IEA: zonder innovaties is klimaatdoel kansloos | Technisch Weekblad
Achtergrond

IEA: zonder innovaties is klimaatdoel kansloos

Gerald Schut | zondag 11 oktober 2020
Energie

Om in 2050 klimaatneutraal te zijn en de opwarming tot 1,5 graad te beperken moet de wereld ieder jaar vier maal zoveel hernieuwbare energie toevoegen als vorig jaar. Dat komt neer op iedere drie jaar het equivalent van de volledige Amerikaanse stroomopwekking. Dat is het makkelijke gedeelte. Het moeilijke stuk is het ontwikkelen van technieken die nu nog niet beschikbaar zijn.

‘Technologie zal onze energietoekomst grotendeels bepalen.’ Fatih Birol, directeur van het Internationaal Energieagentschap (IEA), knalt er in de eerste zin van het rapport ‘Energy Technology Perspectives 2020’ gelijk vol in. En terecht. Want het gat tussen klimaatdoelen en onze huidige technische middelen is huiveringwekkend. Alleen door schone technieken in een ongeëvenaard tempo van laboratorium naar de markt op te schalen zijn de klimaatdoelen van Parijs haalbaar.

Het is daarbij niet alleen van belang om nieuwe energieopwekking en fabrieken emissiearm te maken. ‘De enorme vloot inefficiënte kolencentrales, staal- en cementfabrieken en chemische industrie – waarvan vele recent gebouwd zijn – zullen zonder ingrepen in de komende decennia genoeg uitstoot veroorzaken om internationale klimaatdoelen uit het zicht te laten verdwijnen,’ waarschuwt Birol. Zullen de opkomende Aziatische landen, waar deze installaties vooral verrezen zijn, die met alle gigantische afschrijvingen van dien, vrijwillig buiten gebruik nemen? De kans lijkt klein. Volgens het IEA wordt het onvermijdelijk om hier massaal te gaan retrofitten met end-of-pipe-oplossingen als CCS (koolstofopslag).

In ‘Energy Technology Perspectives 2020’ buigt het IEA zich 400 pagina’s lang over 800 technische mogelijkheden om te onderzoeken hoe in 2050 ‘net zero’ emissies haalbaar zijn. Het hanteert daarvoor drie scenario’s. Ten eerste het ‘Stated Policies’ scenario, waarin al het bestaande en aangekondigde klimaatbeleid wordt doorgerekend. Daarna als tweede het Sustainable Development Scenario (SDS), waarin alle Sustainable Development Goals (SDG) van de VN worden gerealiseerd en de wereld in 2070 ‘net zero’ wordt gehaald. Het gat tussen beide is fors. Tenslotte beschrijft het IEA in de Faster Innovation Case een pad om niet pas in 2070, maar al in 2050 netto klimaatneutraal te worden en het klimaatdoel van Parijs te halen: 1,5 graad.

Elektriciteit is cruciaal

Emissiearme elektriciteit is in alle scenario’s het werkpaard van de energietransitie. Om in 2070 ‘net zero’ te halen moet de wereldwijde elektriciteitsopwekking verdrievoudigen ten opzichte van nu. 19% daarvan zal worden ingezet voor de productie van waterstof en van waterstof afgeleide brandstoffen. Extra schone elektriciteit is in staat om een derde van het gat tussen ‘Stated Policies’ en SDS (ofwel ‘net zero’ in 2070) te dichten. Het kost jaarlijks $600 miljard bovenop aangekondigd klimaatbeleid, ongeveer evenveel als de $595 miljard die wordt bespaard op uitgaven aan fossiele brandstoffen; vrijwel budgetneutraal dus. In het SDS komt er tot 2070 elk jaar 470 GW aan zonnepanelen (in 2019 werd 108 GW geplaatst), 190 GW windturbines (60 GW in 2019), 15 GW kernenergie (5 GW in 2019) bij en worden 25 GW aan fossiele centrales voorzien van CCS (nu nul) en 7 GW van BECCS (biomassa met CCS; nu ook nul). 80% van deze emissiereducties in energieopwekking is haalbaar met technologie die nu volwassen is of net op de markt is.

Vooral in industrie en transport moeten technieken, die nu nog niet op de markt zijn, grootschalig uitgerold worden. In 2060 zal de helft van de investeringen gaan naar technieken die nu nog slechts als prototype of demonstratiemodel bestaan. In 2070 zal meer dan 60% van de emissiereducties in de transportsector moeten komen van technieken die nog niet commercieel beschikbaar zijn. De scheepvaart voorziet dan bijvoorbeeld voor 80% in haar energiebehoefte via ammoniak, waterstof en biobrandstof en zal daarmee 13% van de wereldwijde waterstofproductie vergen.

En waterstof ook

Om in 2050 klimaatneutraal te zijn moet de wereldwijde elektrolyse met een factor 20 duizend toenemen. Die elektrolysers zullen dan ruim tweemaal zoveel stroom verbruiken als heel China nu opwekt. Van de totale waterstofproductie in 2070 gaat 30% rechtstreeks naar transport, dient 20% als grondstof voor synthetische kerosine, gaat 10% naar ammoniak voor de scheepvaart, 15% gaat naar de industrie, 15% gaat naar stroomopwekking voor schakelbaar vermogen en 5% gaat naar de gebouwde omgeving.

40% van de productie van waterstof in 2070 in het SDS zal in combinatie zijn met CCS: blauwe waterstof dus. Van de 10 Gton CO2, die in 2070 in het SDS scenario wordt afgevangen wordt 90% ondergronds opgeslagen en 10% opnieuw gebruikt.

Van de benodigde emissiereducties om in 2070 klimaatneutraal te zijn moet volgens het IEA een derde komen van technieken die nu nog niet op de markt zijn. Om klimaatneutraliteit in 2050 te halen wordt dat de helft. In het SDS wordt bijvoorbeeld in 2070 3 Gton CO2 direct uit de lucht afgevangen (direct air capture, DAC).

60% van de 800 door het IEA geanalyseerde technieken is nog niet commercieel beschikbaar. En nog eens 35% is niet volledig volwassen. (zie kader met Technology Readiness Levels) Voorbeelden van volwassen technieken (TRL 11) zijn waterkracht en elektrische treinen. ‘Early adoption’ heeft nog beleidsondersteuning nodig om op te schalen. Offshore wind, batterijen en warmtepompen hebben TRL 9 of 10. Voorbeelden in de demonstratiefase (TRL 7 en 8) zijn CCS in betonfabrieken, ammoniak uit groene waterstof en batterijen voor scheepvaart over lange afstand. Technieken in de prototype-fase  (TRL 5 en 6) zijn bijvoorbeeld schepen op ammoniak, staalproductie met waterstof en direct air capture (DAC). Voorbeelden van technieken die nog niet verder zijn dan TRL 4 (klein prototype) zijn elektrische vliegtuigen en directe elektrificatie van staalfabrieken. Voorbeelden van technieken in de conceptfase (TRL 1, 2 of 3) zijn lithium-lucht batterijen en elektrische krakers voor de industrie.

Van prototype naar 1% marktaandeel duurt voor energietechnieken op basis van historische ervaring 20 tot 70 jaar. Zelfs succesverhalen als het zonnepaneel en de Li-ion batterij duurden meer dan 25 jaar. Alleen de LED-lamp bereikte 1% marktaandeel in 10 jaar.

In het SDS (‘net zero’ in 2070) komen geen technieken voor die nu nog in de conceptfase zijn. Omdat zonder die technieken het doel van 1,5 graad temperatuurstijging niet haalbaar is, beschouwt het IEA voor de Faster Innovation Case (‘net zero’ in 2050) ook technieken met een TRL van lager dan 4 die goed schaalbaar zijn, doordat ze klein en modulair zijn (denk aan de LED-lamp) en potentieel hebben voor technische spill-over uit andere sectoren. Het zonnepaneel profiteerde bijvoorbeeld van spill-over uit de productie van microprocessoren die ook op basis van silicium functioneren, terwijl de koolstof-anode in Li-ion batterijen oorspronkelijk ontwikkeld is voor de petrochemische industrie.

Alleen als het IEA nimmer vertoonde innovatiesnelheden aanneemt voor technieken die nog in de conceptfase zijn rekent het scenario voor ‘net zero’ in 2050 rond. Staalproductie op basis van waterstof en ammoniakschepen bereiken in dat scenario over 6 jaar de markt. De gemene deler in deze scenario’s is effectieve ondersteuning van technieken om vanuit het laboratorium in recordtijd de markt te bereiken. Op het verlanglijstje van IEA staan onder meer betere technieken voor batterijproductie en -recycling, innovatieve technieken om meer biomassa beschikbaar te maken (denk aan algen), en innovatieve koelmiddelen om de huidige koelmiddelen met een enorme impact op het klimaat te vervangen.

Gevolgen van corona

Het IEA verwacht dat corona zorgt 13% minder toevoeging van hernieuwbare energiebronnen in 2020 door bouwvertraging, verstoring van de toeleveringsketen en financiële problemen. Op de langere termijn vreest het IEA voor technieken in de demonstratiefase voor een vertraging van 5 jaar. Voor technieken die pas net commercieel beschikbaar zijn (TRL 9) vreest het voor een vertraging in de uitrol van 50% in 2025, en nog 15% in 2040. Zo zou de vertraagde uitrol van warmtepompen in 2040 voor 3 Gton aan extra CO2-uitsoot zorgen.

Technology Readiness Levels (TRL)

Een schaalverdeling om de rijpheid van technieken te beoordelen werd oorspronkelijk door NASA ontwikkeld. De Technology Readiness Levels (TRL) worden sinds 2014 ook gebruikt bij de beoordeling van Europese onderzoeksprojecten in Horizon 2020:

1. Basale principes geformuleerd
2. Toepassing geformuleerd
3. Ongevalideerd concept
4. Vroeg prototyp
5. Groot prototype
6. Volledig prototype op schaal
7. Pre-commerciële demonstratie
8. Eerste commerciële demonstratie
9. Commercieel beschikbaar in niche
10. Systeemintegratie vereist
11. Volwassen en voorspelbare groei

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW