Groene kansen voor Nederland

Duurzame energie is een internationale groeimarkt met veel dynamiek. Klimaatverandering, stijgende energieprijzen en de energievoorzieningszekerheid noodzaken tot een transitie van fossiele brandstoffen naar duurzaam opgewekte energie. Om de rentabiliteit van duurzame energiebronnen te verbeteren en grootschalige uitrol mogelijk te maken voor deze transitie zijn nieuwe technologieën en innovaties essentieel.

Nederland heeft met een internationaal vooraanstaande kennispositie, geografische ligging met een lange kust en goede havens en veel logistieke expertise een goede uitgangspositie om op de thema’s biomassa en windenergie op zee een rol van betekenis te spelen. Daarnaast bezit ons land een sterke kennispositie op het gebied van de conversie van zonne-energie, die op termijn nieuwe bedrijvigheid genereert. Ook zijn er kansen voor niches, zoals Blue Energy en geothermie.

Groene energievoorziening staat wereldwijd hoog op de agenda. De klimaatverandering, stijgende energieprijzen en voorzieningszekerheidskwesties maken een transitie naar duurzame opgewekte energie urgent. Deze overgang vergt nieuwe technologie en innovatie. Ook Nederland zet volop in op de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Het verhogen van de rentabiliteit van nieuwe energiebronnen, die de grootschalige uitrol binnen bereik brengt, is hierin de grootste uitdaging. De huidige ‘state of the art’ van innovaties biedt talloze mogelijkheden voor zonne-, en windenergie, biomassa, waterkracht en geothermie. Nederland heeft belangrijke spelers en in het oog springende innovaties in deze gebieden. Dat biedt kansen, maar er zijn ook bedreigingen. Daarnaast komen materiaalinnovatie en de opslag en distributie van elektriciteit aan bod.

Internationale positie Nederlands bedrijfsleven

Nederland heeft internationaal een vooraanstaande kennispositie in windenergie, biomassa, biobrandstoffen en fotovoltaïsche zonne-energie, directe omzetting van zonlicht in elektriciteit via een zonnecel. Het onderzoek van kennisinstellingen zoals ECN, TNO, de drie technische universiteiten en de universiteiten van Wageningen, Groningen, Utrecht, Leiden en Nijmegen staat zeer hoog aangeschreven. Nederland bezet internationaal de zesde plaats wat betreft publieke uitgaven aan duurzame energietechnologie (1). In vergelijking met andere landen leidt dit slechts in geringe mate tot commerciële toepassingen.
Economisch gezien kan Nederland tot de wereldtop gaan behoren op het gebied van biomassa en windenergie op zee vanwege de geografische ligging met een lange kustlijn, goede havens en een sterke maritieme sector. Rotterdam is de belangrijkste Europese haven voor biomassaproducten. De havenstad wil haar positie als belangrijkste Europese draaipunt voor de uitwisseling van droge en natte biobrandstoffen verder uitbouwen tot een Bioport (2).
Binnen de deelmarkt biobrandstoffen groeien de activiteiten de laatste jaren. Rotterdam huisvest nu drie biodieselraffinaderijen en één voor bio-ethanol. Nieuwe bedrijven zoals BioMCN en Solarix en bestaande spelers als DSM, Nedalco en Shell betreden deze markt. Nederland is vooral sterk in transport en logistiek van biomassa (3).
Nederlandse bedrijven zoals Darwind XEMC, Lagerwey Wind, Emergya Wind Technologies en 2-B Energy zijn actief in de ontwikkeling en productie van windturbines. In vergelijking met Denemarken, Duitsland en Spanje is Nederland in deze markt slechts beperkt vertegenwoordigd.  De Nederlandse maritieme en offshore industrie staan goed aangeschreven. Wereldwijd heeft Nederland een marktaandeel van 15% in de bouw van offshore windparken. Succesvolle Nederlandse bedrijven zijn Sif en Smulders (4) voor masten van windmolens en wereldspelers zoals Ballast Nedam, Van Oord, IHC Merwede en Vroon in het leggen van de funderingen en het plaatsen van windmolens. GustoMSC, Huisman en IHC zijn sterk in het ontwerpen van windturbine-installatievaartuigen (5).

Figuur 1. Volwassenheid van duurzame energietechnologieën en belangrijke landen op dit gebied. 
Bron: Roland Berger (2010) 'Stimulering van de economische potentie van duurzame energie in Nederland'.

Nederland is een niche-speler in fotovoltaïsche zonne-energie (PV), waterkracht en geothermie. Zo telt ons land enkele succesvolle producenten van zonnecellen en -panelen zoals Solland Solar en Scheuten Solar. De omzet van deze bedrijven is zowel in absolute bedragen als internationaal gezien klein. Deze markt kenmerkt zich door snelle technologische ontwikkeling (6). Landen als Duitsland, China, Japan, Singapore, de VS zetten intussen stevig in op de ontwikkeling van PV.  
Op het gebied van de productiemachines voor zonnecellen is de Nederlandse positie sterker, met bedrijven als Smit Ovens en OTB Solar.
Wat betreft energie uit water heeft Nederland relatief weinig bedrijvigheid. Op het gebied van 'Blue Energy' hebben KEMA, Wetsus en Redstack wel een unieke en vooraanstaande positie. Niemand anders is in staat om via omgekeerde elektrodialyse (Reversed Electrodialysis, RED) energie op te wekken uit het chemisch potentiaalverschil tussen zout en zoet water.Op het gebied van geothermie, dus aardwarmte, zijn er al wel bedrijven die een belangrijke rol kunnen spelen. Nederland heeft internationale spelers voor het in kaart brengen van de ondergrond, zoals TNO, IF Technology, PanTerra Geoconsultants en Fugro. Ook op het gebied van boortechnieken zijn bedrijven aanwezig, zoals Well Engineering Partners.

Onderzoeksprogramma’s

Voor duurzame energie-innovatieprojecten is in Nederland een breed scala aan subsidieregelingen beschikbaar. De belangrijkste zijn: Energie Onderzoek Subsidies (EOS), subsidieregelingen die voortkomen uit de Maatschappelijke Innovatieagenda Energie (IAE) en vier Innovatieprogramma’s: Point-One, Chemie, Maritiem en Materialen.
Het ministerie van Economische Zaken herijkt momenteel zijn energie-innovatiebeleid vanwege de groei van de marktomzet, het grotere aantal volwassen bedrijven en de duidelijkheid die is ontstaan over de dominante technologieën. Een nieuw instrumentarium zal zich sterker richten op versterking van de concurrentiepositie van het Nederlandse bedrijfsleven.
Het EOS-programma is gericht op het onderzoeken, ontwikkelen en introduceren van nieuwe energietechnologie. De subsidieregelingen met hun totaalbudget van ongeveer dertig miljoen euro per jaar ondersteunen de hele keten van fundamenteel onderzoek tot en met de eerste praktijkdemonstraties.
In 2008 presenteerde het kabinet de Maatschappelijke Innovatieagenda Energie. Daarmee kwam 438 miljoen euro extra beschikbaar voor energie-innovatie in de periode 2008-2012. De IAE richt zich op het versnellen van de toepassing van de resultaten uit de onderzoeksfase en ondersteunt met name pilots en grootschalige demonstraties.
Het materialenprogramma ADEM (Advanced Dutch Energy Materials Innovation Lab) is een gezamenlijk initiatief van ECN en de drie technische universiteiten. Het programma heeft een budget van dertig miljoen euro voor de periode 2010-2014. ADEM richt zich op materiaalontwikkelingen voor onder andere zonnecellen en lichtgewicht materialen voor windturbines.
Voor wind op zee is in 2010 19,5 miljoen euro toegekend aan het Far and Large Offshore Wind (FLOW)-project. Dit project omvat onderzoek naar en ontwikkeling van onder andere efficiënte windturbines op de Noordzee, innovatieve funderingsconcepten, onderhoudsstrategieën en installatietechnieken voor windparken. Ook de aansluiting van deze parken op het elektriciteitsnet is een onderdeel van het project.
Voor de offshore-industrie (en de maritieme maakindustrie) is er daarnaast het Maritiem Innovatie Programma (MIP) waarvoor het ministerie van Economische Zaken voor de periode 2007-2012 een bedrag van 39,5 miljoen euro heeft gereserveerd. Eén van de aandachtspunten is het uitbouwen van de Nederlandse sterkte op het gebied van offshore-activiteiten voor windmolenparken.

Ook in de andere door het ministerie van Economische Zaken Innovatieprogramma’s Point-One, Chemie en Materialen zijn duurzame energieopwekking en ‘enabling’ infrastructuur aandachtspunten. Voor het Innovatieprogramma Point-One (nanotechnologie, embedded systemen en mechatronica) heeft het ministerie van Economische Zaken 151 miljoen euro gereserveerd voor de periode 2006-2011. Binnen dit programma gaat het onder andere om R&D-stimulering gericht op dunnefilm- en productietechnologie voor Zon PV, geavanceerde mechatronische aandrijfconcepten voor wind op zee, en embedded systemen en sensortechnologie voor de gebouwde omgeving. In het Innovatieprogramma Chemie zijn er een aantal aanknopingspunten. Voor het Innovatieprogramma Polymeren (looptijd 2007-2013; voor deze periode heeft het ministerie van Economische Zaken 65,5 miljoen euro gereserveerd) is een van de aandachtspunten de ontwikkeling van functionele polymeren voor Zon PV-toepassingen. Daarnaast worden in het kader van de Innovatielijnen Procestechnologie en Witte Biotechnologie activiteiten uitgevoerd die respectievelijk bij dragen aan de industriële energiebesparing en realisatie van de biobased economy. Ook hieraan wordt financieel bijgedragen door de overheid. Het Innovatieprogramma Materialen richt zich op het gebied van duurzame energie zowel op functionele polymeren voor Zon PV-toepassingen als op materialen voor lichtgewicht windturbines. Voor het Materialen-programma heeft het ministerie van Economische Zaken voor de periode 2007-2011 een bedrag van 34,5 miljoen euro gereserveerd.
Op het gebied van zonne-energie is er het Joint Solar Programme, een Industrial Partnership Programme van de Stichting FOM in samenwerking met Shell, Nuon en het gebied Chemische Wetenschappen van NWO. Het programma loopt van 2005 tot 2013, heeft een budget van 7,2 miljoen euro en is gericht op een nieuwe generatie PV-cellen met sterk verbeterde eigenschappen.
Tot slot stimuleren drie regelingen van het ministerie van Economische Zaken grootschalige toepassing van energietechnologie: de fiscale regeling Energie Investerings Aftrek, de Stimuleringsregeling Duurzame Energieproductie (SDE) en de Subsidieregeling Duurzame warmte.

Figuur 2. Overzicht van enkele nationale programma’s voor duurzame energie

Technologietrends

Drie routes van biomassa naar energie
Er zijn drie verschillende routes om biomassa om te zetten naar energie. De eerste is de thermische route, door verhitting of verbranding, de tweede is de biologische omzetting met behulp van micro-organismen, zoals onder andere bij vergisting het geval is. De laatste route betreft chemische omzetting, zoals bij vergassing het geval is. Verbranding, vergassing of vergisting van biomassa kunnen alle drie nuttige energieproducten opleveren. Biomassa kan producten opleveren zoals biobrandstof maar ook een basisgrondstof voor de chemische industrie en een brandstof voor de elektriciteitsproductie.
Voor de eerste generatie van deze producten worden suikers en vetten uit voornamelijk de vruchten van planten gebruikt. Het gaat om biodiesel uit maïs en palmolie, bio-ethanol uit suikerriet en dergelijke. bij de tweede generatie gaat het om het gebruik van restproducten of een hele plant die niet tot de voedingsmiddelenketen behoort, zodat geen sprake is van directe concurrentie met voedingsgewassen.
Daarnaast is het mogelijk speciaal geprepareerde organismen in te zetten om biomassa te produceren. Dit geldt bijvoorbeeld voor algen die voor meer dan dertig procent uit olie kunnen bestaan.

Thermische routes

Van de thermische routes wordt verbranden verreweg het meest toegepast. Andere belangrijke thermische technieken zijn vergassing en omzetting tot olie door pyrolyse (verhitting zonder zuurstof). Bij sommige kolencentrales wordt biomassa vermalen en kan tot dertig procent wordt meegestookt met steenkool. Daarnaast leveren afvalverbrandingsinstallaties elektriciteit op. Ongeveer de helft daarvan is te danken aan de  verbranding van biomassa.
De duurzame elektriciteitsproductie in Nederland lag in 2009 op ongeveer 9% van het binnenlands energieverbruik. Ongeveer 40% daarvan is afkomstig uit biomassa. ECN en KEMA hebben veel kennis over het bij- en meestoken van biomassa. Het onderzoek richt zich vooral op het bijstoken van ‘moeilijkere’ biomassastromen en het verhogen van de meestookpercentages. Een nieuwe ontwikkeling is torrefactie ofwel 'roosteren'. Daarbij wordt biomassa voorbewerkt door verhitting en samenpersing tot korrels (pelletisering). De biomassa krijgt hierdoor een hogere verbrandingswaarde en eigenschappen die sterk lijken op die van steenkool. Dit verbetert de toepasbaarheid in kolencentrales (zie kader).
Het verbranden van biomassa onder zuurstofarme omstandigheden leidt tot gasvorming. Deze vergassing levert biosyngas op, een mengsel van zeer brandbare gassen. Met dit gas kunnen elektriciteitscentrales groene stroom opwekken. Deze methodiek bevindt zich nog in het onderzoeksstadium. ECN ontwikkelt er samen met de Nederlandse bedrijven HoSt en Dahlman nieuwe toepassingen voor. Als resultaat daarvan kon recent een vergassingsinstallatie voor kippenmest in Portugal worden opgeleverd.
Door vergassing te combineren met warmtekrachtkoppeling (wkk) kan naast groene stroom ook groene warmte opgewekt worden. Energiebedrijf Delta past bij fritesproducent Lamb Weston/Meijer een dergelijke wkk toe (7).
Vindt vergassing onder zuurstofarme omstandigheden plaats, pyrolyse is zelfs een zuurstofloos verhittingsproces. Het levert pyrolyse-olie of bio-olie op. Dit heeft als voordeel dat het als vervanging van aardolie kan dienen. Het is geschikt als grondstof voor de opwekking van warmte of elektriciteit, maar kan ook als grondstof in een olieraffinaderij dienen. Het Nederlandse bedrijf BTG en de universiteiten van Twente en Groningen hebben veel ervaring op dit terrein. BTG heeft een pyrolyse-installatie in Maleisië gebouwd en start binnenkort met de bouw van een grote installatie in Hengelo.

Meer energiewinning uit biomassa door torrefactie

In 2020 wil Nederland twintig procent van zijn energiebehoefte betrekken uit duurzame energie. Daarvoor is onder andere een kolenconvenant gesloten, met het doel steenkool te vervangen door biomassa. Niet alle biomassa is hiervoor geschikt, bijvoorbeeld vanwege slechte maalbaarheid. Veel biomassastromen blijven hierdoor onbenut, terwijl tegelijkertijd grote stromen moeten worden geïmporteerd om toch in de behoefte te kunnen voorzien.
Een oplossing voor dit probleem is om laagwaardige biomassastromen eerst te torreficeren, thermochemisch om te zetten in een poederkoolachtig product. Deze ‘groene steenkool’ is vervolgens probleemloos mee te stoken in kolencentrales. Stramproy Green Coal BV heeft met subsidie uit de EOS Demonstratie-regeling een torrefactie-installatie in Steenwijk gebouwd om aan te tonen dat de techniek geschikt is voor een breed scala van biomassastromen. Het is de eerste operationele torrefactie-installatie in de wereld. De bedoeling is om uiteindelijk ongeveer 46.000 ton green coal per jaar te produceren. Dit zou de import van ongeveer 39.000 ton steenkool of 60.000 ton houtpellets per jaar kunnen vervangen. Daarnaast kan het materiaal ook worden ingezet bij vergassings- en andere installaties voor de energiewinning uit biomassa.

Biologische omzettingen

De bekendste biologische omzettingstechniek is vergisting. Bacteriën zetten daarbij biomassa om in biogas. Dit biogas kan direct ingezet worden voor de opwekking van elektriciteit en warmte of na opwerking in het aardgasnet worden ingevoerd. Er zijn daarnaast verschillende initiatieven om auto’s op biogas te laten rijden. Nederland kent een aantal bouwers van vergistingsinstallaties, waaronder Oosterhof Holman, Biogas International, Ogin, Thecogas en HoSt. Daarnaast zijn veel bedrijven actief in de opwerking van biogas tot aardgaskwaliteit, zoals Biogast en Gastreatment Services.
Een andere vergistingroute is ethanolproductie. Er is veel onderzoek naar de afbraak van lignocellulose biomassa tot suikers, onder andere aan de Wageningen Universiteit en bij bedrijven zoals Nedalco en DSM.

Chemisch katalytische omzettingen

Het bekendste voorbeeld van een chemische omzetting van biomassa is de productie van biodiesel. Dit wordt gemaakt door plantaardige olie of afgewerkt frituurvet te laten reageren met methanol. In Nederland staan verschillende biodieselfabrieken. Naast biodiesel kunnen ook andere brandstoffen via een chemische route uit biomassa worden gemaakt. Zo produceert het bedrijf BioMCN uit Delfzijl bio-methanol uit glycerine, een bijproduct uit de biodieselindustrie. Methanol kan gebruikt worden als grondstof voor de chemische industrie en als alternatieve autobrandstof. Het onderzoeksbedrijf Avantium uit Amsterdam wil uit suikerhoudende reststromen furanen maken, een stof die vrijkomt bij chemische processen De furanen zijn te gebruiken als grondstof voor (bio)diesel en bijvoorbeeld PET-flessen.

Energie uit water

Energiewinning uit water biedt het waterrijke Nederland kansen. Innovaties hebben verschillende methoden beschikbaar gemaakt, andere zijn nog in ontwikkeling: onderwaterturbines voor de benutting van getijdenstroming, golfenergie, blue energy en thermische energie uit zee.
Een recente innovatie van Tocardo is de Archimedes Wave Swing (AWS), een onderwaterboei die golven omzet in elektriciteit. Een ander voorbeeld komt van adviesbureau Ecofys dat de Wave Rotor ontwikkelt, die werkt als een windturbine. De energie in golven drijft een generator aan. Deze technologie is goed te combineren met windmolenparken (8).
De term 'Blue Energy' slaat op de RED-technologie die energie wint uit het chemisch potentiaalverschil tussen zout en zoet water. Goedkopere en efficiëntere membranen voor deze technologie zijn nog volop in ontwikkeling.
Water is ook een bron voor thermische energie. De technologie voor elektriciteitswinning uit het temperatuurverschil tussen oppervlaktewater en dieper zeewater bevindt zich nog in de onderzoeksfase, onder andere aan de TU Delft.

Aardwarmte

De aardwarmte uit diep in de aardkorst gelegen warmwaterreservoirs vormen een interessante potentiële energiebron. Er zijn succesvolle boringen geweest naar waterreservoirs op meer dan twee kilometer diepte. Inmiddels zijn zeventig vergunning voor boringen afgegeven. Innovaties richt zich op goedkopere boormethoden en op efficiëntere omzetting van warmte naar elektriciteit. Zo ontwikkelt de TU Delft nieuwe composietmaterialen voor boorbuizen en onderzoeken Ruma Rubber BV en Well Engineering Partners zoutbestendige rubbercompounds voor gebruik bij boringen.
Geothermieprojecten die al in de praktijk lopen zijn het mijnwaterproject in Heerlen en de verwarming van tomatenkwekerij Van den Bosch in Bleijswijk, die sinds 2007 een feit is (9). Den Haag is de eerste stad in Nederland die diepe aardwarmte gaat gebruiken voor de warmtevoorziening van een woonwijk. Deze Nederlandse expertise trekt inmiddels ook in het buitenland de aandacht. Zo heeft het bedrijf Northern Dutch Drilling Company (NDDC) onlangs een geothermische boring in Denemarken verricht (10).

Stadsverwarming met geothermie: goed voor forse reductie van CO2-uitstoot

In Den Haag wordt tot ongeveer 2.200 meter diep geboord om een warmwaterreservoir te benutten voor de verwarming van een woonwijk. Naar verwachting kan uit het reservoir 150 kubieke meter water van 75 graden Celsius worden opgepompt. Een aardwarmtecentrale met een warmtewisselaar zorgt ervoor dat deze warmte aan het distributienet in de wijk ten goede komt. In de centrale komt ook een verwarmingsketel op aardgas te staan, om op momenten van piekvraag de warmtelevering te ondersteunen. Verder is het systeem als back-up aangesloten op de bestaande stadsverwarming. Het project wordt uitgevoerd door IF-WEP met subsidieondersteuning uit de Unieke Kansen Regeling van EOS. De eerste meters worden geboord door een relatief lichte boortoren van Haitjema. Na enige tijd zet een zwaardere, relatief nieuwe installatie, ontwikkeld door het Nederlandse bedrijf Huisman-Itrec het werk voort.

Geothermische boorinstallatie.
Bron: www.aardwarmtedenhaag.nl

Windenergie

In Nederland staan momenteel ongeveer tweeduizend windturbines op land. Op zee is er een  proefpark bij Egmond aan Zee en is er het Prinses Amalia-park bij IJmuiden. Ook komen er nieuwe parken zoals bij Urk en boven Schiermonnikoog. De elektriciteitsproductie uit wind dekt in 2010 4,4% van de Nederlandse productie.
Duitsland en het Verenigd Koninkrijk zijn zeer actief met de aanleg van windmolenparken, onder andere op zee. De belangrijkste ontwikkelingen voor windenergie zijn op dit moment gericht op de offshore constructie. In Nederland is het onderzoek geconcentreerd bij ECN en de TU Delft. Het richt zich op rotor- en park-aerodynamica, ontwerp van regelingen, bedrijfsvoering en conditiemonitoring. De stichting WMC, een samenwerkingsverband tussen ECN en TU Delft onderzoekt het ontwerp, de materialen en de constructies. Bedrijven als DOTX Control Solutions en XEMC Darwind ontwikkelen samen met ECN nieuwe regelaars voor windturbines (zie kader). Verder zetten bedrijven als Lagerwey Wind en EWT in op de ontwikkeling van direct drive turbines en komt 2-B Energy uit Hengelo in 2011 met een prototype van een tweebladige rotor voor offshore windturbines. Andere innovatieve ontwikkelingen komen van Ampyx Power. Dit bedrijf wil energie opwekken via het PowerPlane systeem, dat onder andere uit een zweefvliegtuig aan een kabel bestaat. Op de grond staan een lier met een generator waarin de elektriciteit wordt opgewekt. Voormalig astronaut Wubbo Ockels werkt tot slot aan de TU Delft aan de ontwikkeling van de Laddermill. Bij deze innovatie zet een groep vliegers aan een kabel windenergie om in elektriciteit.

Nieuwe regelmethodiek voor windturbines

Windmolens verzorgden volgens gegevens van het CBS in 2009 45% van de duurzame elektriciteitsproductie in Nederland. Het rendement van deze molens kan omhoog door het gebruik van lichtere materialen en nieuwe regelsoftware. Met het project ‘Development of New Control Methods for Windturbines’ richten DotX, ECN, VWEC en Mitsubishi Europe zich op de ontwikkeling van een nieuwe regelaar. Deze zorgt voor een optimale afstemming van de hoeveelheid opgewekte energie en de mechanische belasting van de turbine. Het pakket kan zowel dienen voor het  ontwerp van turbines als voor de aansturing daarvan in de gebruiksfase. De lagere mechanische belasting op de turbine leidt er toe dat lichtere en goedkopere onderdelen kunnen volstaan, terwijl er ook minder onderhoud nodig is.


Foto: Windturbine-regeling
Bron: DotX

Zonne-energie

Er zijn twee verschillende methoden voor het gebruik van zonne-energie. Zonneboiler-installaties benutten de zon met thermische panelen om water te verwarmen, terwijl PV-panelen elektriciteit opwekken.
Er is veel onderzoek nodig om de kostprijs per Watt bij PV nog fors te laten dalen. Onder andere ECN, FOM en de universiteiten van Utrecht en Nijmegen doen in Nederland onderzoek naar PV. Het onderzoek focust op vier uitdagingen: het verhogen van het rendement, het verbeteren van het productieproces, het terugdringen van de materiaalkosten en verlenging van de levensduur van PV-modules (11). Ook zijn er ontwikkelingen gericht op het combineren van zonthermische systemen en PV om de kosten te verlagen.
Voorbeelden van innovaties zijn ‘back-contact solar cells’ van Solland Solar en ECN. Deze innovatie maakt dat er meer oppervlakte beschikbaar is om licht op te vangen, resulterend in een hogere output. Met Levitech en Sunergy Investco werken beide organisaties aan de nieuwe generatie: het Emitter Wrap Through (EWT) concept. In dit concept bevat de voorzijde geen metaal meer. De emitter, een zender die er voor zorgt dat bij belichting spanning over een zonnecel staat waardoor energie geleverd kan worden, wordt via ruim tienduizend gaatjes naar de achterzijde gevoerd. ECN is daarnaast wereldrecordhouder met een zonnepaneel van multikristallijn silicium zonnecellen dat een omzettingsrendement van 17% haalt (12).
De Radboud Universiteit werkt aan hoog rendement enkellaagse germanium zonnecellen (de III/V groep) en heeft met 26% rendement het wereldrecord voor dat soort cellen. Ze worden toegepast door Suncycle. Dit bedrijf heeft een nieuwe methode gepatenteerd om zonlicht te concentreren met behulp van een Fresnelprisma en een paraboolspiegel. Op het gebied van het materiaalgebruik werken ECN, Deutsche Solar en Sunergy Investco samen binnen RGS Development, een project gericht op het commercialiseren van de Ribbon-Growth-on-Substrate-technologie. Dit is een proces om wafers te produceren waarbij silicium wordt gesmolten en in een gietvorm gegoten in plaats van wafers te snijden uit blokken silicium. Deze methode maakt een reductie mogelijk van het materiaalgebruik met nagenoeg een factor drie. Een andere materiaalinnovatie waar in Nederland door ECN en het Holst Centre aan gewerkt wordt is dunne film zonnecellen. Het doel is het ontwikkelen van technieken die grootschalige productie van organische zonnecellen mogelijk maken.

Omzetting van zonne-energie in een laag die dertig tot vijftig maal dunner is dan een menselijke haar
De kostprijs van elektriciteit uit zonnecelsystemen ligt vandaag nog ver boven die van elektriciteit uit conventionele energiecentrales. Voor een belangrijk deel is dit het gevolg van de productiekosten van de zonnecelpanelen. Daarnaast zijn de meeste zonnecelpanelen zwaar als gevolg van de gebruikte glasplaten: 12 tot 25 kilogram per vierkante meter. Helianthos, een volle dochter van Nuon, ontwikkelt een dunne film zonnecel. Het flexibele materiaal bevat actieve lagen die dertig tot vijftig maal dunner zijn dan een menselijke haar, die licht omzetten in elektriciteit. De zonnecelfolie wordt 'aan de rol' geproduceerd. Dit productieproces wordt momenteel geoptimaliseerd. De productiemethode maakt grootschalige productie mogelijk en de toepassing van zonnecelfolie op grote schaal maakt zonne-energie aanzienlijk goedkoper. Helianthos heeft een proeffabriek in Arnhem waar zonnecelfolie op dertig centimeter breedte wordt gemaakt. Deze folie gaat Helianthos toepassen in pilotprojecten met onder andere dakbedekking. Voor het dakdekken werkt Helianthos samen met Icopal, dat de dakrollen levert.

Ultradun zonnecelfolie dat ‘aan de rol’ wordt geproduceerd biedt goede mogelijkheden tot  grootschalige productie.
Bron: Nuon Helianthos

Slimme energienetten

De introductie van duurzame energiebronnen vraagt om een intelligent en decentraal elektriciteitsnet. De wind waait niet iedere dag even hard en ook de hoeveelheid zonlicht die op zonnepanelen valt varieert. Daar bovenop komt de gebruikelijke dagelijkse variatie in de vraag naar elektrische energie. Conventionele installaties moeten daarom in staat zijn naast de variatie in de vraag ook de variatie in het aanbod op te vangen. Onderzoek naar intelligente energienetten, zogenoemde smart grids, wordt in Nederland onder andere uitgevoerd door ECN en KEMA. ECN ontwikkelde de PowerMatcher, een digitale regelaar waarmee in een smart grid vraag en aanbod gestuurd kunnen worden. In Hoogkerk bij Groningen test ECN haar vinding binnen het demonstratieproject PowerMatching City.
Kleinschalige opslag is een andere mogelijkheid tot flexibilisering van het elektriciteitsnetwerk. KEMA en Roucar Gear technologies zijn onder andere actief in onderzoek en ontwikkeling op dit gebied. Mastervolt werkt aan een “turbo charger”: een 100 kW snellader om elektrische auto’s op te laden met een hoog energetisch rendement (98%). Omdat het elektriciteitsnet bij snelladen tot boven de piek kan worden belast voorziet de snellader in de mogelijkheid, dat elektriciteit geleidelijker uit de elektriciteitsvoorziening wordt geleverd en opgeslagen. De snellader kan dan uit de opslag en de elektriciteitsvoorziening meer vermogen leveren dan alleen uit de elektriciteitsvoorziening.

Kernfusie

De zevende bron voor duurzame energieopwekking is kernfusie. In het fusieproces in een reactor smelten lichte atoomkernen samen waarbij veel energie vrijkomt. Het proces vindt plaats bij de extreem hoge temperatuur van 150 miljoen graden. Er vormt zich een plasma, een heet gas van geladen deeltjes. Door het plasma op te sluiten in een ringvormige reactor dat met magneetvelden wordt vastgehouden en continue nieuwe atomen toe te voegen, kan een grote hoeveelheid energie vrijkomen, die omgezet kan worden in elektriciteit of waterstof. Kernfusie bevindt zich in een experimentele onderzoeksfase en is door de wetenschappelijke uitdagingen een energiebron voor de lange termijn.
Een internationaal consortium werkt aan het realiseren van een prototype fusie-energiecentrale (13). Ook Nederlandse partijen zijn hierbij betrokken, verenigd in het consortium ITER-NL. Nederland zet binnen het project in op het leveren van kennis en ervaring voor twee geavanceerde wetenschappelijke instrumenten: een systeem om nauwkeurig gerichte bundels van hoogvermogen radiogolven in de reactor te zenden en een optisch meetsysteem waarmee zichtbaar licht uit het plasma wordt opgevangen en geanalyseerd (14).

Kansen en bedreigingen

De vraag naar duurzame energietechnologie groeit met 7,5% tot 11% per jaar. In 2020 kent de markt naar verwachting een omvang van 800 tot 1.200 miljard euro (15). Op basis van bestaande bedrijvigheid, kennispositie en (infra)structurele sterktes liggen er kansen voor Nederland op de gebieden biomassa en offshore wind. Ook liggen er mogelijkheden voor een deel van de PV-markt. Voor biomassa heeft Nederland de kans om een grootschalige keten op te zetten en de bio-toegangspoort voor het Europese achterland te worden. Biomassa kan dan op grote schaal naar Nederland worden getransporteerd om hier te worden geraffineerd tot uiteenlopende producten met een toegevoegde waarde, van elektriciteits- en warmteproductie tot biobrandstoffen en van basischemicaliën tot ingrediënten voor de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie (16). De offshore windsector kan profiteren van de ambities van landen rondom de Noordzee om grote offshore windparken in te richten. Ook liggen er kansen voor direct drive turbines, die vanwege hun onderhoudsarme karakter zeer geschikt zijn voor offshore inzet. Voor PV lijken de kansen voor ons land te liggen op het vlak van machines en proceskennis. ECN werkt bijvoorbeeld al veel samen met bedrijven uit China om daar productiefaciliteiten op te zetten. Ook bedrijven als OTB, VDL Enabling Technologies Group, Levitech, Philips Applied Technologies en Smit Ovens begeven zich op dit terrein. Veel van deze bedrijven hebben een historische link met de halfgeleiderindustrie en volgen de ontwikkelingen op het gebied van zonnestroom op de voet. Daarnaast liggen er kansen voor producenten van onderdelen voor zonmodules, zoals Extendis en Mastervolt (17). Ook kan Nederland een positie innemen op de markt voor producten die PV architectonisch integreren in de gebouwde omgeving. Deze markt zal flink groeien wanneer Nederland, waarschijnlijk tussen 2015 en 2020, gridpariteit bereikt. Dat wil zeggen dat de kosten voor duurzame energie op hetzelfde niveau liggen als die voor energie uit fossiele brandstoffen. Dit resulteert met name in een sterke groei van de installatiesector en wellicht de moduleproductie (18).
Ook op de andere gebieden zijn er kansen, zoals infrastructurele werken voor energie uit water in binnen- en buitenland, Blue Energy met de RED-technologie en voor geothermie voor het in kaart brengen van de ondergrond en kennis van en ervaring met boortechnieken.
Natuurlijk is Nederland niet het enige land dat inzet op duurzame technologie vanwege de economische kansen. Onder andere Duitsland, China, Korea, Singapore en India investeren fors. Een stabiel investeringsklimaat is belangrijk om de economische kansen op het gebied van duurzame energie te verzilveren. Ook is het voor de doorontwikkeling van nieuwe technologieën van belang dat er projecten worden opgezet. In Nederland wordt veel technologie ontwikkeld, maar de toepassing blijft achter. Er zijn de afgelopen vijftien jaar bijvoorbeeld op het gebied van waterenergie weinig projecten gerealiseerd. Voor de groei en verdere ontwikkeling van de Nederlandse duurzame energiesector is het van belang dat bedrijven innovaties kunnen toepassen op de thuismarkt via demonstratieprojecten en proeflocaties.

Arjen Goetheer en Angela Juliaans zijn adviseurs bij respectievelijk Innovation Intelligence & Coordination en Toepassing Energie Onderzoek bij Agentschap NL.
Met dank aan: Bert Janson, Paul Ramsak, Freek Smedema, Jos Reijnders, Jaap ’t Hooft en Ilona Knol (adviseurs Toepassing Energie Onderzoek), Jelle Nijdam (manager team Toepassing Energie Onderzoek), Aart Kleyn (directeur FOM Rijnhuizen) en Paul van den Oosterkamp (manager Renewable Energy, ECN).

Meer informatie:

• Roland Berger (2010). Stimulering van de economische potentie van duurzame energie in Nederland. NWO (2009). Accenten in Funderend Energieonderzoek.
• InnovatieNetwerk (2006). Bioport: Nederland als mainport voor biomassa.
• Innovatieplatform (2010). Duurzame energie. Economisch groeigebied voor Nederland met groene potentie.
• Volkskrant Banen (2010). Wel de beste in windmolens.
• Innovatieplatform (2009). Nederland neemt leidende rol bij offshore windparken.
• Roland Berger (2010). Stimulering van de economische potentie van duurzame energie in Nederland.
• Projectgroep Bio WKK (2009). WKK op biogas bij Lamb Weston/Meijer in Kruiningen.
• Website Ecofys (2010). Ontwikkeling van de Wave Rotor.
• Website TNO (2010). Bleiswijk; een succesverhaal van geothermie.
• Website NDDC (2010). Dong Energy Sonderbørg.
• NWO (2009). Accenten in Funderend Energieonderzoek.
• ECN (2009). ECN herovert wereldrecord zonne-energie.
• Website Fusie-energie.nl (2010). Kernfusie, een zon op aarde.
• Website ITER-NL (2010). Het project.
• Roland Berger (2010). Stimulering van de economische potentie van duurzame energie in Nederland.
• Innovatieplatform (2010). Duurzame energie. Economisch groeigebied voor Nederland met groene potentie.
• Roland Berger (2010). Stimulering van de economische potentie van duurzame energie voor Nederland.
• Schoots, K. (2010). Innovatie en leercurven. Rapportage naar aanleiding van kennisvragen Werkgroep Energie en Klimaat. ECN publicatie ECN-E—10-038, p44 en expert opinion
• Arjen Goetheer & Angela Juliaan: arjen.goetheer@agentschapnl.nl