De donkere kant van zonne-energie (origineel)

http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js

(Dit artikel werd herschreven : de nieuwe versie staat hier)

Zonnepanelen zijn niet per definitie een goede zaak voor het
milieu.

De productie van 1 vierkante meter zonnecellen is goed voor
een CO2-uitstoot van 7.527 tot 31.416 kilogram, afhankelijk van het type
zonnecel en het land waar ze worden geproduceerd. Een doorsnee gezin heeft al
gauw 8 vierkante meter zonnepanelen nodig voor elektriciteitsopwekking alleen,
wat neerkomt op een totale C02-uitstoot van 60.000 tot 940.000 kilogram – evenveel als 12 tot 188 intercontinentale vluchten.

——————————————————————

"Het is milieuvriendelijker om een gadget aan te drijven met
elektriciteit opgewekt door steenkool, in plaats van met een zonnepaneel"

——————————————————————

Het opwekken van elektriciteit met (fotovoltaïsche) zonnepanelen
reduceert de uitstoot van luchtvervuilende stoffen, zware metalen en
broeikasgassen met 90 procent in vergelijking met elektriciteit opgewekt door
fossiele brandstoffen. Dat stelt een studie die deze maand verschijnt in
“Environmental Science & Technology”. Goed nieuws, zo lijkt het, maar dat
verandert als je het rapport effectief leest. De onderzoekers interpreteren hun gegevens nogal
optimistisch.

In hun berekening gaan ze uit van een zonne-intensiteit van 1.700
kilowattuur per vierkante meter per jaar, het gemiddelde in Zuid-Europa.
Bovendien is hun conclusie gebaseerd op een levensduur van de zonnepanelen van
30 jaar. Een paar herberekingen met een lagere zonne-intensiteit en een kortere
levensduur leveren minder positieve resultaten op. In de meeste gevallen blijven
zonnepanelen een betere keuze dan elektriciteit opgewekt door fossiele
brandstoffen, zij het niet altijd even overtuigend. In het geval van
gadgets die door zonnepanelen worden opgeladen, blijkt de technologie zelfs
schadelijker dan elektriciteit opgewekt door steenkool.

Energiemix

Zonnepanelen vallen niet uit de lucht – ze moeten
geproduceerd worden. Net als bij computerchips (die grotendeels uit hetzelfde
materiaal bestaan) is dat een vuil en energie-intensief proces. Er moeten
grondstoffen ontgind worden, die vervolgens via allerlei stappen moeten worden
bewerkt. Die behandelde materialen worden tot zonnecellen verwerkt, en die
zonnecellen tot modules (de zonnepanelen). Al deze processen produceren
luchtvervuiling en uitstoot van zware
metalen, en ze consumeren energie – wat opnieuw luchtvervuiling, zware metalen
en ook broeikasgassen veroorzaakt.

De ecologische prijs van het energieverbruik is sterk
afhankelijk van de manier waarop de elektriciteit wordt geproduceerd. De
onderzoekers gaan daarom uit van drie scenarios. Het eerste is gebaseerd op de
doorsnee Europese energiemix, het tweede op de gemiddelde Amerikaanse energiemix
(die ongeveer 45 % CO2-intensiever is). Een derde scenario gebruikt de gegevens
van het recente “Crystal Clear” project van de Europese Commissie, dat de
energiemix onderzocht van 11 Europese en Amerikaanse silicium- en
PV-fabrikanten. Omdat die naar verhouding meer hydrokrachtcentrales en gas gebruiken
(uit kostenoverwegingen) is dit het “best-case-scenario”. De onderzoekers
bestudeerden 4 types zonnecellen: multi-kristallijn silicium (met een
efficiëntie van 13 procent), mono-kristallijn silicium (14%), ribbon silicium
(11,5%) en dunnefilmtechnologie (9%).

——————————————————————————————————–

"De wetenschappers gaan uit van een zonne-intensiteit van 1.700
kilowattuur per vierkante meter per jaar, het gemiddelde in Zuid-Europa"

——————————————————————————————————–

De wetenschappers geven als eindconclusie cijfers over de
hoeveelheid broeikasgassen die worden uitgestoten per kilowattuur elektriciteit
die wordt geleverd door een vierkante meter zonnecellen. Ze doen dat voor elk
type cel en voor de drie verschillende scenario’s. Dunnefilmtechnologie haalt
de beste score met 20,5 gram CO2 (*) in de Europese energie-mix en 25 gram CO2
in de Amerikaanse energiemix. Ondanks de lagere efficiëntie is deze (nieuwe)
technologie milieuvriendelijker omdat de cellen veel dunner zijn
en omdat ze geen aluminium kader nodig hebben. Ondanks hun hogere efficiëntie
behalen mono-kristallijn silicium cellen de slechtste score, van 35 tot 55 gram
CO2 per kilowattuur. Alle andere types en scenarios passen tussen deze twee
extremen.

Optimistisch

Maar deze conclusies zijn gebouwd op een aantal
veronderstellingen: de voornaamste zijn de zonnestraling (de
hoeveelheid en de
sterkte van het zonlicht die de cellen ontvangen) en de verwachte
levensduur
van de zonnepanelen. Voor de zonnestraling kozen de wetenschappers
1.700 kWh
per m² per jaar, dat is de gemiddelde zonne-intensiteit in Zuid-Europa.
Als
verwachte levensduur nemen ze 30 jaar. Uit deze variabelen berekenen ze
de
totale hoeveelheid elektriciteit die één vierkante meter zonnepanelen
tijdens die levensduur oplevert. Vervolgens delen ze de hoeveelheid CO2
die wordt
uitgestoten bij de productie van 1 m² zonnepanelen door de hoeveelheid
elektriciteit die ze gedurende hun levensduur opwekken.

Maar de belangrijkste gegevens in de hele berekening (de
hoeveelheid CO2 die vrijkomt bij de productie van 1 m² zonnecellen) zijn nergens
in het rapport te vinden. Dat is erg opmerkelijk, want het zijn de enige
objectieve cijfers. Ze geven de hoeveelheid broeikasgassen aan die worden
uitgestoten voor de productie van één vierkante meter zonnepanelen –
onafhankelijk van de veronderstellingen over zonne-intensiteit en
levensverwachting. Gelukkig kunnen ze wel berekend worden, door het
vermenigvuldigen van de eindresultaten (in gram CO2 uitgestoten per kilowattuur
geleverde elektriciteit) door de verwachte totale elektriciteitsopwekking over
de gehele levensduur.

——————————————————————————————————–

"De belangrijkste gegevens in de berekening (de
hoeveelheid CO2 die vrijkomt bij de productie van 1 m² zonnecellen) zijn nergens
in het rapport te vinden"

——————————————————————————————————–

Eens berekend, blijkt het opeens niet meer zo verwonderlijk
meer dat de wetenschappers er voor kozen om die cijfers weg te laten. De
ecologische productiekost van zonnepanelen is namelijk veel groter dan algemeen
wordt aangenomen. In het beste geval is de productie van een vierkante meter
zonnepanelen goed voor een CO2-uitstoot van 7.527 kilogram. In het slechtste
geval wordt dat 31.416 kilogram. Een gemiddeld huishouden heeft al gauw 8
vierkante meter zonnepanelen nodig voor elektriciteitsopwekking alleen, wat
neerkomt op een totale CO2-uitstoot van 60.000 tot 940.000 kilogram – goed 12
tot 188 intercontinentale vluchten. Zonnepanelen zijn dus allesbehalve een
CO2-neutrale technologie.

Noordwaarts

Volgens de onderzoekers veroorzaakt de productie van
elektriciteit door fossiele brandstoffen tenminste tien keer zoveel
broeikasgassen. Dat blijkt te kloppen, verschillende bronnen geven cijfers van
ongeveer 450 gram CO2 per kWh voor gas en 850 gram CO2 per Kwh voor steenkool.
Zonnepanelen mogen dus verre van een ideale oplossing zijn, ze zijn duidelijk een
minder slechte keuze dan elektriciteit opgewekt door fossiele brandstoffen.
Tenminste: als we de uitgangspunten van de onderzoekers aannemen.

Als we dezelfde berekening maken met een zonne-intensiteit
van 900 kilowattuur per vierkante meter (het gemiddelde per vierkante meter per
jaar in West-Europa en in het Noordoosten en Noordwesten van de Verenigde
Staten), worden de voordelen minder overtuigend. In het worst case scenario (mono-kristallijn silicium,
geproduceerd in een Amerikaanse fabriek) stijgen de emissies naar 104 gram CO2
per kilowattuur geleverde elektriciteit – wat zonnepanelen slechts 4 keer
properder maakt dan gas. Voor andere types zonnecellen en voor zonnecellen
geproduceerd in Europa is de score beter, maar ook daar moeten
de conclusies worden aangepast: in onze streken zijn zonnepanelen niet 10 keer,
maar 5 keer milieuvriendelijker dan elektriciteit opgewekt door fossiele
brandstoffen.

——————————————————————————————————–

"Het kan economisch verstandig zijn om straks oude
zonnepanelen door nieuwe te vervangen, lang voordat ze dertig jaar oud zijn"

——————————————————————————————————–

Als we deze lagere zonnestraling combineren met een lagere
levensduur van slechts 15 jaar, komt het worst-case scenario uit op 207 gram
CO2 per kilowattuur – slechts twee keer beter dan gas. Ook in de meer
optimistische scenario’s verdubbelt de milieulast (logischerwijze) opnieuw. Dat
betekent dat elektriciteit opgewekt door zonnepanelen dan nog 2,5 keer
milieuvriendelijker is dan elektriciteit geproduceerd door koolwaterstoffen. Akkoord,
zonnepanelen blijven een betere keuze. Maar het gaat stilaan te ver om nog van
een propere technologie te spreken.

De levensverwachting van 30 jaar die de onderzoekers naar
voren schuiven, is niet meer dan een veronderstelling. Het klopt dat de meeste
fabrikanten een garantie geven van 20 tot 25 jaar, dus technisch gezien is een
levensverwachting van 30 jaar zeker niet uit de lucht gegrepen. Maar er kunnen
andere dan technologische redenenen zijn die kunnen leiden tot een lagere
levensverwachting. De wetenschappers merken op dat de ecologische score van
zonnepanelen zal verbeteren, omdat ze elk jaar efficiënter worden (ze worden
ook dunner, zodat er minder energie nodig is om ze te maken). Heel
waarschijnlijk worden ze ook goedkoper.

Levensduur

Dat betekent dat een zonnepaneel met een efficiëntie van 10
procent dat vandaag geproduceerd wordt, over 15 tot 20 jaar zal moeten
concurreren met goedkopere zonnecellen die een efficientie hebben van ongeveer
20 procent. Daarbij komt nog, en dat is een element dat de onderzoekers niet in
rekening brengen, dat zonnecellen gaandeweg aan efficiëntie verliezen. Normaal
gezien betreft de garantie van de fabrikant slechts 80 procent van de output.
Dit alles betekent dat het straks economisch gezien verstandig kan zijn om oude
zonnepanelen door nieuwe te vervangen lang voordat ze dertig jaar oud zijn. Nogmaals:
zelfs in dat geval zal de ecologische score nog altijd beter zijn dan die van
fossiele brandstoffen, maar het verschil wordt wel steeds kleiner.

——————————————————————————————————–

"Het zou een goede strategie zijn om de nu al geproduceerde zonnepanelen in te
zetten om energie te leveren voor het productieproces van nieuwe zonnepanelen"

——————————————————————————————————–

Erger wordt het in het geval van zonnepanelen gemonteerd op
gadgets, zoals mobiele telefoons of laptops. Als we uitgaan van een levensduur
van 3 jaar (al redelijk optimistisch voor de meeste gadgets) en een
zonne-instensiteit van 450 kWh per m² per jaar (deze dingen liggen niet op een
dak te zonnen, dus ook dit is een optimistische schatting), dan is het resultaat 774 gram CO2 per kWh in het allerbeste
scenario (dunnefilmcellen geproduceerd in Europa) en 2.077 gram per kWh in het
worst case scenario (hoog-efficiënte mono-kristallijn zonnecellen geproduceerd
in de VS). Deze panelen hebben natuurlijk geen omvang van een vierkante meter,
dus de hoeveelheid CO2 is lager. Maar de verhouding blijft dezelfde en daarom
geldt dat het milieuvriendelijker is om een gadget aan te drijven met
elektriciteit opgewekt door steenkool, in plaats van met een zonnepaneel.

Wat nu?

Dit alles betekent niet dat PV zonne-energie niet
gepromoot
moet worden. Het is om te beginnen een veel beter idee om silicium te
gebruiken voor dingen
die elektriciteit opwekken, in plaats van voor dingen die elektriciteit
verslinden (computers, mobiele telefoons, auto-elektronica). Maar
sommige zaken
moeten we wel onder ogen zien. Eén: zonnepanelen zijn allesbehalve een
CO2-neutrale technologie – je energieverbruik drastisch terugschroeven
is nog
altijd een veel groenere optie. Twee: zonnepanelen gemonteerd op
gadgets zijn
volslagen idioot. Drie: zonnepanelen kunnen een twijfelachtige keuze
zijn in
minder zonnige gebieden als de levensduur van 30 jaar niet wordt
gehaald. Vier:
zonnepanelen moeten gerecycleerd worden. Vijf: energie halen uit
zonnewarmte is milieuvriendelijker dan energie halen uit zonnepanelen
en moet waar mogelijk voorrang krijgen.

We mogen niet vergeten dat zonnepanelen eerst de uitstoot
van broeikasgassen doen stijgen, alvorens ze die helpen verlagen. Het zou dan
ook een goede strategie zijn om de nu al geproduceerde zonnepanelen in te
zetten om energie te leveren voor het productieproces van nieuwe zonnepanelen. De
wetenschappers berekenden dat de ecologische schade van zonnepanelen gehalveerd
kan worden als 100 procent van de energie in het productieproces zou worden opgewekt door
zonne-energie.

Voor luchtvervuiling en de uitstoot van zware metalen moet
het bovenstaande verhaal ongeveer hetzelfde resultaat opleveren, omdat de
wetenschappers stellen dat die voornamelijk afkomstig zijn van de
energieproductie.

(*) Met CO2 wordt CO2-equivalenten bedoeld, wat betekent dat ook de uitstoot van andere broeikasgassen hierin vervat zit

UPDATE : Lezer Andy Simpson wijst (via de Engelstalige site) op een rekenfout in de
tekst. De elektriciteit die gedurende de levensduur van 1m² zonnecellen wordt
opgewekt is gelijk aan: efficiëntie x zonne-intensiteit x conversie x
levensduur.

De berekening in de tekst was (in het best case scenario) als volgt:
9 x
1700 x 0,8 x 30 = 367.200 kWh/m²
Het zou geweldig zijn als zonnepanelen
zoveel elektriciteit konden leveren, maar helaas moet die berekening
zijn:
0,09 x 1700 x 0,8 x 30 = 3.672 kWh/m²

Dat betekent dat het aantal intercontinentale vluchten met een factor 100
werd overschat. De prijs van 1m² zonnecellen is niet 7.527 kg CO2 maar 75 kg (in
het best case scenario) en 314 kg in het worst case scenario

Dat verandert echter niets aan de conclusies van het artikel, omdat ik zowel
de CO2-uitstoot als de energieopbrengst van zonnepanelen met een factor 100 heb
overschat.

http://www.lowtechmagazine.com/2008/03/the-ugly-side-o.html#comments

http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js

——————————————————————————————————–
Lees meer op Lowtech Magazine :

Windmolens op de zeebodem : onderwaterturbines leveren meer energie voor minder geld