hele hectare was nodig voor dat deel van de opbrengst. (Een deel van de hectare had de gevraagde hoeveelheid niet kunnen leveren.) B Of vertrekken van land opbrengst: wat is de ideale producten combinatie om 100% opbrengst nuttig te kunnen maken? (los van er wat achter moet blijven voor grondbalans). Dit laatste zou wel eens tot een andere product keuze kunnen leiden( iets minder van 1 product om restant nuttiger te maken voor 2 e soort product). Die laatste is een ideale benadering maar tevens een complexe (eigenlijk integrale systeembenadering nodig, dan bepaalt het land je palet aan materialen ), maar die valt feitelijk buiten de hier gekozen aanpak. Daarom is er voor de MAXergy benadering gekozen voor de functie benadering i.c.m. leveren. Met andere woorden: de hele hectare wordt toegewezen aan het product (A) en dus de Embodied Land berekening. Wel in de vorm van variant 2, om in de toekomst, met meer onderzoek, evt. een reductiefactor te kunnen invoeren. In het Urban Harvest+ onderzoek ( gericht op bestaande gebieden) [7] is vastgesteld dat er ook een rangvolgorde is in bronnengebruik: voedsel komt voor materiaal: dus in geval het landgebruik kritisch wordt, zal voedsel voorrang krijgen en het verdient dus ook (nu al) de voorkeur om bouwmaterialen te produceren van restanten van voedselproductie: stro bijvoorbeeld van graanproductie. In dat geval zal er nader gekeken meten worden naar allocatie, omdat dan de hectare in principe aan voedsel is toegerekend, en het materiaal een extra is. (B) Wat voor materialen geldt, geldt in wezen ook voor energie: Een hectare zonnepanelen levert elektriciteit, maar er gaat ook warmte verloren: dus slechts deel potentie is benut. Dus we rekenen hele hectare toe aan die elektriciteitsproductie uit panelen. Wat niet wegneemt dat de energieproductiviteit van een hectare verhoogd kan worden, net zoals in landbouw. Het komt er op neer dat er in MAXergy 1.0 is gekozen voor de directe benadering van een hectare voor een hectare, waarbij de optimalisatie van het (productieve ) landgebruik voorlopig aan ander onderzoek wordt overgelaten: nieuwe resultaten zullen dan t.z.t. de database kunnen bijstellen, of leiden tot het anders rekenen met allocatie. MAXergy 2.0 bijvoorbeeld. 3.4 energie in MAXergy Zoals reeds hiervoor vastgesteld, is de aarde een systeem dat langzaam zijn entropie vergroot ( verlies van energie en/of kwaliteit) welke alleen wordt gecompenseerd oor de constante toevoer van zonneenergie. Dat geldt voor de aarde, maar ook voor een systeem op kleinere schaal, zoals een wijk of land. Uiteindelijk is het dus afhankelijk van de efficiëntie waarmee zonne-energie wordt ingezet, voor zowel energie, voedsel en materialen, dat bepaald hoe snel een systeem zichzelf uitput, of een evenwicht handhaaft of de kwaliteit zelfs vergroot. (Een natuurlijk /organisch systeem doet dat automatisch.) In MAXergy rekenen we dan ook vanuit zonnestraling naar de effectiviteit van de toepassing, via het oppervlak inde tijd nodig voor die functie. 19

20 Voor de behoefte aan kwaliteit in de vorm van energie is in eerste instantie ervoor gekozen dat energie geleverd wordt als elektriciteit via zonnecellen, meer speciaal: multi-kristallijn PV. Dat is vooral een praktische maar tegelijk arbitraire keuze, het kan op velerlei andere manieren (wind, waterkracht, biomassa), maar dat zal in de verdere ontwikkeling als optie dienen te worden onderzocht en berekend (of als voorkeur ingesteld als uit onderzoek blijkt dat de embodied land dan lager is). Voor de berekening van een gebouw speelt de operationele energie een grote rol. In de eerste plaats is er dus ook de directe berekening van het aantal zonnepanelen om in de eindvraag te voorzien ( met evt uitwisseling met het net) Dit is de vraag impact :VI Daarnaast is er de impact van de gebruikte materialen voor de productie van een m2 PV: dat is de EL berekend uit landgebruik voor primaire materiaalwinning, embodied energy en evt. return energy voor het paneel zelf (Return energy zal hieronder worden besproken). Tezamen te noemen paneelimpact, PI. Dan is er nog systeem impact, SI: de energie kan in geval zonnepanelen niet altijd direct gebruikt worden en moet deels worden opgeslagen: korte termijn(dag/nacht): via accu s, lange termijn (zomerwinter), via bijvoorbeeld de waterstof route. (Dat is de voorlopig gekozen optie, onderzoek kan wellicht andere opties doorrekenen met mogelijk effectiever landgebruik). De impact van energie komt achtereenvolgens aan bod bij het berekenen van Embodied land voor de operationele energie, maar uiteraard ook bij materialen, in de vorm van het leveren van de Embodied energy (en evt. return energy), zowel de PV materialen als de bouw of product materialen. Operationele energie Als basis wordt hier gerekend met de directe vraag, (aantal m2 paneel), maal de impact van de panelen zelf. Met betrekking tot operationele energie is een continue levering belangrijk, met ander woorden de tijdigheid van levering. Vandaar dat de naast de VI en de PI ook de SI berekend wordt ofwel: het primaire PV oppervlak, plus aanvullend oppervlak om opslagverliezen te compenseren, en weer maal de impact van het fysieke paneel. Een reden om opslag (SI) al mee te nemen, (en niet uit te gaan van netkoppeling) is dat enerzijds in de toekomst alles gebaseerd zal zijn op zonne-energie en opslag noodzakelijk zal zijn, anderzijds daarmee t.z.t. een eerlijke vergelijking met bijvoorbeeld een biomassa route kan worden gemaakt. (Waarbij opslag al inclusief is!) Uiteraard is er ook impact van de ingezette installaties, bijvoorbeeld voor opslag, zoals brandstofcellen en opslag tanks: die kunnen waarschijnlijk gedeeld worden met andere projecten, bijvoorbeeld voor waterstofproductie op wijkniveau. Deze zgn. derde orde effecten zijn buiten beschouwing gelaten. De installaties voor direct gebruik, zoals voor verwarming en verlichting, dienen wel mee geëvalueerd te worden. Het gaat dan om leidingen, apparatuur. Door gebrek aan goede cijfers zijn die in de voorbeelden nog niet meegenomen, maar zullen dat t.z.t. wel worden. 20