Energietransitie in Nederland: maatregelen en innovaties

CO2-reductie in de energiesector

Energiebedrijven, met name elektriciteitscentrales en raffinaderijen, hebben een groot aandeel in de CO2-uitstoot in Nederland: 30 procent van de totale CO2-emissie (bron: CBS). Belangrijke oorzaak is dat de energiesector nog sterk afhankelijk is van fossiele energie. Hoe pakken we de uitstoot van de energiesector aan?

Windenergie

Windenergie is een van de belangrijke duurzame energiebronnen om de klimaatdoelstellingen te bereiken. Het doel is dat de windparken in 2030 samen 7000 MegaWatt elektriciteit produceren. Hiermee voorzien we ongeveer 7 miljoen huishoudens van energie.

Nieuwe generaties windmolens

We werken continu aan de ontwikkeling van nieuwe generaties windturbines. Deze leveren meer energie en zijn uiteindelijk goedkoper. Zo ontwikkelde ECN part of TNO in samenwerking met researchpartner GE Renewable Energy de grootste en meest krachtige windturbine ter wereld, de HaliadeX.

Lees ook: Met deze innovaties worden windturbines goedkoper en beter.

Ook ontwikkelen we kennis over windmolenparken en hun integratie in ons energiesysteem. Denk aan nieuwe installatietechnieken, optimaal onderhoud, intelligente parkregeling en innovaties zoals robotica en ICT.

Zonne-energie

Om de nationale en internationale doelstellingen voor het klimaat te realiseren, moeten en kunnen we veel meer energie uit de zon halen dan we nu doen. De 10,7 gigawattpiek (GWp) aan geïnstalleerd zonne-energievermogen voor elektriciteitsopwekking in Nederland kan naar 50 GWp in 2030 en 200 GWp in 2050. Zonnepanelen moeten we daarom op veel grotere schaal inzetten.

Innovaties in zonne-energie

We ontwikkelen technologieën waarmee we de productiekosten van zonnecellen verlagen en het rendement vergroten. Hierdoor halen we meer elektrische energie uit zonlicht. We ontwikkelden bijvoorbeeld samen met onze Solliance-partners een tweezijdig werkende tandemzonnecel met een rendement van ruim 30 procent. Ter vergelijking: de huidige enkelzijdige industriële zonnecellen kunnen maximaal 22 procent van de energie opvangen en omzetten in elektriciteit.

Zonnepanelen integreren in de leefomgeving

Daarnaast werken we aan nieuwe ontwikkelingen van zonnepanelen om zonne-energie slim te integreren in onze leefomgeving.

Voorbeelden zijn:

• verantwoorde zonneparken
• zonne-energie in bouw en infrastructuur
• auto's op zonne-energie

Andere veelbelovende innovaties voor opwekking van zonne-energie zijn:

• massa-maatwerk
• meer rendement en lagere kosten
• veelzijdige zonnestroom door nieuwe technologieën

CO2-afvang en -opslag

De komende jaren werken we met verschillende partners aan de verdere ontwikkeling van technieken voor afvang, gebruik en opslag van CO2. Bij ons onderzoek kijken we nadrukkelijk naar de risico’s, de economische haalbaarheid en regelgeving. Dit resulteert uiteindelijk in een fors lagere CO2-uitstoot met effectieve en betaalbare technologieën.

CO2-reductie in de industrie

Ruim 22 procent van de CO2-uitstoot in Nederland is afkomstig uit de industriesector (bron:CBS). Om CO2-reductie in de industrie te bereiken, is een ingrijpende energietransitie noodzakelijk. In 2030 moet de CO2-emissie namelijk gehalveerd zijn, in 2050 moet het zelfs nul zijn. Maar de sector maakt nog bijna volledig gebruik van fossiele grond- en brandstoffen. Veel bedrijven gebruiken bijvoorbeeld gas als brandstof om hoge temperaturen (100 graden Celsius) te bereiken voor productieprocessen. Bij verbranding van deze fossiele brandstof komt een grote hoeveelheid CO2 vrij. Innovaties zijn dus broodnodig.

Warmtepompen voor de industrie

Fossiele brandstoffen worden uiteindelijk vervangen voor duurzame energie. Dit geldt ook voor warmte-opwekking voor industriële processen. Zo kunnen we zogeheten gasgestookte stoomsystemen vervangen door warmtepompen. Warmtepompen gebruiken namelijk restwarmte uit de industrie om de juiste temperaturen voor productieprocessen te bereiken.

Efficiënter gebruik van energie en grondstoffen

CO2-uitstoot in de industrie kan ook door efficiënt gebruik van grondstoffen en energie worden gereduceerd. Grondstoffen worden tijdens productieprocessen namelijk maar voor een klein gedeelte gebruikt. Delen van de grondstof blijven ongebruikt, waardoor er zogeheten reststof overblijft. TNO werkt aan technologieën om reststoffen terug te winnen en her te gebruiken in het productieproces. Hierdoor zijn er minder grondstoffen en energie nodig. Ook komen er minder emissies en afvalstoffen vrij.

Lees ook: Van organisch afval naar waardevolle grondstoffen.

Duurzame alternatieve grondstoffen

Daarnaast werken we aan alternatieve grondstoffen zodat de chemische industrie minder afhankelijk wordt van fossiele brandstoffen, bijvoorbeeld door van biologisch afval grondstoffen te maken. Tegelijk zorgen we dat de producten die de industrie verlaten, duurzamer zijn.

Electrificatie

De industriesector ontkomt er niet aan: om volledig CO2-neutraal te zijn moeten fossiele brandstoffen op termijn worden vervangen door duurzaam opgewekte elektriciteit. Om dit te bereiken, werken we samen met bedrijven, universiteiten en andere kennisinstituten aan een aantal belangrijke innovaties, bijvoorbeeld in het Shared Innovation Program VoltaChem.

Zo werken we aan technologieën die duurzame waterstof omzetten in brandstoffen en chemicaliën, en elektriciteit omzetten in warmte. Daarnaast ontwikkelen we technologieën voor directe elektrochemische conversie naar chemicaliën en gebruik van elektriciteit voor scheidingsprocessen in de chemie.

Lees ook: Een industrie zonder CO2-uitstoot: hoe gaan we dat doen?

CO2-afvang, -opslag en -gebruik

Sectoren als staal, cement, raffinage en petrochemische industrie zullen ook na 2050 afhankelijk zijn van fossiele grond- en brandstoffen en daarmee grote hoeveelheden CO2 uitstoten. Om de klimaatdoelstellingen te halen is het daarom noodzakelijk de CO2-uitstoot af te vangen, op te slaan en her te gebruiken.

Lees ook: 4 manieren om de industrie CO2-neutraal te maken

Concrete stappen:

• SEWGS: met deze doorbraaktechnologie is de CO2 die staalbedrijven uitstoten efficiënt op te vangen en vervolgens op te slaan en om te zetten in blauwe waterstof.
• Bij de vuilverbrandingsfabriek in Duiven hebben we bijvoorbeeld bijgedragen aan de ontwikkeling van een afvanginstallatie met een capaciteit van 50.000 ton CO2 per jaar. Deze CO2 wordt nu geleverd aan de glastuinbouw.

CO2-reductie van wegverkeer

Ruim 18 procent van de CO2-uitstoot in Nederland vindt plaats in het wegverkeer (bron: CBS). In 2050 moet de CO2-uitstoot in deze sector met 80 procent zijn gereduceerd. Een van de belangrijke oorzaken is dat de sector nog veel gebruikt maakt van fossiele brandstoffen, zoals benzine en diesel. Bij verbranding van deze brandstoffen komt een grote hoeveelheid CO2 vrij. Daarnaast heeft ook het rijgedrag van weggebruikers invloed op de CO2-uitstoot.

Alternatieve brandstoffen

Er rijden veel auto’s en vrachtwagens nog op fossiele brandstoffen. Om CO2-reductie in het wegverkeer te realiseren vervangen we op termijn fossiele brandstoffen voor duurzame brandstoffen. Zo kunnen elektriciteit of biobrandstoffen de fossiele brandstoffen op termijn vervangen. Hiervoor zijn wel veranderingen aan voertuigmotoren nodig.

Innovaties voortuigmotoren

Een van de innovaties waar we aan werken is de zogeheten elektrificatie van aandrijflijnen. We verkrijgen de energie dan niet door verbranding, maar bijvoorbeeld door waterstof in een brandstofcel te gebruiken om elektrische energie op te wekken.

Op dit moment testen we samen met Albert Heijn, DAF Trucks, Simon Loos en Peter Appel Transport het rijden met elektrische trucks-met-trailers in steden. De samenwerkingspartners onderzoeken aan welke functionele en operationele eisen elektrische vrachtwagens moeten voldoen om in de nabije toekomst supermarkten in binnensteden emissievrij te bevoorraden.

Lees ook: Waterstof als brandstofcel.

Geautomatiseerd rijden

Naast investeringen in duurzame brandstoffen, helpen innovaties in geautomatiseerd rijden de CO2-uitstoot van auto’s en andere voertuigen te verminderen. Daarvoor werken we met de auto-industrie onder meer aan zelfrijdende auto’s en vrachtwagens. Door bepaalde 'rijtaken' te automatiseren, reduceren we de milieueffecten van filevorming en daarmee de CO2-uitstoot. Denk aan hard remmen en optrekken. Dat automatiseren vergroot de veiligheid en vermindert de CO2-uitstoot enorm.

Rendement verbrandingsmotoren verhogen

Met name voor het lange afstandsvervoer blijven fossiele brandstoffen de komende decennia noodzakelijk. Om ook hiervoor CO2-reductie te realiseren, investeren we in innovaties om het rendement van motoren te vergroten, waardoor we meer energie halen uit fossiele brandstoffen. Ook investeren we in zogeheten FlexFuel technologie, waarbij voertuigen het gebruik van duurzame brandstoffen combineren met fossiele brandstoffen.

CO2-reductie in de gebouwde omgeving

15 procent van de CO2-uitstoot in Nederland vindt plaats in de gebouwde omgeving (bron: CBS). Een van de belangrijke oorzaken hiervoor is dat veel van de energie die we opwekken voor de gebouwde omgeving, bijvoorbeeld voor verwarming en warm water, grotendeels uit fossiele brandstoffen wordt gewonnen. En dat terwijl het energiegebruik van huishoudens toeneemt en fossiele brandstoffen opraken.

In 2050 moet de gebouwde omgeving daarom volledig klimaatneutraal zijn. Wij gaan een stap verder en zetten ons in voor energiepositieve gebouwen. Deze duurzame gebouwen compenseren het gebouwgebonden energieverbruik, maar wekken ook voldoende op voor al het eigen gebruik, zoals elektrische apparatuur en verlichting.

Geïntegreerde zonnepanelen

Voor de opwekking van duurzame energie in de gebouwde omgeving werken we onder meer aan innovaties voor zonnepanelen, bijvoorbeeld om het rendement te vergroten of zonnepanelen te integreren in daken of gevels. Daarnaast werken we aan alternatieven voor fossiele brandstoffen, zoals warmtepompen.

Energietransport

De transitie van fossiele energie naar duurzame energie betekent ook dat er innovaties nodig zijn op het gebied van energietransport. Verduurzaming van het energieaanbod, energiebesparing en het meer verknoopt raken van verschillende sectoren en energievormen (elektriciteit, gas, warmte) stellen nieuwe eisen aan de bestaande en nieuwe energie-infrastructuur. Wij ontwikkelen en beheren modellen voor integraal ontwerp van nieuwe elektriciteit-, gas- en warmte-infrastructuur.

Energieopslag in warmtebatterijen

Het opwekken van duurzame energie via zonnepanelen kent één groot nadeel: een zonloze dag op het moment dat er veel vraag naar energie is. En andersom produceert zon soms meer energie dan op dát moment nodig is. Daarom investeren we in onderzoek naar energieopslag.

Een belangrijke technologie om energie op te slaan is de warmtebatterij. Hiermee kunnen we in de zomer zonne-energie opslaan, en vervolgens in de winter gebruiken om huizen en gebouwen te verwarmen. Samen met een Europees consortium ontwikkelden we een eerste werkend prototype van een warmtebatterij.

Energieverbruik verlagen in de gebouwde omgeving

Om CO2-reductie in de gebouwde omgeving te realiseren, is het van belang het energiegebruik te verlagen. We ontwikkelen middelen die gebruikers helpen efficiënter met energie om te gaan. Zo ontwikkelden we samen met energiebedrijf Eneco een 'zelflerend kantoorgebouw': een gebouw dat inzicht en adviezen geeft over energieverbruik voor het klimatiseren van werkplekken. Daarnaast werken we ook aan concepten om warmte op te wekken of te hergebruiken.

NeroZero-lab: energiezuinige gebouwen in de praktijk gedemonstreerd

De mogelijkheden voor duurzame gebouwen tonen we samen met het bedrijfsleven en TKI Urban Energy in het zogeheten NeroZero-lab.

Met ons samenwerken

Complexe problemen met grote risico’s gaat je liever niet alleen aan. Daarom werken bedrijven, overheden en andere organisaties veel met ons samen. Onze kennis en expertise is gericht op toepassing en deze zetten we graag in voor anderen. Dit doen wij op verschillende manieren:

• projecten in opdracht
• publiek private samenwerking
• early research program
• taakopdracht
• Technology Transfer