Wil Nederland de Parijse klimaatdoelen halen, dan moet het aan de slag. EW zoekt uit welke initiatieven kunnen helpen. Waarom is water nog geen energiebron?
Wie weleens over de Afsluitdijk of de Oosterscheldekering rijdt, ziet hoe Nederland en water onlosmakelijk met elkaar zijn verbonden. Dijken en waterkeringen zijn gebouwd om het water in toom te houden. Maar het kan ook andersom: de kracht van water benutten om schone energie mee op te wekken.
In Europa komt meer dan 10 procent van de elektriciteit uit waterkracht. In Nederland liggen die cijfers anders. Volgens het Centraal Bureau voor de Statistiek was het aandeel hernieuwbare energie in 2023 17 procent van het energieverbruik. Daarvan nam waterkracht slechts 0,1 procent voor haar rekening.
Werkpaarden
Terwijl water als duurzame energiebron voor de hand ligt. Er stroomt genoeg door Nederland, en het stroomt altijd. Water kan dus 24 uur per dag energie produceren. In tegenstelling tot de huidige werkpaarden van de energietransitie. Windturbines staan nogal eens stil, door te weinig of juist te veel wind. En zonnepanelen wekken minder op in de winter en op bewolkte dagen.
Energie uit water valt op diverse manieren op te wekken: met hoogteverschillen, getijdenenergie, blauwe energie en aquathermie. Met waterkracht energie opwekken uit hoogteverschillen levert in Nederland weinig op (zie ‘Nederland is te plat’ op deze pagina). Aquathermie produceert geen stroom, maar warmte (zie ‘Huizen verwarmen met water’ op pagina 74). Kunnen ‘blauwe’ energie en getijdenenergie wel duurzame stroom leveren?
Per dag is het twee keer eb en twee keer vloed, ofwel twee keer laag- en twee keer hoogwater. Die getijden ontstaan door de aantrekkingskracht van de maan, waardoor ze een patroon volgen dat tot op de minuut is te voorspellen.
Getijdenenergie valt op twee plaatsen efficiënt op te wekken: op plaatsen met een groot verschil tussen hoog en laag water, en op plaatsen met hoge stroomsnelheden door de getijdenstroming. Bij de eerste techniek wordt een getijdencentrale in een dam gebouwd. Is het vloed, dan wordt water achter de dam opgeslagen. Zodra het waterpeil buiten de dam bij eb daalt, laten turbines het water naar buiten. Deze turbines drijven generatoren aan die elektriciteit opwekken.
In de Franse regio Bretagne, in de rivier de Rance, staat als sinds 1966 zo’n getijdencentrale die met 24 turbines een capaciteit heeft van 240 megawatt en stroom levert aan circa 225.000 huishoudens. Gemiddeld is het hoogteverschil tussen eb en vloed daar zo’n 8 meter, maar het kan oplopen tot wel 13,5 meter.
Nederland heeft een lange kustlijn. ‘Maar het getijverschil is niet supergroot vergeleken met andere locaties, zoals Bretagne en het Kanaal van Bristol,’ zegt Anton de Fockert (42). Hij is stromingsexpert bij kennisinstituut Deltares. Volgens het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut is het gemiddelde hoogteverschil tussen eb en vloed 1 tot 2 meter. ‘Daarom is deze manier van energie opwekken hier niet heel kansrijk,’ zegt De Fockert.
Drijvende centrale
Turbines kunnen ook onder water worden geplaatst om energie op te wekken, zowel op de bodem van de zee als drijvend in zee. Deze turbines maken gebruik van hoge stroomsnelheden.
Drie jaar geleden installeerde Schotland een drijvende centrale voor getijdenenergie met een vermogen van 2 megawatt, goed voor het leveren van stroom aan circa tweeduizend huishoudens. De Orbital 02 gebruikt hiervoor de sterke stroming rond de Orkney-eilanden ten noorden van het land.
Belangrijk is dat de onderwaterturbines in gebieden komen te staan met sterke getijdenstromen, anders draaien de turbinebladen niet, zegt De Fockert. ‘Om onderwaterturbines rendabel te maken, moet het water met minimaal 1 meter per seconde stromen – en dat gebeurt op maar weinig plekken in Nederland.’
Voor de kust stroomt het water niet hard genoeg, maar tussen de Waddeneilanden zouden zulke ‘onderwaterwindmolens’ wel stroom kunnen opwekken. Dan moet het er wel diep genoeg zijn. ‘Hoe groter de turbine, hoe meer energie je ermee kunt opwekken,’ zegt De Fockert. ‘Maar je kunt op de zeebodem niet overal turbines met bladen van 20 meter of langer kwijt. En schepen moeten nog steeds tussen de eilanden door kunnen varen.’
Bovendien is het Waddengebied één van de grootste wildernisgebieden van Europa, met een zeer rijke biodiversiteit. Het plaatsen van onderwaterturbines kan ingrijpende gevolgen hebben voor dat zeeleven. De kans dat daar getijdenenergie zal worden opgewekt, is dus klein.
Bescheiden bijdrage
Een plek waar het water ook hard stroomt, is de Oosterschelde. Bij de Oosterscheldekering – die deel uitmaakt van de Deltawerken – zijn voor een pilot in 2015 vijf turbines opgehangen die stroom opwekken voor duizend huishoudens. ‘Alleen is opschaling van deze getijdencentrale ingewikkeld, omdat de turbines invloed hebben op de hoeveelheid water die de Oosterschelde instroomt.’
Mochten er op sommige plekken toch onderwaterturbines in Nederland kunnen worden geplaatst, dan zal de opgewekte elektriciteit een bescheiden bijdrage blijven leveren aan het aandeel hernieuwbare energie, denkt De Fockert.
Terwijl getijdenenergie werkt met de verschillen tussen eb en vloed, draait het bij blauwe energie om het verschil in zoutconcentratie tussen zoet en zout water. Water wil van nature concentratieverschillen opheffen. Als je zoet en zout water bij elkaar brengt, zal het mengen tot brak water. Plaats je speciale membranen tussen zoetwater en zeewater, bijvoorbeeld waar de Rijn uitmondt in de Noordzee, dan kun je van deze eigenschap handig gebruikmaken en er stroom mee opwekken.
Dat werkt zo. In zout water bevinden zich positief en negatief geladen deeltjes (ionen). Eén type membraan laat alleen de positieve ionen door, terwijl het andere de negatieve ionen doorlaat. Door deze membranen afwisselend te stapelen, ontstaat er een spanningsverschil, net als bij een batterij, met een positieve en een negatieve zijde. Wanneer deze zijden via elektroden worden verbonden, kan het spanningsverschil worden omgezet in elektriciteit. Wat overblijft na dit proces, is brak water dat in zee terechtkomt.
Proefinstallatie
‘Blauwe energie levert het meeste op als je héél zoet en héél zout water gebruikt,’ zegt De Fockert. ‘Op plekken waar zoet in zout water stroomt, heeft vermenging al plaatsgehad en is het water brakker. Daardoor wordt het zoute water minder zout en neemt de opgewekte energie behoorlijk af.
‘Dat is ook de reden waarom er nog nergens ter wereld grote blue energy plants operationeel zijn. Er is nog veel onderzoek nodig naar hoe je die waterstromen met verschillende zoutconcentraties zo goed mogelijk kunt scheiden.’
Sinds 2014 staat er op de Afsluitdijk een proefinstallatie. Daar onderzoekt het bedrijf REDstack of er stroom valt te winnen uit zoet water uit het IJsselmeer en zout water uit de Waddenzee. Naast nieuwe inzichten levert de proeflocatie elektriciteit op, maar dat is net genoeg voor enkele huishoudens.
Dankzij een subsidie van De Nieuwe Afsluitdijk – een samenwerking tussen Rijkswaterstaat en de provincies Noord-Holland en Friesland – kan de blauwe-energiecentrale worden opgeschaald. De grotere centrale moet per jaar 132.000 kilowattuur produceren. Bij een gemiddeld elektriciteitsverbruik vallen hiermee zo’n veertig huizen jaarlijks van blauwe energie te voorzien. Ook niet veel.
‘Naar mijn mening zal blauwe energie dan ook altijd een niche blijven,’ zegt René van Roij (55), theoretisch natuurkundige aan de Universiteit Utrecht. ‘Goed voor maximaal 1 procent van het aandeel hernieuwbare energie. Blauwe energie kan nog steeds nuttig zijn op Nederlandse schaal om fluctuaties gedeeltelijk op te vangen bij weinig wind of zon. Maar als je het mij vraagt, zijn zon, wind en waterstof de hoofdmoot.’
Nederland is te plat
Meer dan 10 procent van de Europese elektriciteit komt van waterkracht, vooral in landen met grote hoogteverschillen. Waterkracht is schoon, goedkoop en een energiebron die nooit opraakt.
In Nederland speelt waterkracht geen grote rol. Het verval in rivieren is te klein. Er zijn vier middelgrote centrales (in Alphen-Lith, Maurik, Linne en Hagestein) die stroom produceren. Toch zou het afdammen van alle rivieren in Nederland maar maximaal 5 procent van de elektriciteitsbehoefte dekken.
Huizen verwarmen met water
In 2050 moeten zeven miljoen huizen en één miljoen andere gebouwen van het aardgas af. Geothermie (aardwarmte) kan als alternatief een grote rol spelen, maar er is nog een optie: aquathermie. Daarbij wordt warmte gewonnen uit oppervlakte-, drink- en afvalwater en vervolgens opgewaardeerd met een warmtepomp, afhankelijk van hoe warm een huis of gebouw moet zijn.
Deltares en onafhankelijk onderzoeksbureau CE Delft berekenden dat aquathermie in de helft van de warmtevraag kan voorzien. Bovendien kun je huizen ook koelen met water. ‘Aquathermie heeft dus heel veel potentie. Maar dan moeten er wel meer aquathermiesystemen worden gebouwd, zodat er van de ervaringen met deze systemen kan worden geleerd,’ zegt stromingsexpert Anton de Fockert van Deltares. ‘Momenteel zijn er een kleine honderd aquathermiesystemen aangelegd in Nederland.’