Research : cogeneration

Hogeschool van Amsterdam Amsterdamse Hogeschool voor Techniek

Engineering, Design and Innovation

Project: Cogeneration Vooronderzoeken

Leden: § Fons Huisman § Michiel Ravelli § Lennard Teunissen § Minne Troostheide § Marco Veenstra § Sander de Waal § Olaf Weller Projectbegeleider: § Dhr. P.G. Zult Amsterdam, februari 2008

Inhoudsopgave ENERGIEWINNING _________________________________________3 ALGEN 3 BIOMASSA ________________________________________________________________________9 BODEMENERGIE ___________________________________________________________________10 FOSSIELE BRANDSTOFFEN _____________________________________________________________12 KERNENERGIE _____________________________________________________________________18 VUILVERBRANDING _________________________________________________________________23 WATERENERGIE ____________________________________________________________________25 WATERSTOF ______________________________________________________________________28 WINDENERGIE ____________________________________________________________________30 ZONNE-­‐ENERGIE ___________________________________________________________________32 LOCATIES _______________________________________________33 AARDAPPELFABRIEK _________________________________________________________________33 ROZENKWEKERIJEN _________________________________________________________________33 TULPENBOLLENKWEKERIJ _____________________________________________________________34 WARMTEKRACHTKOPPELING _________________________________45 ALGEMEEN _______________________________________________________________________45 SPECIFICATIE ______________________________________________________________________46

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

2/48

1.

Energiewinning

In dit hoofdstuk worden alle onderzoeken naar vormen van energiewinning weergegeven.

Hierbij is gekeken naar aspecten als duurzaamheid en toekomstvisie.

1.1.

Algen

De methode om energie op te wekken of om te zetten met behulp van algen is onderzocht door de volgende punten te analyseren.

•

De werking

•

De duurzaamheid

•

De toekomst

Ten eerste een korte inleiding over alle mogelijkheden met algen. Er bestaan namelijk drie mogelijkheden die interessant zijn bij gebruik voor “Cogeneration”. Er bestaat de mogelijkheid om elektriciteit op te wekken. Het is mogelijk om algen CO2 in brandstof om te laten zetten.

Tevens kan er waterstof(H2) vanuit water (H2O) gemaakt worden.

Hierdoor zouden alle drie de eisen min of meer worden beantwoord; elektriciteit, warmte en koeling.

Elektriciteit Dit is een mogelijkheid waar nog heel veel onderzoek over gaande is. Er wordt nauwelijks informatie over de werking en verschillende mogelijkheden prijs gegeven. Dit omdat er, uiteraard, veel geld mee gemoeid is. Helaas wordt er niet beschikt over de juiste informatie en kennis om dit onderwerp zelf verder te onderzoeken.

Biobrandstof De brandstof bestaande uit algen wordt al reeds geproduceerd en zorgt voor een betere kringloop van CO2. Er bestaan verschillende systemen om de meest efficiënte, snel groeiende, algen soort op een zo schoon en snel mogelijke manier te produceren.

Het zal zaak worden om het rendement van deze methode zo hoog mogelijk te krijgen, wellicht door de CO2 uitstoot bij het eigen proces ‘binnen’ te houden en deze als voeding voor de algen te gebruiken.

“Een hectare groene algen zet, afhankelijk van de soort, jaarlijks ruim honderd ton CO2 om in vijftien tot twintig ton biodiesel. Als je het Nederlandse dieselwagenpark op koolzaadolie wilt laten rijden dan heb je 4 miljoen hectare landbouwgrond met koolzaad nodig. Nederland heeft op dit moment in totaal 2,3 miljoen hectare landbouwgrond. Met algenteelt is Nederland in theorie wel in staat om in haar eigen dieselbehoefte te voorzien.”

Uit dit citaat blijkt dat het rendement er wel degelijk is. Echter toen dit artikel geschreven werd waren er slechts nog experimenten met dit concept. Nu wordt het reeds op grote schaal toegepast.

Op het punt van ontwikkelingen in de toekomst kan er gekeken worden naar de vorm van de kweek kamers. Er moet één optimale vorm/ruimte bestaan om algen nog efficiënter te kweken dan dat nu al wordt gedaan.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

3/48

Watertstof Dé brandstof van de toekomst wordt het ook wel genoemd. Zuivere waterstof kan als de meest schone brandstof worden beschouwd omdat bij verbranding eigenlijk alleen zuurstof vrij komt.

Waterstof kan worden verkregen uit Water (H2O) het probleem bestaat dat op dit moment dat hier elektriciteit voor nodig is.

Nu is uit experimenten gebleken dat er algen bestaan die waterstof kunnen produceren. Dit gebeurd wanneer zij onder kunstmatige omstandigheden worden onthouden van voedingsstoffen en wel worden voorzien van zonlicht. Hierdoor groeien ze niet maar produceren ze waterstof. Dit heet fotolyse. Er bestaat tevens een biologisch proces om waterstof te verkrijgen vanuit natte biomassa. Deze twee methodes zijn, min of meer, een strijd met elkaar aangegaan. Wat is de beste methode? Beide methoden blijken te werken, maar om een rendement te halen dat gelijk is aan de huidige zonnecel wordt er gesproken over termijnen tussen de 10 en 20 jaar. Helaas op korte termijn niet haalbaar.

Bronnen • http://www.nature.com/nrmicro/journal/v4/n7/execsumm/nrmicro1442.html • http://www.news.com/8301-10784_3-9800700-7.html • http://www.icis.com/blogs/biofuels/archives/2006/10/co2-to-biofuel-with-algae.html • http://eco-cool.blogspot.com/2007/11/waterstof-met-algen-opwekken-sur-place.html • http://sync.nl/nederlandse-alg-zorgt-voor-voedsel-en-biobrandstof/1 • http://www.gbev.org/news_0010.htm

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

4/48

Artikel 1 Een zee van brandstof 26 september 2005 De productie van waterstof vraagt veel energie en doet broeikasgassen ontstaan. Dat ondergraaft het hele idee achter deze milieuvriendelijke brandstof van de toekomst.

Wetenschappers werken nu op fluorescerende bacteriën en algen zodat ze op een biologische manier waterstof produceren. Als het rendement omhoog kan, mogen we de gigantische hoeveelheid water op aarde beschouwen als een onuitputtelijke brandstofvoorraad.

Waterstof is voor zowat iedereen de brandstof van de toekomst. Bij de verbranding komen geen broeikasgassen of vervuilende stoffen vrij. Als grondstof is waterstof bovendien overvloedig aanwezig, en eindeloos te recycleren. Het probleem is dat waterstof op aarde opgesloten zit in een verbinding met andere elementen, zoals zuurstof (in water) of koolstof (in fossiele brandstoffen). Die keten moet op een of andere manier verbroken worden, en dat kost energie.

Waterstof wordt al enkele decennia gebruikt door de chemische industrie, om brandstoffen schoner te maken en voor de aanmaak van ammoniak. Meer dan 90 procent van de waterstof wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen. Dat gebeurt via een techniek genaamd stoomreforming. In dat proces wordt aardgas omgezet in een mengsel van waterstof en koolstof. De koolstof wordt in de atmosfeer geblazen als koolstofdioxide (CO2), een belangrijk broeikasgas.

Een andere bekende techniek om waterstof aan te maken, is de splitsing van watermoleculen door middel van een elektrische stroom (elektrolyse). Door er elektriciteit door te jagen, wordt water opgesplitst in zijn twee bestanddelen: waterstof en zuurstof. Dat proces is eenvoudig en zeer goed bekend, maar het energieverbruik ligt nog een stuk hoger dan bij stoomreforming.

Als er fossiele brandstoffen nodig zijn om waterstof aan te maken, of elektriciteit die is opgewekt door fossiele brandstoffen, biedt waterstof nauwelijks voordelen. We blijven afhankelijk van olie en we stoten minstens evenveel broeikasgassen uit. Daarom zijn wetenschappers wereldwijd op zoek naar alternatieve methodes om waterstof te maken. Een interessante mogelijkheid is de biologische productie van waterstof. Dat onderzoek gebeurt vooral in Nederland, Japan, Zweden en de VS. De biologische productie van waterstof kan op twee manieren gebeuren: uit biomassa of uit water. De meest tot de verbeelding sprekende techniek is de splitsing van water door algen of cyanobacteriën, genaamd fotolyse. Die term verwijst naar fotosynthese, het natuurlijke mechanisme waarmee planten, algen en sommige bacteriën koolstofdioxide omzetten in biomassa en zuurstof. Bij fotolyse wordt - net als bij electrolyse - waterstof rechtstreeks uit water gefabriceerd. Maar in plaats van elektriciteit, wordt gebruikgemaakt van microorganismen en zonlicht. Door algen zwavel en zuurstof te ontzeggen, schakelen ze over naar een andere metabolische staat en gaan ze met de energie uit het zonlicht waterstof produceren, in plaats van te groeien.

Slangen 'Er is erg veel zout water op aarde, en dat zou je op die manier allemaal als energiebron kunnen gebruiken', zegt René Wijffels, professor mariene biotechnologie aan de Universiteit Wageningen in Nederland. 'Maar het volstaat niet een hoop van die organismen in een vijver te gooien. De meest banale reden daarvoor is dat je de gevormde waterstof wil opvangen. Het proces vindt dus plaats in een afgesloten transparante bioreactor, die verschillende vormen kan hebben: rechthoekige bakken of cilinders, platen of lange smalle buizen. We zijn bezig te achterhalen wat de beste manier is. In het tuinbouwcomplex Technogrow bij Breda liggen doorzichtige slangen van zo'n 80 tot 100 meter lang, horizontaal op de vloer. Dat water ziet fel groen van die algen en er wordt gas doorheen geborreld.'

De bioreactors worden door optische technieken optimaal door het invallende zonlicht beschenen. Maar de methode is niet zonder problemen. 'Bij het splitsen van water wordt behalve waterstof ook zuurstof gevormd', legt Wijffels uit. 'Dat remt het proces af. Het rendement van een zonnepaneel bedraagt over het algemeen zo'n 10 tot 20 procent.

Bij algen is dat, in de commerciële reactoren die nu verkrijgbaar zijn, zo'n 2 tot 3 procent. Wij onderzoeken hoe je dat kan optrekken tot 20 procent. Dat is voor fotosynthese het maximum.'

Om dat maximale rendement te bereiken, rekent Wijffels op genetisch manipulatie. 'Door de algen genetisch te wijzigen, kunnen we ze minder gevoelig maken voor zuurstof, en kunnen we hun vermogen om licht te absorberen verbeteren. Daar wordt flink aan gewerkt in onderzoeksgroepen in de Verenigde Staten, Japan en Hongarije, waarmee wij samenwerken.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

5/48

Wij denken op korte termijn in het laboratorium rendementen te bereiken van 12 tot 15 procent, en dan kom je dus in de buurt van zonnepanelen.'

Waarom zetten we dan niet gewoon zonnepanelen op het dak, en besparen we ons de moeite van het onderzoek naar fotosynthetische algen en bacteriën? 'De grondstoffen voor de aanmaak van zonnepanelen zijn niet oneindig, en het kost energie om zonnepanelen te maken', antwoordt Wijffels. 'Daartegenover staat dat een zonnepaneel makkelijk is, het staat daar gewoon en het levert elektriciteit. Met onze algen is er altijd controle nodig: ze moeten gevoed worden, er moet gas doorheen geborreld worden, het is een beetje als planten kweken.'

Zonlicht Willy Verstraete, professor biochemische en microbiële technologie aan de UGent, is niet zo enthousiast over fotolyse. 'Er zijn heel veel mogelijkheden in de biologie om waterstof te maken, maar de uitdaging nu is het in een vorm te brengen die competitief is. Ik zie dat eerder gebeuren uit biomassa, en niet perse uit water.'

Bij de biologische waterstofproductie uit natte biomassa wordt suiker- of zetmeelhoudend materiaal (energiegewassen, gft-afval, afvalwater) door thermofiele bacteriën gefermenteerd.

Dat gebeurt in een van het zonlicht afgesloten bioreactor. Verstraete: 'De bacteriën kunnen slechts een derde van de aanwezige energie vlot omzetten naar waterstof. De rest wordt omgezet in azijnzuur. Tot voor kort was daar maar één oplossing voor en dat zijn fotobacteriën, organismen die verwant zijn aan die waarmee je bijvoorbeeld ook bier brouwt of ethanol maakt. Deze roodgekleurde bacteriën zetten het azijnzuur in een tweede bioreactor met behulp van zonlicht om naar waterstofgas. Omdat het erg traag gaat, is dit altijd de economisch remmende factor geweest. Maar sinds kort hebben we een andere mogelijkheid: de microbiële brandstofcel. Door de bacteriën in het fermentatieproces te assisteren met een klein beetje elektriciteit, veel minder dan wat nodig is voor de electrolyse van water, zetten ze ook alle azijnzuur om in waterstof.'

René Wijffels vindt de biologische waterstofproductie uit biomassa waardevol, en doet er ook zelf onderzoek naar. Toch ziet hij meer potentieel in fotolyse: 'Ook biomassa heeft geen hoog rendement. Suikerbiet, een van de meest efficiënte gewassen, heeft een fotosynthetisch rendement van 2 procent. Met een alg kan je vijf tot zeven keer meer energie produceren dan met een landbouwgewas. Bovendien zijn zonlicht en water overvloedig aanwezig, terwijl er niet voldoende biomassa is om aan de vraag naar energie te voldoen.'

Kunnen algen in al onze energiebehoeften voorzien? Wijffels aarzelt. 'Er valt voldoende licht op aarde om onze energieconsumptie te dekken, maar het probleem is dat zonlicht heel verdund op aarde valt. Je hebt een relatief groot oppervlak nodig om een energiedrager te produceren.

Dat is een nadeel van alle zongedreven energieproductie, ook biomassa. Wij zijn gewend aan olie, dat een hele hoge energiedichtheid heeft. Ik denk niet dat het in Nederland of België kan.

Maar ik zou naar een plek gaan waar het zonniger is. In het zuiden van Spanje heb je twee keer minder oppervlakte nodig als in Nederland.'

Waterstofproductie uit natte biomassa met microbiële brandstofcellen kan al binnen een jaar of tien commercieel rendabel zijn. Fotolyse is verder weg: 'We hebben het principe gedemonstreerd op kleine schaal', zegt Wijffels. 'Maar eer we fotolyse op grote schaal kunnen inzetten, zijn we toch twintig tot dertig jaar verder.'

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

6/48

Artikel 2 Nederlandse alg zorgt voor voedsel en biobrandstof 31 mei 2007 Algen zetten CO2 om in zuurstof en hebben daarmee de aarde leefbaar gemaakt, maar ze zijn ook geschikt als bron voor voeding, vitamines en energie.

Algen lijken niks bijzonders. Ze zijn hooguit irritant als ze teveel in je vijver groeien of het terras overwoekeren. Toch zijn algen de basis van al het andere leven. Ze zetten CO2 om in zuurstof en hebben daarmee de aarde leefbaar gemaakt voor complexer leven. Daarbij zijn ze uitermate geschikt als bron voor voeding, vitamines en energie (biobrandstof). Nederland voert de ontwikkeling aan.

Schepping Ingrepro BV in Borculo (Gld) probeert als eerste Nederlandse bedrijf een deel van de schepping te herhalen. Het bedrijf produceert groene, eencellige plantjes die lang geleden de aarde leefbaar maakten door CO2 om te zetten in zuurstof. Ingrepro wil met algen CO2 omzetten in voedsel en biodiesel. Met 7000 vierkante meter vijveroppervlak (binnenkort 13.000) is de productie nog bescheiden, maar de ambities zijn groot. Ambities die worden gevoed door de bijzondere eigenschappen van de gekweekte algensoort, Chlorella.

Ontdekt in 1890 door de Nederlandse microbioloog Beyerinck staat de alg Chlorella bekend om zijn hoge productiviteit. Met dertig tot veertig ton droge stof per hectare is de opbrengst hoger dan van welk landbouwgewas ook. Bovendien bevat het plantje veel eiwitten, vrijwel het hele alfabet aan vitaminen, sporenelementen en circa veertig procent olie. Met gezonde omega-3 vetzuren. Chlorella is dan ook zeer populair in het alternatieve voedingscircuit.

Biodiesel Algen lenen zich echter voor meer dan alleen gezonde voeding. Ze bieden een cascade aan mogelijke toepassingen, uiteenlopend van grondstof voor medicijnen tot biobrandstof. Ingrepro is zojuist begonnen met een proef om biodiesel uit algen te halen. Een hectare groene algen zet, afhankelijk van de soort, jaarlijks ruim honderd ton CO2 om in vijftien tot twintig ton biodiesel. Als je het Nederlandse dieselwagenpark op koolzaadolie wilt laten rijden dan heb je 4 miljoen hectare landbouwgrond met koolzaad nodig. Nederland heeft op dit moment in totaal 2,3 miljoen hectare landbouwgrond. Met algenteelt is Nederland in theorie wel in staat om in haar eigen dieselbehoefte te voorzien.

Groene vla wordt dikke pasta De algen in Borculo groeien in een waterdiepte van een halve meter. Een schoepenrad zorgt voor circulatie, zodat de algen voldoende licht vangen. Het water wordt verrijkt met CO2 afkomstig van de drogerij. De algen worden continu geoogst via een draaiende trommelzeef.

Dan worden ze gecentrifugeerd tot een ’groene vla’ en gedroogd tot een dikke pasta of poeder die gebruikt wordt als voer, of als grondstof voor medicijnen, kleurstoffen, bestrijdingsmiddelen, voedingssupplementen en olie.

Ir. Carel Callenbach, directeur van Ingrepro zegt in Trouw: “De teelt van algen voor biodiesel kan alleen maar uit als je de andere stoffen in algen tot waarde weten te brengen.”

De afgelopen twee jaar is daar hard aan gewerkt. Ingrepro produceert ingrediënten voor honden- en paardenvoer op basis van algen. Ook werd een schimmelwerend middel voor golfbanen ontwikkeld. Algen blijken ook zeer geschikt als visvoer. Callenbach: “Naarmate de oceanen leger worden, wordt het kweken van vis belangrijker. Nu wordt vooral vismeel gebruikt, maar met algen kan het ook. We leveren bijvoorbeeld algenpoeder aan kwekers van zeebaars en zeebrasem in Griekenland.”

Algen kunnen zo een bijdrage leveren aan bestrijding van het overbevissingprobleem. Nu wordt nog twee kilo vismeel van wilde vis gebruik om één kilo aquacultuur vis te kweken. Een hopeloos inefficiënt proces.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

7/48

Innovatieve kweekmethode LGem in Voorhout heeft gekozen voor een andere algensoort en een eigen innovatieve kweekmethode ontwikkeld. Hierbij worden de algen niet in open water gekweekt maar in buizen. De algen van LGem worden gekweekt in het kassencomplex van Technogrow bij het Brabantse Made, in een door zonlicht gevoed gesloten systeem. De belangrijkste marken voor LGem zijn visvoer en voedingssupplementen voor mensen. Het gesloten systeem van LGem geeft ze de mogelijkheid een hoge opbrengst met een hoge kwaliteit te verenigen. In 2006 heeft LGem de derde plaats behaald bij de Rabobank Herman Wijffels Innovatieprijs met het algenkweeksysteem.

Eugene Roebroeck over LGem Eugène Roebroeck, directeur Lgem: “Ons systeem is energie en kostenefficiënter dan welk ander systeem ter wereld. Theoretisch kunnen algen 20 procent van het zonlicht omzetten in chemische energie. In vijvers worden rendementen gehaald van 2 procent. Ons systeem haalt meer dan 10 procent. Dat is ruim vier keer zo veel en dus een grote stap voorwaarts in de teelt van algen. Ons proces legt zelfs netto CO2 vast, terwijl alle andere bestaande systemen CO2 produceren.”

Voedingssupplementen Toch is bio-energie nog geen primaire doelstelling van LGem. “Voor de productie van biodiesel is een andere schaalgrootte nodig. We willen onze techniek verder ontwikkelen met de productie van voedingssupplementen en visvoer. De vraag naar die producten is hoog,” aldus Roebroeck. LGem heeft recent een overeenkomst afgesloten met een Noord Amerikaanse distributeur voor voedingssupplementen.

Voor varkens en kippen zouden algen eveneens een prima voedingsbron kunnen zijn. Ware het niet dat de fabrikanten van veevoer er nog niet aan willen. Callenbach: „Het merkwaardige feit doet zich voor dat algen zonder bezwaar door mensen gegeten kunnen worden, maar dat ze niet gebruikt mogen worden in veevoer. Louter en alleen omdat ze niet worden genoemd in de lijst met toegestane ingrediënten.”

Minder kieskeurig Ingrepro is minder kieskeurig. Net als andere planten hebben ook algen voedingsstoffen nodig.

Tot nu toe gebruikt het bedrijf kunstmest, maar binnenkort start een proef met varkensmest.

Callenbach: „Het kan een mooie kringloop worden: mest voor algen die vervolgens weer worden gebruikt als veevoer.”

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

8/48

1.2.

Biomassa

Biomassa is eigenlijk alles wat organisch is en uit de korte koolstofkringloop komt, om deze laatste reden wordt het als duurzaam beschouwd hoewel er vraagtekens worden gesteld bij de duurzaamheid bij sommige toepassingen.

Werking Biomassa kan bestaan uit kippenmest, gemalen beendermeel, hout, etc. Als het maar organisch is en uit de korte koolstofkringloop komt. Uit biomassa kan energie gewonnen worden door verbranding, vergassing of vergisting.

Verbranding wordt al veel toegepast, het wordt bijgemengd in kolencentrales en vuilverbrandingen waar het dus gewoon verbrand wordt, de centrale mag dan het percentage bijgevoegde biomassa als groene stroom zien.

Bij vergassing wordt er bij hoge temperatuur gasvormige brandstof uit de biomassa gewonnen.

Het gas dat geproduceerd wordt is een redelijk schone brandstof. De techniek is echter nog niet ver ontwikkeld, op dit gebied wordt uitgebreid onderzoek gedaan.

Voor makkelijk verteerbare vormen van biomassa zoals GFT en mest, kan door vergisting biogas en andere nuttige producten als compost en meststoffen gemaakt worden.

Duurzaamheid Het hele idee achter biomassa is dat het CO2 dat in de lucht wordt gebracht door de verbranding gelijk is aan de CO2 die de plant of boom al heeft opgenomen toen deze nog leefde. De verbranding is dus CO2 neutraal.

Er zijn echter discussies ontstaan omdat de biomassa vaak uit verre landen komt waar wouden worden gekapt om bomen en planten voor de biomassa te telen. Bovendien gaat er een hoop energie zitten in het transport hiernaartoe. Zo CO2 neutraal is dus niet alle biomassa.

Toekomst Er is een keurmerk opkomst voor wat nou echt “eerlijke� biomassa is. Er is gebleken dat veel biomassa helemaal niet zo CO2 neutraal is als werd gedacht, zo is de opkomst van biodiesel al een halt toegeroepen omdat het zou concurreren met levensmiddelen.

Wel is de biomassa een betrouwbaar middel om te gebruiken als toevoeging in centrales en het kan de verbranding verbeteren. Met de komst van een keurmerk zal er nog wel toekomst zitten in het gebruik van biodiesel, maar voor elke toepassing zal steeds afgevraagd en berekend moeten worden of het echt een duurzaam middel is.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

9/48

1.3.

Bodemenergie

De aardbodem is een bron van warmte. In de toplaag komt deze warmte van de opwarming door de zon. Op dieper niveau komt de warmte vanuit het binnenste van de aarde. Om in de verwarmingsbehoefte van een locatie te kunnen voorzien kan er gebruik gemaakt worden van deze warmte.

Bodemwarmte Bodemwarmte wordt gewonnen uit de bovenste laag van de aarde die verwarmd wordt door de zon. Door de warmte uit deze laag te onttrekken doormiddel van een warmtepomp kan deze getransporteerd worden naar de gewenste locatie.

Aardwarmte Gaat men echter dieper de grond in, dat wil zeggen enkele honderden meters dan komt de warmte niet meer van de zon maar van de aardkern. Dit heet dan aardwarmte.

Zowel bodem- als aardwarmte kan in de winter gebruikt worden om te verwarmen, maar ook zomers om te koelen. Dit aangezien de bodem dan relatief koel is ten opzichte van de omgevingstemperatuur.

Bij dit soort systemen is het aan te raden gebruik te maken van vloer- en of wandverwarming in plaats van de conventionele radiatoren. Dit heeft een efficiĂŤntie voordeel.

Toepassing van een bodemwarmtesysteem in woonhuis Diepteverschil tussen bodemwarmtebron (1) en aardwarmte bron (2 en 3) Heetwaterbron De IJslandse hoofdstad Reykjavik wordt in zijn geheel verwarmd door een nabijgelegen heetwaterbron. ’s Nachts, wanneer er weinig verbruik is, wordt heet water aangevoerd en opgeslagen in grote buffertanks. Hier krijgt het de kans om enigszins af te koelen zodat het overdag op gebruikstemperatuur is. De energievoorraad is oneindig groot en voorhanden zonder gebruik van ingewikkelde technologie.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

10 /48

Toekomstvisie Bodemwarmte is geen exotische techniek meer. Het wordt al vrij regelmatig toegepast, voornamelijk in grote (kantoor)panden. De aanleg van de installatie is kostbaar, maar verdient zichzelf op den duur terug. Wel bestaat er het feit dat bodemwarmte installaties invloed hebben op elkaar wanneer deze dicht bij elkaar liggen, zogenaamde interferentie van het bodemwater. Wanneer deze techniek gemeengoed wordt en ook in veel in privĂŠ situaties gebruikt gaat worden zal hiervoor beleid moeten worden ontwikkeld zodat verstoring van de opgeslagen warmte door installaties in de nabije omgeving beperkt wordt. De verwachting is dat hier in de nabije toekomst aandacht aan wordt besteedt. Daarnaast zullen er nog productinnovaties volgen om de efficiĂŤntie van de installaties verder te vergroten.

Energie uit een heetwater bron heeft geen toekomst in Nederland, omdat er geen natuurlijke aanvoer is van heetwater. IJsland heeft deze aanvoer wel omdat het vulkanisch gebied is dat zorgt voor de benodigde verwarming van het water. Een heetwaterbron is per definitie een zeer duurzame bron. Tegen lage kosten kan heet water geleverd worden. De uitstoot van milieu onvriendelijke stoffen kan gering zijn omdat deze afhangt van de manier waarop de elektriciteit geproduceerd wordt die het water verpompt. Helaas is deze energiebron slechts op enkele plekken in de wereld toepasbaar.

Bronnen http://www.aquaenergy.nl/ http://www.rome-energy.nl/index.php?id=418 http://www.duurzame-energie.nl/pagina?onderwerp=DE-Aarde%20 en%20bodem http://www.rise.org.au/info/Tech/index.html

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

11 /48

1.4.

Fossiele brandstoffen

Aardgas Aardgas wordt gewonnen door middel van boren. In het begin van de aardgas winning dacht men dat aardgas een bijproduct was in de aardolie winning. Dit zorgde ervoor dat veel van het aardgas al snel vernietigd werd. Het grootste probleem van aardgas is het transport. Door het transport is het meestal economisch onaantrekkelijk om aardgas te leveren. Dit is erg spijtig omdat aardgas de schoonste brandstof is van de fossiele brandstoffen. Als het aardgas niet wordt gebruikt dan wordt het afgefakkeld. Dit betekend dat het aardgas in grote vlammen wordt verbrand. Dit is altijd nog beter dan het aardgas gewoon niet gebruiken, dit zou namelijk betekenen dat er 4 keer zoveel methaan wordt uitgestoten, wat tot gevolg heeft dat het broeikaseffect vier keer zo erg wordt aangetast. Aardgas heeft het grote voordeel dat het veel schoner is dan steenkool of aardolie. Aardgas is namelijk veel makkelijker te reiniger van de stoffen die schadelijk zijn voor het milieu of schadelijk zijn voor de brandstof zelf, in veel gevallen gaat het hierover zwavel.

Aardgas is van zichzelf geurloos, daarom wordt er door de fabrikant/leverancier een geurstof toegevoegd die ervoor zorgt dat aardgas goed waar te nemen is door de neus. Dit voorkomt ongelukken als iemand bv. Het fornuis aan laat staan.

Toepassingen.

Aardgas wordt als energiebron gebruikt om op te koken en om te verwarmen. Aardgas heeft in Nederland sinds de jaren zestig het stadsgas en het stoken op steenkool geheel verdrongen.

Aardgas wordt in samengeperste vorm (CNG) ook gebruikt als alternatieve brandstof voor auto's en bussen, daarnaast wordt het in grootverbruik voor elektriciteitscentrales en stadsverwarming.

Aardgas wordt ook als grondstof gebruikt in diverse chemische productieprocessen. DSM gebruikt aardgas om ammoniak mee te maken, dat op zijn beurt weer grondstof voor kunstmestfabricage is. Vanaf zomer 2005 groeit de populariteit van aardgas als huisverwarmings-brandstof. Dat heeft alles te maken met het stijgen van de prijs van de stookolie voor huisverwarming.

Chemische eigenschappen Aardgas is bij kamertemperatuur en een druk van 1 bar (absoluut) een gas. Doordat aardgas voor het grootste gedeelte bestaat uit methaan (82%), ligt het kookpunt bij 1 bar (absoluut) op −162 °C (112 K) en het smeltpunt bij −183 °C (91 K). De moleculen vormen een volmaakte tetraëder en hebben dus een bindingshoek van 109,5°.

Toekomstperspectief Aardgas is de schoonste brandstof van alle fossiele brandstoffen en is een van de meest gebruikte daarvan. De winning en distributie van aardgas zijn niet zonder gevaren. Dit betekend dat er meestal een strenge regelgeving voor aardgas is. Omdat aardgas een zeer explosief gas is moet er zorgvuldig mee worden omgesprongen. Dit zorgt ervoor dat er allemaal veiligheidsregels aan vast zitten. Deze regels zorgen er weer voor dat het economisch minder aantrekkelijk is voor de exploitant om aardgas te leveren, mits de prijs verhoogt wordt.

Deze prijs wordt uiteindelijk door de consument betaald. Met de huidige HR+ ketels is het rendement van aardgas ongeveer 100% maar zodra de voorraad aardolie in de wereld minder wordt zal de voorraad aardgas ook minder worden. Dit betekend dat het aardgas ooit op zal raken en daardoor een slecht toekomst perspectief heeft.

Bronnen http://nl.wikipedia.org/wiki/Aardgas http://www.dwk.nl/kast/data/648/gas_olie.htm http://rijden-op-aardgas.startkabel.nl/

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

12 /48

Aardolie Aardolie is een fossiele brandstof bestaande uit ketens van koolwaterstoffen. Deze zijn ontstaan uit sedimenten rijk aan organisch materiaal die in het geologisch verleden zijn gevormd en daarna onder invloed van de afzetting van nieuwe sedimentpakketten op dit "brongesteente" zijn "gekookt". Door de druk en warmte die hoger zijn dieper in de Aarde, ontstaan uit de organisch-rijke bronlagen belletjes olie. Deze olie is lichter dan grondwater en wil daarom omhoog. Het zoekt zo een weg naar een reservoirgesteente waar het zich ophoopt en aangeboord kan worden. Aardolie vertegenwoordigt de zwaardere fractie organische producten van het proces dat vaak ook aardgas produceert. Waar aardolie wordt gevonden, bevindt zich vaak ook een aardgasbel. Deze is ontstaan doordat uit de organische sedimenten ook gas is vrijgekomen en doordat de olie gecompacteerd wordt in het reservoir en een verzadigingspunt bereikt waar het in gas overgaat. Aardolie wordt o.a. verwerkt in medicijnen.

Het is nog steeds de grootste leverancier van energie voor de mensheid, ongeveer 40 %, aardgas en steenkool allebei 25 % en het overige wordt geleverd door andere energiebronnen.

Aardoliefracties De ruwe aardolie wordt aangevoerd per tanker, via een pijpleiding of per spoorwagon.

Wateroplosbare zouten worden uitgewassen, waarna door destillatie bij atmosferische druk de volgende aardoliefracties afgescheiden worden: a. b. c. d.

lichte bestanddelen en nafta (kooktraject tot ca. 200 °C); kerosine (180–250 °C); lichte en zware gasolie (200–300, resp. 275–375 °C), met het: atmosferisch residu als bodemproduct van de destillatiekolom.

Toepassingen Aardolie wordt voor allerlei doeleinden gebruikt, dit omdat het een brandstof is die van koolwaterstoffen is gemaakt. Dit zorgt ervoor dat er veel andere stoffen mee kunnen reageren in een scheikunde proces. Een voorbeeld van een dergelijk scheikundig proces is het maken van rubber en andere kunststoffen. Dit wordt allen gemaakt met als grondstof aardolie.

Kerosine Kerosine zit qua verbrandingswaarde tussen benzine en diesel in, met een kooktraject van ca.

150°C – 290°C. Kerosine bevat giftige dampen.Verkrijgbaarheid is niet groot.

Voor de invoering van de benzinemotor, was kerosine belangrijk in de huishouding: verlichting, koken en verwarming. Na 1950 werd kerosine belangrijk in de luchtvaart, die kerosine als brandstof gebruikte. Kerosine wordt ook gebruikt bij het ontvetten van huiden, als oplosmiddel van insecticiden en verf, en als verdunnen voor asfalt bij de wegenbouw.

LPG (Liquefied Petroleum Gas): Bij matige koeling en druk wordt het gasvormige mengsel vloeibaar gemaakt, zodat LPG makkelijk kan worden vervoerd en opgeslagen. LPG bevat propaan en butaan.

In tegenstelling tot benzine, bereikt LPG in zuivere gasvorm de motor. Wanneer de autogasinstallatie goed is ingebouwd zullen de uitlaatgassen in vergelijking met benzine en diesel minder schadelijke stoffen bevatten LPG dient als motorbrandstof, als grondstof voor de petrochemie, voor verwarming en verlichting, in de landbouw voor het drogen van granen, het ontsmetten van potgrond en het verhogen van het koolzuurgehalte in plantenkassen, in de industrie, enz.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

13 /48

Diesel Diesel wordt gemaakt uit aardolie en bestaat uit een mengsel van koolwaterstoffen en enkele additieven om de eigenschappen van de brandstof te verbeteren. Diesel bestaat uit een wat zwaardere fractie van de koolwaterstoffen dan benzine en is daardoor minder vluchtig en heeft een wat hogere energiedichtheid dan benzine Dieselverbranding levert roet. Dit is weliswaar minder vervuilend dan Co2 maar voor de menselijke longen zeker niet aanbevelenswaardig. Diesel is een van de goedkoopste voertuigbrandstoffen (€ 0,75 / liter) en overal verkrijgbaar.

Toekomstperspectief Voor aardolie geldt ongeveer hetzelfde als voor aardgas, we hebben nu meer dan de helft van onze olievoorraden verbruikt. Dit betekend (met de wetenschap dat de wereld alleen maar meer behoefte krijgt aan energie) dat de aardolie “snel” opraakt. Hierdoor is de toekomst van de aardolie zeer onzeker, mede door de verontreinigende CO2 die het uitstaat bij de verbranding. Aardolie wordt pas in de laatste eeuw echt intensief gebruikt en nu is de helft van de aardolie die we in de aardkorst hebben al op, dit zorgt ook voor politieke spanningen en oorlogen alom voor olie. Omdat steeds meer fabrikanten van bijvoorbeeld de auto-industrie bezig zijn om hun auto’s zo zuinig mogelijk te laten rijden is er voor de aardolie bijna geen toekomst meer als we op lange termijn kijken. Aardolie is een vervuilend product waar de voorraden snel van afnemen.

Bronnen • http://nl.wikipedia.org/wiki/Aardolie • http://www.scholieren.com/werkstukken/6028 • http://www.natuurinformatie.nl/nnm.dossiers/natuurdatabase.nl/i001064.html

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

14 /48

Steenkool Steenkool bestaat uit afzettingen van plantenresten die in het geologisch verleden (de WestEuropese steenkool in het carboon), zijn gevormd na langdurig aan hoge druk en warmte zijn blootgesteld, waarbij tamelijk zuivere koolstof en vluchtige verbindingen ontstonden, waarvan de laatste weer grotendeels zijn ontsnapt. De transformatie verloopt met toenemende blootstelling aan druk en temperatuur van veen via bruinkool naar steenkool en antraciet uiteindelijk naar grafiet. Dat voor dit proces in principe geen lange tijd nodig is, is in diverse experimenten bewezen. Hierbij werd organisch materiaal aan sterke druk onderworpen waarbij zich binnen een paar dagen steenkool vormde.

Steenkool is een fossiele brandstof die in grote afzettingen wereldwijd verbreid te vinden is en het is een belangrijke energiebron voor industriĂŤle processen en elektriciteitscentrales. Ook wordt het na ontgassing als cokes gebruikt in hoogovens als koolstof- en energiebron bij de productie van ijzer.

Voor energieopwekking is het de laatste decennia steeds minder in trek omdat bij de verbranding ervan veel meer kooldioxide, een broeikasgas, ontstaat dan bij de verbranding van aardolie of aardgas, en omdat het vaak vrij sterk verontreinigd is met o.a. zwavel waardoor bij de verbranding ook het schadelijke zwaveldioxide als bijproduct ontstaat. Het blijft echter een van de goedkoopste fossiele brandstoffen.

In steenkoolafzettingen zijn vaak de afdrukken van de fossiele planten en bomen herkenbaar.

Resten van dode planten vormen in moerassen dikke veenlagen.

Hoe ontstaat steenkool? (2) a: Als de waterspiegel stijgt, wordt een laag klei of zand op het veen afgezet.

Hoe ontstaat steenkool? (3) a: In de loop van miljoenen jaren worden de lagen zand en klei steeds dikker. b: Druk en temperatuur stijgen door het gewicht van de bovenliggende lagen. c: Na miljoenen jaren is het veen samengeperst tot bruinkool.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

15 /48

Hoe ontstaat steenkool? (4) a: Druk en temperatuur nemen toe, doordat er steeds meer lagen zand en klei worden afgezet. b: Na miljoenen jaren is de bruinkool samengeperst tot steenkool.

Toepassingen Zuid-Afrika bezit grote voorraden steenkool die het land nog honderden jaren van energie zouden kunnen voorzien. Oliereserves wordt er echter nauwelijks aangetroffen. Tijdens de apartheidstijd werd Zuid-Afrika bedreigd met een handelsboycot waardoor de olieimport zou kunnen wegvallen. Om het wegvallen van de olie-import te compenseren is een complete industrietak opgezet om kolen om te zetten in vloeibare brandstoffen en in grondstoffen voor de chemische industrie. Het staatsbedrijf dat zich hier mee bezighield heette SASOL en was gevestigd in Sasolburg. Na 1994 liep de olie-import, door de gewijzigde politieke situatie, geen gevaar meer en is een deel van deze industrietak afgebouwd. Alleen de chemische industrie rond Sasolburg is nog overgebleven.

Energie zit in de steenkool, het bestaat echter in de vorm van chemische bindingen die gevormd worden tijdens de verstening ervan. Om de energie uit de steenkool te halen wordt er warmte toegevoegd als activeringsenergie. De energie die is opgeslagen in de steenkool kan vergeleken worden met de energie die is opgeslagen in een uitgerekt stuk elastiek. Er is duidelijk energie opgeslagen in het uitgerekte elastiek, maar het komt niet vrij. De activeringsenergie voor het elastiek is bijvoorbeeld een mes dat de rand afsnijdt. Het doorsnijden van het elastiek maakt de energie vrij die erin opgeslagen was.

Warmte is het mes dat de chemische bindingen in de steenkool doorsnijdt en daarmee de opgeslagen energie vrijmaakt. De energie die vrijkomt uit steenkool bestaat uit warmte.

De warmte die wordt vrijgemaakt uit de steenkool wordt overgedragen aan water, waardoor dit gaat koken. De energie van het kokende water veroorzaakt stoom. De energie zit in stoom in de vorm van grote druk. De druk in de stoom wordt gedwongen om de turbine van een dynamo te laten draaien. De turbine brengt de energie over van de stoomdruk naar beweging. De draaiende beweging wordt gebruikt om een dynamo te welke op zijn beurt elektriciteit

een draaiende van de turbine laten draaien, opwekt.

Dit proces van het omzetten van energie is eenvoudig in gebruik en wordt gebruikt om vele verschillende soorten energie op te wekken. De basismethode van het verhitten van water om stoom onder hoge druk te verkrijgen dat op zijn beurt een turbine laat draaien wordt gebruikt bij vele vormen van energieopwekking. De enige factor die verschilt is de warmtebron, welke varieert van olie tot kernsplitsing.

Toekomstperspectief Energie uit steenkool is tamelijk efficiĂŤnt en was economisch, maar het wordt niet langer gebruikt op veel plaatsen vanwege twee redenen: de eerste is de beschikbare voorraad en de Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

16 /48

tweede is vervuiling. Steenkool is een niet-vernieuwbare energiebron en daarom zullen we onvermijdelijk zonder komen te zitten. We moeten nu zuinig doen met ons steenkoolverbruik, zodat we nog wat over hebben voor later. De belangrijkste reden dat steenkoolcentrales niet langer in gebruik zijn is dat ze een zeer grote vervuiling veroorzaakten. Steenkool is een brandstof die brand met een dikke zwarte rook, die vrijkomt in de atmosfeer. De rook veroorzaakt problemen variĂŤrend van emfyseem tot verkleuring van verf en zelfs tot zure regen.

Deze vervuilende effecten van steenkool worden veroorzaakt door onzuiverheden in de steenkool zelf.

Omdat het bijna onmogelijk is om een perfecte verhouding tussen brandstof en zuurstof te krijgen zullen onzuiverheden als zwavel en fosfor onvermijdelijk lijden tot het vrijkomen van zwaveloxide, koolstofmonoxide en andere vervuilende stoffen in de atmosfeer.

Als we kijken naar de toekomst van energie zien we dat energie uit steenkool geen milieuvriendelijke energiebron is om vele redenen. De zwaveldioxide en stikstof kan verbindingen aangaan met water in de atmosfeer en zwavelzuur en nitraatzuur of zure regen vormen. Zure regen kan marmeren standbeelden beschadigen, dieren doden en oppervlaktewater vervuilen. De grote hoeveelheden koolstofdioxide die vrijkomen bij het verbranden van steenkool vergroot de dikte van de atmosfeer, wat leidt tot het broeikaseffect.

Het broeikaseffect kan in een vergevorderd stadium de ijskappen op de polen laten smelten en hierdoor leiden tot hevige overstromingen op aarde.

In de Verenigde Staten is er genoeg steenkool om nog twee- tot driehonderd jaar mee te kunnen, maar daarna zal er geen steenkool meer over zijn. Om de vervuiling van de steenkoolindustrie te verminderen hebben wetenschappers nieuwe filters ontwikkeld die 99 procent van de rookdeeltjes en 95 procent van de koolstofdioxide tegenhouden. Deze nieuwe vooruitgangen kunnen nieuwe hoop betekenen voor de industrie, maar er moeten steeds nieuwe vooruitgangen blijven komen. Ondanks dat energie uit steenkool langzamerhand verbetert ten opzichte van het begin als een gevaarlijke vervuiler zullen andere minder ontwikkelde landen steenkool blijven verbranden zonder filters of voorschriften. Om energie uit steenkool succesvol te laten zijn moeten we in staat zijn om deze nieuwe filters in alle steenkool verbrandende bedrijven in te voeren. Als er ontdekkingen gedaan worden die deze filters efficiĂŤnter en goedkoper maken zal steenkool misschien een betrouwbare energiebron blijven voor nog eens driehonderd jaar, maar alleen als de zoektocht naar verbeteringen door blijft gaan!

Bronnen http://nl.wikipedia.org/wiki/Steenkool http://www.natuurinformatie.nl/asp/page.asp? alias=nnm.dossiers&id=i000203&view=natuurdatabase.nl http://ontwikkel.thinkquest.nl/~ll103/tep/nl/traditional_energy/coal_power.html

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

17 /48

1.5.

Kernenergie

Kernenergie is energie opgewekt door kernreacties, de reacties waarbij atoomkernen zijn betrokken. Kernenergie komt in alle gevallen beschikbaar in de vorm van warmte, die in een kerncentrale op conventionele manier (via stoom, turbines en generators) in elektriciteit kan worden omgezet.

De atoomkernen met een massa overeenkomend met die van ijzer zijn energetisch gezien van alle kernen in het periodiek systeem het stabielst. Bij zwaardere of lichtere kernen is het theoretisch mogelijk energiewinst te halen door het splijten van zware kernen (kernsplijting) of het samenvoegen van lichte (kernfusie). De nieuwe atoomkernen die hierbij ontstaan, zijn wat lichter dan de som van de beginmaterialen. De ontbrekende massa is omgezet in energie volgens de formule van Einstein: E = mc². Omdat de term c² zo groot is, komt er bij kernreacties zeer veel energie vrij, ook als maar een klein gedeelte (een paar procent) van de massa wordt omgezet.

Kernsplitsing In de praktijk wordt vrijwel alleen gebruikgemaakt van de splijting van kernen van plutoniumisotopen. Ook andere kernen, zoals die van uranium en thorium zijn splijtbaar.

Plutonium ontstaat vanzelf uit uranium tijdens de kernreacties in de reactorkern en wordt ook gedeeltelijk gespleten, waarbij natuurlijk ook energie vrijkomt. Gebruikte splijtstof kan voor circa 95% hergebruikt worden, men spreekt van recycling. De overige procenten, en de materialen die als verpakking hebben gediend van de splijtingsmaterialen en die ook in meerdere of mindere mate radioactief zijn geworden, vormen samen het zogenoemde kernafval. De commerciële opwekking van elektriciteit door middel van kernenergie gebeurt in kerncentrales. De warmte van het kernsplijtingsproces wordt gebruikt om water te verhitten tot superkritische temperaturen, de stoom drijft een turbine aan die weer de generator aandrijft waarin elektriciteit wordt opgewekt. In Nederland zijn twee kerncentrales gebouwd, in Dodewaard (gesloten in 1997) en in Borssele, deze is nog in bedrijf en is goed voor ongeveer 4 procent van de Nederlandse vraag naar stroom. Volgens CDA en VVD zou er binnen 10 jaar een tweede reactor bij moeten komen voor nog eens 4% van de stroombehoefte, hiertegen zijn PVDA, Groenlinks en SP, de bouw zou enkele jaren uitgesteld kunnen worden.

Kernsplijting is in de natuurkunde een proces waarbij een zware onstabiele atoomkern zich deelt of splijt in twee of meer lichtere kernen, waarbij aanzienlijke hoeveelheden energie vrijkomen. Als een vrij neutron met een geschikte kinetische energie wordt ingevangen door de kern van een splijtbaar atoom deelt de hierdoor ontstane onstabiele kern zich in twee of meer splijtingsproducten, twee of drie losse neutronen en een enorme hoeveelheid energie. Dit noemt men gestimuleerde splijting.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

18 /48

Een bekend splijtbaar isotoop is Uranium-235, waarmee vele splijtingsreacties mogelijk zijn.

Enkele voorbeelden zijn: 235U + 1 neutron 2 neutronen + 92Kr + 142Ba + energie 235U + 1 neutron 2 neutronen + 94Sr + 140Xe + energie 235U + 1 neutron 3 neutronen + 90Kr + 143Ba + energie Het verschil tussen een kerncentrale en een kernwapen is dat in een centrale de vrijkomende neutronen worden opgevangen door zogeheten regelstaven. Zodoende blijft er 1 neutron over die op zijn beurt een nieuwe splitsing veroorzaakt. Hierdoor blijft de kettingreactie gereguleerd.

Kernfusie.

Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar kernfusie, vooral omdat de hierbij gebruikte grondstoffen (waterstof, of deuterium) in nagenoeg onbeperkte hoeveelheden uit zeewater kunnen worden gewonnen. Het blijkt echter niet makkelijk om omstandigheden te scheppen waaronder waterstofkernen zo dicht bij elkaar worden gebracht en gehouden dat er een waarneembare hoeveelheid fusie-energie ontstaat. Er wordt onder andere gewerkt aan tokamak-reactors en laser-implosie reactors.

Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energieproductie op gaat treden, en de materialen waaruit de reactor moet bestaan. Deze moeten extreem sterk zijn en bestand zijn tegen hoge temperaturen. Bovendien worden ze na gebruik zelf radioactief wat weer een afvalprobleem schept. Echter zal dit afval redelijk snel zijn radioactiviteit verliezen zodat opslag maar voor beperkte periodes nodig is. Tevens wordt er gewerkt aan materialen die niet of minder radioactief worden door bestraling.

Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een ander element wordt gevormd. Wanneer atomen van lichte elementen zoals waterstof samensmelten, wordt hierbij ongeveer 0,67% van de massa omgezet in energie.

Bij de kernfusie die voor gebruik in fusiereactoren gebruikt moet gaan worden wordt een deuteriumkern (waterstof met 1 neutron) en een tritiumkern (waterstof met 2 neutronen) omgezet in een heliumkern, energie en een neutron.

De formule: D + T => 4He + n + 17.6 MeV Hierbij staat het bedrag 17.6 voor de vrijkomende energie, in mega-elektronvolt. Om kernen te laten samensmelten is er een grote kinetische energie nodig om de kernen bij elkaar te brengen, die al van hun elektronenschillen ontdaan moeten zijn. Een gas dat bestaat uit positief geladen atoomkernen en negatieve vrije elektronen is een plasma, dat wel de vierde aggregatietoestand genoemd wordt.

Pas wanneer de kernen dicht genoeg bij elkaar komen krijgt de aantrekkende sterke kernkracht er vat op en kan de afstotende kracht tussen positieve kernladingen teniet gedaan worden en vindt er fusie plaats. Atoomkernen hebben in principe voldoende snelheid bij ca. 15 miljoen graden Celsius. Voor een acceptabele fusieopbrengst moet de temperatuur echter nog ongeveer tien keer hoger liggen, ca 150 miljoen graden Celsius.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

19 /48

Om de atomen onder aardse omstandigheden zo heet te krijgen dat ze een plasma worden, wordt er vaak een elektrische stroom door het gas gestuurd of worden de atoomkernen bestraald met microgolfstraling. Geen enkel materiaal kan de voor fusie benodigde temperaturen weerstaan. In de fusiereactor moet het plasma dus altijd op veilige afstand worden gehouden van de wand. Om hiervoor te zorgen wordt het plasma vastgehouden in een magnetisch veld: atoomkernen zijn positief geladen en de Lorentzkracht op de kernen zorgt ervoor dat het plasma in het magnetisch veld een min of meer cirkel- of spiraalvormige baan rond de veldlijnen gaat beschrijven. Het magneetveld is zo gevormd dat kernen die uit de cirkel willen ontsnappen daarin door de Lorentzkracht worden teruggeduwd.

Bij een tweede methode om tot beheerste kernfusie te komen worden kleine holle bolletjes, gevuld met een deuterium-tritium mengsel, van meerdere kanten beschoten met hoogvermogen energiebundels (lasers). De buitenzijde van het bolletje ontploft, waardoor de inhoud wordt gecomprimeerd, zodat kernfusie kan optreden. Tientallen bolletjes zouden op deze manier per seconde tot kernfusie moeten worden gebracht om tot een substantiële energieopbrengst te komen.

Met name in de VS wordt met deze methode geëxperimenteerd.

Rekenprogrammatuur die voor de compressie van de bolletjes wordt gebruikt komt overeen met die welke bij de ontwikkeling van waterstofbommen wordt toegepast. De laserapparatuur die bij dit type onderzoek wordt gebruikt is omvangrijk. Deze route naar beheerste kernfusie voor grootschalige elektriciteitsopwekking heeft mondiaal gezien niet de grootste prioriteit.

Een voorbeeld van een splijtingsreactie

Het doel van het internationale fusieonderzoek is het realiseren van een prototype fusieenergiecentrale die voldoet aan de eisen die de maatschappij daaraan stelt: veilig, betrouwbaar, ruim voorradige brandstof, minimale milieubelasting en economisch rendabel. In het laatste decennium is er belangrijke wetenschappelijke en technische vooruitgang geboekt in het fusieonderzoek. Het grote probleem is altijd geweest hoe de reactie 'op te sluiten'. Bij de meeste experimentele installaties wordt daarbij het hiervoor genoemde principe van magnetische opsluiting gebruikt. De implementatie hiervan is technisch een grote uitdaging.

Toekomstvisie In 1979 werd in Groot-Brittannië begonnen met de bouw van de Joint European Torus (JET) en in 1983 werd deze in bedrijf genomen. De JET was de eerste tokamak ter wereld waarin met de echte fusiebrandstof, deuterium en tritium, gewerkt werd. In deze centrale is het gelukt om 16 megawatt aan vermogen op te wekken, maar om zover te komen was 25 megawatt nodig.

Hoewel er dus geen netto energieproductie was, is de JET wel nog steeds wereldrecordhouder opwekking fusie-energie. Sinds 2006 werkt de fusie-gemeenschap aan een groot internationaal fusie-experiment, de ITER. ITER staat voor International Thermonuclear Experimental Reactor, en is een project tussen Europa, Rusland, de VS, Japan, China, India en Zuid-Korea. ITER, die naar verwachting rond 2016 in bedrijf komt, moet aantonen dat fusie op aarde mogelijk is. ITER zal 500 megawatt produceren, tien maal meer dan nodig is om de reactie op gang te brengen. De reactor zal in Cadarache in Zuid-Frankrijk gebouwd worden. Een aantal wetenschappers doet onderzoek naar koude kernfusie, kernfusie bij kamertemperatuur. Tot nu toe blijken hun pogingen steeds niet reproduceerbaar, en deze lijn van onderzoek wordt weinig serieus genomen. Er zijn claims van Pons en Fleischmann geweest, en claims van kernreacties bij sonoluminescentieproeven in gedeutereerd aceton, waarbij minieme belletjes in een vloeistof krachtig collaberen.

Een voorbeeld van een fusie Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

20 /48

Beide zijn vooralsnog onbewezen. In Nederland werkt het FOM-instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, te Nieuwegein, aan kernfusie en in België wordt fusieonderzoek gedaan bij het Laboratorium voor Plasmafysica van de Koninklijke Militaire School te Brussel.

De race naar de maan is begonnen. Omdat er op de maan enorme hoeveelheden Helium 3 te vinden zijn, het perfecte middel voor kernfusie.De Europese ruimtevaartorganisatie, maakt plannen om weer terug te gaan naar de maan. Eerst onbemand met sondes, maar later bemand. Zelfs permanente maanbases in 2025 zijn niet uitgesloten.

Een doel zou kunnen zijn om op de maan helium-3 te winnen, voor kernfusie. Helium-3 is een isotoop van helium, een variant van het element die op aarde nauwelijks voorkomt, maar wel in de maanbodem zit. Het voordeel van helium-3 is dat het zich leent voor schone kernfusie.

Veel mensen zien kernfusie, het samensmelten van atoomkernen bij extreem grote en hitte, als de vrijwel onbeperkte energiebron van de toekomst. Het voordeel van de samensmelting van helium-3 met deuterium (ook een isotoop, van het element waterstof) is dat er weinig neutronen bij vrij komen.

Bij de fusiereactie waarmee nu vooral wordt geëxperimenteerd, deuterium plus deuterium, komen wel veel neutronen vrij, die de schil van de reactor langzaam radioactief maken. Na een aantal jaren moet die dan als radioactief afval worden behandeld.

Helium-3 met deuterium heeft dat nadeel niet, en bovendien komt de fusie-energie vrij als elektrisch geladen alfa-deeltjes en protonen, zodat je de energie rechtstreeks via een elektrisch circuit kunt aftappen.

De energie van de deuterium-deuterium-reactie zit juist in de elektrisch neutrale neutronen, waarvan je de hitte met verlies en extra apparatuur om moet zetten in elektriciteit.

Een groot nadeel van helium-3 is wel dat het op aarde extreem weinig voorkomt. Op aarde is er ongeveer honderdvijftig kilo, vooral afkomstig van de nucleaire - en atoomwapenindustrie.

Dus moeten we naar de maan, waar ongeveer een miljoen ton helium-3 in de bovenste bodemlaag zou moeten zitten.

De helium-3 atomen komen in een continue stroom van de zon aangeblazen, en hopen zich al miljarden jaren op in de maanbodem. De aarde wordt beschermd tegen deze ‘zonnewind‘ door haar magnetisch veld.

Als je dat gesteente afgraaft, en verhit, zijn gassen als helium eruit te winnen. Een klein gedeelte daarvan is helium-3, maar hopelijk is dat genoeg om het hele proces aantrekkelijk te maken. Dan moeten natuurlijk eerst een aantal aspecten onderzocht worden: • Hoeveel helium-3 is er eigenlijk?

• Waar zit het?

• Is het economisch te winnen?

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

21 /48

Duurzaamheid Kernsplijting wordt niet als duurzaam beschouwd omdat het de grondstof uranium gebruikt, waarvan de voorraad op aarde groot maar niet onbeperkt is. Naast uranium zouden echter zowel thorium als plutonium kunnen worden gebruikt; thorium komt, meer nog dan uranium, in de aardkorst voor en plutonium kan worden gemaakt uit niet voor huidige kerncentrales geschikte isotopen van uranium waardoor de hoeveelheid winbare energie uit splijtbare isotopen op aarde nog met ongeveer een factor honderd zou toenemen.

De afvalstoffen van kernsplijting en de mogelijkheid van proliferatie van atoomwapens vormen vooralsnog belangrijke problemen bij de benutting van deze vorm van energie op een schone en veilige (dus duurzame) manier. De publieke opinie staat m.n. sinds de kernramp van Tsjernobyl in 1986 wereldwijd sceptisch tegenover kernenergie. Het is mogelijk dat dat zal veranderen als de prijs van energie uit fossiele brandstoffen weer meer gaat oplopen door toenemende schaarste.

De grondstof voor kernfusie (deuterium, tritium) is onuitputtelijk, maar het lijkt er tot nu toe op dat er bij praktische toepassing hiervan toch wel veel radioactieve vervuiling vrij kan komen door de bestraling waaraan het materiaal van de installatie blootgesteld wordt. Deze radioactiviteit heeft echter een korte halveringstijd en zal daardoor geen structureel probleem vormen. Kernfusie als werkende energiecentrale is bovendien op dit moment zowel technisch als economisch nog niet mogelijk hoewel de principiële mogelijkheid wel is aangetoond.

Volgens de gangbare ontwikkelingsscenario's zal het tot omstreeks 2050 duren alvorens kernfusie technisch en economisch haalbaar is.

Fusie met helium-3 is echter niet duurzaam, omdat deze van de maan gemijnd moet worden.

De hoeveelheid helium-3 op de maanoppervlakte wordt groot geschat, maar dan zal daar heel wat geld in gestoken moeten worden voordat dit proces in reactors op aarde plaats kan vinden.

Bronnen • http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernenergie • http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernsplijting • http://nl.wikipedia.org/wiki/Kernfusie • http://www.vrijspreker.nl/vs/item/2007/11/maanenergie/catid/13 • http://www.leidenuniv.nl/mare/2003/02/0703.html • http://nl.wikipedia.org/wiki/Duurzame_energie

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

22 /48

1.6.

Vuilverbranding

Uit afval kan energie gewonnen worden, bij afvalverwerking denk je vaak als eerst aan de vuilverbranding van huishoudelijk afval. De energie die hierbij ontstaat kan gebruikt worden op tal van manieren. Maar afvalverwerking is meer dan alleen huishoudelijk afval, zo kan je denken aan chemisch afval van fabrieken dat weer in andere fabrieken gebruikt kan worden om energie op te wekken, afval uit de bio-industrie (biomassa) wordt ook op grote schaal gebruikt om energie op te wekken. Met de nieuwste technieken is het zelfs mogelijk om energie uit afval te halen zonder het te verbranden.

Afvalverbranding Veel van ons afval wordt nog steeds verbrandt, dit brengt grote schade aan het milieu met zicht mee. Door echter de warmte die bij de verbranding tot stand komt om te zetten in bruikbare energie is de schade te beperken.

Werking Bij de meest gebruikelijke manier van vuilverbranding wordt vanuit de vrijgekomen warmte stoom gecreëerd die op zijn beurt weer stoomturbines aandrijft om elektriciteit te maken. Ook kan deze warmte via een warmtewisselaar overgedragen worden aan water dat vervolgens vervoerd kan worden om huizen te verwarmen. Ook wordt wel beide tegelijk gedaan met behulp van een warmte/kracht installatie. Traditioneel werkt dit systeem met een stoomturbine en een warmtewisselaar. Dit laatste systeem is veel efficiënter omdat er bij het gebruik van een turbine alleen veel energie verloren gaat door de condensatie van de afgewerkte stoom.

Bij een warmte/kracht installatie wordt ofwel de einddruk van de stoomturbine verhoogd of wordt er stoom uit de turbine afgetapt om naar de warmtewisselaar te sturen. Dit is trouwens maar één toepassing van een warmte/kracht installatie.

Duurzaamheid Groot voordeel van het winnen van energie met deze methode is natuurlijk dat het afval niet helemaal verloren gaat en dat het een heel betrouwbare energiebron is, er zal altijd genoeg vuil zijn om te verbranden. Dit is heel belangrijk in een geïndustrialiseerd land als Nederland waar het heel veel geld kan kosten als de energieproductie wegvalt.

Groot nadeel is natuurlijk wel dat er behoorlijk wat schadelijke stoffen vrijkomen zoals waterstofchloride, waterstoffluoride, zwaveligzuur, stikstofoxides, stof en zware metalen zoals lood en kwik en organische stoffen zoals dioxines. Wel kunnen veel stoffen in de rookgassen gefilterd worden en schadelijke vaste stoffen worden gebruikt in de bouw, maar het blijft toch een belasting op het milieu.

Toekomst De noodzaak voor het verbranden van vuil zal er altijd zijn dus ook de vuilverbrandingsinstallaties. Ontwikkelingen in deze installaties en vooral in wat ze verbranden zullen zorgen voor steeds efficiëntere installaties met minder uitstoot van schadelijke stoffen.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

23 /48

Plasmaconverter Werking Een manier om bruikbare energie uit vuil te halen is de plasmaconverter. Hierbij wordt het afval niet verbrand maar met behulp van plasmastralen afgebroken. Plasma stralen bestaan uit een geïoniseerd gas, dit betekent dat vrije elektronen rondvliegen met een bepaalde lading en zorgen voor een magnetisch veld. Deze stralen kunnen een temperatuur van boven de 6000 °C bereiken. De molecuulverbindingen in het afval worden vernietigd door de extreem grote energie van de plasmastralen. Wat er overblijft zijn atomen. Als bij organische deeltjes de verbindingen worden verbroken, vervluchtigen de atomen en gaan de moleculen over in de gasfase. Deze synthetische gassen kunnen als aandrijfgas worden gebruikt voor bijvoorbeeld turbines. De anorganische deeltjes zullen niet overgaan in gasfase en vormen een vaste massa. Op deze manier kan de converter bijna alles verwerken, zelfs afvalwater van grote fabrieken.

Duurzaamheid Groot voordeel bij deze methode is dat het afval niet verbrand wordt en er dus weinig schadelijke gassen vrijkomen, na filtering komt er zelfs totaal geen schadelijk gas in de atmosfeer. De overgebleven massa kan gebruikt worden voor cement, asfalt of steenwol.

Om de zeer hoge kosten van een plasmaconverter te drukken moet er gewerkt worden aan standaardisering van de componenten. Ook moet een installatie meer dan 1000 ton afval per dag kunnen verwerken om genoeg elektriciteit te generen om voldoende winst te maken.

Toekomst Er zijn momenteel 2 bestaande commerciële plasmaconverter-installaties in de wereld, beide in Japan. Deze verwerken respectievelijk 28 en 300 ton afval per dag en de laatste genereert tot 7,9 MWh aan electriciteit per dag waarvan het zelf 4,3 gebruikt. In de VS is begonnen met de bouw van 2 plasma ovens die samen 1000 ton afval per dag verwerken.

Voordat deze techniek grootschalig gebruikt kan gaan worden moet de techniek nog verder ontwikkeld worden, bijvoorbeeld op het gebied van standaardisatie. Een mogelijkheid waar nu onderzoek naar gedaan wordt is het niet het bouwen van een hele installatie maar een In-situ faciliteit waarbij de plasmastralen in een gat in de vuilnisbelt worden gehangen en waarbij de vuilnisbelt zelf als oven fungeert.

Bronnen • De Slurf Jaargang 11, mei 2007 Artikel: van Afval naar stroom • Toegepaste energietechniek J. Ouwehand Academic service, 2e druk, Augustus 2003 http://nl.wikipedia.org/wiki/Afvalverbrandingsinstallatie http://www.verenigingafvalbedrijven.nl/php/uploaddir/docs/energieuitafval_1093877066.pdf

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

24 /48

1.7.

Waterenergie

Water is in overvloed aanwezig in Nederland. Er zijn verschillende technieken om hieruit energie op te wekken. Over het algemeen wordt de energie opgewekt in de vorm van elektriciteit.

Osmose Osmose energie wordt ook wel ‘blauwe energie’ genoemd en maakt gebruik van het verschil in zout concentratie tussen zoet binnenwater en zout zeewater.

Men brengt zoet en zout water samen in een cel waarbij de twee soorten water gescheiden zijn van elkaar door een membraan van ‘systeembenadering van reverse ionomeer (een ionen doorlatend polymeer), dat alleen positieve of electrodyalisis’ alleen negatieve ionen doorlaat. In het membraan ontstaat hierdoor een spanningsverschil. Dit proces heet omgekeerde elektrodialyse ofwel RED (reverse electrodyalisis). Door meerdere cellen achter elkaar te schakelen wordt een werkbare spanning verkregen die geleverd kan worden aan het elektriciteitsnet.

Artist impression van mogelijke osmoseinstallatie in de afsluitdijk

Ook kan men gebruik maken van het PRO (pressure retarded osmosis). Hier krijgt het membraan geen spanningsverschil.

Het laat alleen zoetwater door. Doordat het osmotische effect ernaar streeft om aan beide kanten van het membraan een evengrote zoutconcentratie in het water te hebben zal er zoet water naar het zoute water stromen. Er ontstaat zo een hoogteverschil tussen beide kanten van het membraan waarmee energie opgewekt kan worden (denk aan aandrijving van bijvoorbeeld een turbine).

Onderzoekers verwachten echter dat de opwekking met RED het meest efficiënt is.

Bronnen • http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/18247384/ • http://www.energieplatform.nl/energieopties/overig/blauwe-energie/ Valmeercentrale Een valmeercentrale is te zien als een omgekeerd stuwmeer. In een valmeercentrale creëert men in een bestaand water een omdijkt gebeid welke men leeg kan pompen, waardoor er een substantieel niveauverschil ontstaat tussen binnen en buitendijks. Door water het meer in te laten stromen kunnen vervolgens turbines aangedreven worden die met behulp van een generator stroom opwekken.Als het meer vol is, dient het weer leeg gepompt te worden om het val-effect te verkrijgen. Dit kan ’s nachts gebeuren met rest energie, bijvoorbeeld van windmolens.

Het voordeel van het valmeer is dat het als energieopslag kan worden gebruikt. Door middel van het hoogtverschil in het bekken te handhaven is er een opslag gecreëerd.

Bronnen •http://www.ikmaakmezorgen.nl/paginas/ Krantenartikelen/Omgekeerd_stuwmeer.html •http://www.we-at-sea.org/index.php? keuze=n&nummer=35 Artist impression valmeercentrale in de Noordzee Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

25 /48

Getijdenenergie Getijde turbines kunnen onderzeese stroming omzetten in elektriciteit. In feite zijn het een soort windturbines maar dan onder water. Idealiter wordt er een stroming gebruikt met een snelheid tussen de 2 m/s en 3 m/s. Bij een snellere stroming krijgen de bladen teveel spanning te verduren, vergelijkbaar met harde wind bij een windmolen boven water. Bij een langzamere stroming is economisch niet rendabel om de turbine te laten draaien. Opgewekte elektriciteit kan liggen tussen de 4 en 13 kW/m2.

Getijden kunnen ook gecreĂŤerd worden. Dit kan door een dam te bouwen in een waterweg.

Aan een kant van de dam stijgt dan het waterniveau terwijl deze aan de andere kant op oorspronkelijk niveau blijft. In de dam installeert met een of meerdere turbines waardoor het water geloosd wordt op het lagere niveau. Wanneer er een energieoverschot is in het de energievoorziening kan de turbine als pomp Turbine in dam ingezet worden zodat het basin juist weer volgepompt wordt.

Naast het opbouwen van een waterniveau kan men ook continue elektriciteit opwekken doormiddel van een niet afsluitbaarhekwerk tussen twee oever, wat volgehangen wordt met turbines.

In onderstaand voorbeeld wordt de golfslagenergie omgezet in een luchtverplaatsing. De golf wordt een gebouw binnengeleid, waarbij de in het gebouw aanwezige lucht naar buiten gedrukt wordt door de schoorsteen. De luchtstroom drijft een turbine aan.

Een ander systeem neemt de golfbeweging directer over, de zogenaamde wave-rollers. Dit zijn platen op de bodem van de zee, die in beweging worden gebracht door de golfslagstromingen. De beweging wordt overgedragen op een zuiger die is aangesloten op een hydraulisch systeem.

Hierop is vervolgens weer een turbine aangesloten die een generator aandrijft.

Groot voordeel van dit systeem is het modulaire karakter.

Wanneer er extra elektriciteit gewenst is kan men gemakkelijk een module bijplaatsen. De centrale hoeft hiervoor niet uit bedrijf gehaald te worden. Ook onderhoud wordt zo erg gemakkelijk.

Golfslag-energie

Bronnen http://www.rise.org.au/info/Tech/tidal/index.html

Golfslagenergie Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

26 /48

Toekomstvisie Van de genoemde technieken is vooral osmotische energieopwekking een interessante vorm.

In Nederland zeer toepasbaar vanwege dat het land in een delta is geleden en tevens een goed georganiseerde waterhuishouding heeft. De techniek voor osmotische energieopwekking verkeert nog in testfase. Sinds 2005 draait in Harlingen een testinstallatie met een vermogen van 50 kW waar KEMA en Volkerwessels onderzoek doen naar het verbeteren van de membraanprestaties.

Een valmeercentrale is al wel te realiseren. Dit is echter meer een politieke dan een technologische kwestie. Het kost gewoon veel geld om dit aan te leggen. De ontwikkeling hiervan is afhankelijk van de stijging van de olieprijs, die een stimulans kan zijn voor het sneller ontwikkelen van alternatieve energieopwekkingtechnieken.

Getijdenturbines zullen we binnen nu en enkele decennia zeker toegepast zien. Vandaag de dag wordt er nog onderzoek gedaan en getest op enkele prototypes in het buitenland. De techniek is echter haalbaar maar dient alleen nog uitontwikkeld te worden voordat het op grote schaal toegepast kan worden.

De methode om golfslagenergie om te zetten in elektriciteit worden nu nog op kleine schaal toegepast. Het systeem met de wave-rollers ziet er het meest veelbelovend uit en biedt meerder voordelen. Het modulaire karakter is daar ĂŠĂŠn van, maar ook het feit dat de waterweg waarin de installatie staat bevaarbaar blijft en geen horizonvervuiling heeft is een groot duurzaamheidvoordeel.

Voor al deze methoden van energiewinning geldt dat ze over het algemeen plaatsvinden in ecologisch kwetsbaar gebied. Het verstoren van vogelpopulaties, visstanden, schelpenbanken etc. dient bij het ontwikkelen van energiewinninginstallaties in water voorkomen te worden mits men er het predikaat duurzaam aan wil verbinden.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

27 /48

1.8.

Waterstof

De brandstofcel is een elektrochemische toestel die chemische energie van een doorgaande reactie direct omzet in elektrische energie, waarbij anders dan bij een batterij of accu voortdurend nieuwe reagentia van buiten kunnen worden aangevoerd. Er zijn verschillende soorten brandstofcellen maar in dit stuk wordt alleen de brandstofcel welke op waterstof behandelt omdat de andere brandstofcellen, bijvoorbeeld die op methanol, een lager energiebereik hebben.

Principe uitleg

Fig. 1 In de brandstofcel (fig. 1) treden chemische reacties op. Door deze chemische reacties komen er elektronen vrij, dus energie. Aan de kant van de anode wordt onder druk waterstof (2H2 ) door de uitsparingen geleid en komt daar in contact met de katalysator (platinum). Deze splitst de waterstofatomen op in twee elektronen (e-) en twee waterstof ionen (2H+). De elektronen verlaten via een extern circuit de cel, hier kan de elektriciteit afgetapt worden, waarna ze bij de kathode kant van de cel aankomen. Daar wordt onder druk zuurstof (O2) door de uitsparingen geleid waar het uiteenvalt tot twee losse atomen. Deze atomen trekken de waterstofionen (2H+) aan de andere kant van de cel aan. Deze waterstofionen gaan door het PEM en samen met de zuurstof en twee van de elektronen vormen ze water (H2O). Een enkele brandstofcel heeft een uitgangsspanning van ongeveer 0,7 Volt. Om een hogere spanning te krijgen worden meerdere brandstofcellen in serie geplaatst. Dit wordt dan een "stack" genoemd.

Duurzaamheid, hoe draagt deze techniek bij aan een wereld die efficiĂŤnter, zuiniger en op lange termijn meer continu omgaat met de aarde.

Een brandstofcel kan worden beschouwd als het omgekeerde van elektrolyse. Elektrolyse is het proces waarbij water met elektriciteit als drijvende kracht wordt ontleed in waterstof en zuurstof. In een brandstofcel wordt juist met waterstof en zuurstof (uit de lucht) elektriciteit opgewekt. Omdat waterstof bij verbinding met zuurstof alleen waterdamp oplevert, kan een brandstofcelsysteem op zichzelf als een schone vorm van energieopwekking worden gezien.

Andere voordelen van een brandstofcel zijn: een hoog elektrisch rendement, modulaire opbouw, geluidsarm en weinig onderhoud (weinig bewegende delen) en geen C, CO, CO2 en NOx-uitstoot (geen verbranding). In bepaalde typen brandstofcellen kan bovendien methanol direct worden ingezet in plaats van waterstof.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

28 /48

De duurzaamheid van de brandstofcel hangt af van de toepassing. Wanneer de brandstofcel in een mobiele energiegebruiker wordt geplaatst zoals een auto en de waterstof opgewekt is op een milieuvriendelijke manier is het duurzaam. Dit omdat er vervolgens geen co² uitstoot meer zal zijn. Wanneer men de brandstofcel echter zou willen inzetten als grootschalige energie opwekker, voor bijvoorbeeld een woonwijk, zou dat te omslachtig zijn om de waterstof eerst doormiddel van bijvoorbeeld zonnepanelen en elektrolyse is geproduceerd. Dan kan beter direct de elektrische energie van de zonnepanelen gebruikt worden.

Er zijn echter wel berichten over mogelijke waterstof productie door thermofiele bacteriën uit biomassa. De grondstoffen die toegepast worden betreffen het energiegewas Miscanthus en een organisch bijproduct van de aardappelindustrie, aardappel stoomschillen. Dit zou de kansen misschien kunnen keren voor de brandstofcel als grootschalige energieleverancier.

Toekomstvisie Op dit moment is het grootste nadeel van de toepassing van waterstof gelegen in de kosten.

Toen NASA voor het eerst een brandstofcel toepaste, kostte een kilowattuur (kWh) ruim 58 Euro. In 2000 waren de kosten al teruggelopen tot zo'n 0,10 Euro per kWh. Anno 2006 zijn de kosten vooral afhankelijk van de afstand waarover waterstof moet worden aangevoerd. In de regio's Rotterdam en Delfzijl ontstaat waterstof als bijproduct in de procesindustrie. Mede gefinancierd door SenterNovem (uitvoeringsorganisatie van het ministerie van Economische Zaken op het gebied van duurzaamheid en innovatie) heeft de Nederlandse brandstofcelproducent Nedstack samen met AKZO Nobel Chemicals in 2006/2007 in Delfzijl een proefelektriciteitscentrale gebouwd van in eerste instantie 100 kW met als uiteindelijk doel een PEM-powerplant van 5 MW, waar de brandstofcellen in een duurproef worden getest. Het waterstof dat als brandstof dient komt vrij als bijproduct van de elektrolytische bereiding van chloor, de brandstofcellen winnen een deel van de hiervoor gebruikte elektriciteit terug.

Afhankelijk van de brandstof hebben veel brandstofcellen schone afvalproducten, bijvoorbeeld puur water, die het milieu niet belasten. Dit voordeel wordt veelal echter tenietgedaan als de gebruikte brandstoffen uit of met gebruik van bestaande niet-schone energiedragers (aardgas, kolen) moeten worden gewonnen waarbij wel milieubelasting optreedt. Het zou daarom wenselijk zijn om de brandstof uit een schone bron te betrekken, bijvoorbeeld door met zonneenergie of waterkracht water te splitsen in waterstof en zuurstof.

Bronnen • http://auto.howstuffworks.com/fuel-cell.htm • http://brandstofcel.startkabel.nl/k/brandstofcel/index.php?nr=1 • http://nl.wikipedia.org/wiki/Brandstofcel • http://www.Formulazero.nl • http://www.goodideacreative.com/fuel_cell.html • http://www.minihydrogen.com • http://www.watertof.nl • http://auto.howstuffworks.com/fuel-cell.htm • http://nl.wikipedia.org/wiki/Brandstofcel

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

29 /48

1.9.

Windenergie

Wind is niets meer dan bewegende lucht, omdat lucht bijna niets weegt is wind in feite energiearm. Maar omdat er in Nederland weinig mogelijkheden zijn tot de opwekking van duurzame energie met behulp van water en zonnekracht levert windenergie toch het grootste deel van de in Nederland opgewekte groene stroom. Een andere mogelijkheid om duurzame energie op te wekken die toegepast wordt in Nederland is energie uit biomassa. De windmolens in Nederland leveren 1 tot 2% van het totale elektriciteitsverbruik.

Werking Het opwekken van elektriciteit uit wind gebeurt door met behulp van propellers de luchtstroom om te zetten in een draaiende beweging. Deze draaiende beweging wordt vervolgens met een generator die aan de propellers is gekoppeld omgezet in elektrische stroom. Behalve de conventionele windmolen waarbij de as horizontaal ligt, zijn er ook windmolens waarbij de as verticaal staat, gebaseerd op het zogenaamde darrius principe (zie afbeelding).

Omdat wind vrij energiearm is zijn er relatief grote machines nodig om bruikbare energie uit de wind op te wekken. De grootste windmolens zijn hoger dan 80 meter en de wieken hebben een draaicirkel van wel 80 meter. De nieuwste grote molens kunnen bij volle belasting tot 5MW energie leveren.

De hedendaagse windmolens zijn technisch bijna perfect. De vorm van de bladen zijn tot in de puntjes goed ontworpen en hebben de mogelijkheid de stand van de bladen te veranderen al naar gelang de wind harder of zachter waait het, zogenaamde trimmen, waardoor de windkracht maximaal wordt overgebracht op de bladen. Ook de generator in de molen is technisch bijna perfect door het gebruik van vermogenselektronica. De molens halen bijna het maximaal haalbare rendement bij de omzetting van windkracht naar elektrische stroom.

Duurzaamheid Het spreekt voor zich dat energie uit wind goed is voor het milieu, de wind kost niets en er wordt energie uit opgewekt op een milieuvriendelijke manier. De belasting voor het milieu komt tot stand bij het maken en plaatsen van de molens, behalve dit is er ook nog de plaats in het landschap die deze molens innemen wat de laatste tijd in toenemende mate tot discussie leidt. Steeds meer mensen vinden de molens hinderlijk door de afbreuk aan het mooie landschap en het geluid dat ze produceren.

De energie die de molens leveren kan in prijs nog niet helemaal concurreren met gewone “grijze energie�, windenergie is ongeveer drie keer zo duur als gewone energie. Om het voor de consument toch aantrekkelijk te maken windenergie te kopen zijn er grote subsidies voor windenergie die de overheid veel geld kosten. Naarmate er meer windmolens komen is het wel zo dat de windenergie een steeds betere concurrentiepositie kan innemen ten opzichte van gewone energie waarna de subsidies omlaag kunnen.

Toekomstvisie Er zijn plannen om een groot windmolenpark in de Noordzee op te zetten die maximaal 6000MW kan leveren (in Nederland is de piekbelasting ongeveer 16000MW). Het gebruik van zo een groot percentage aan windenergie neemt een groot probleem met zich mee. Elektrische energie kan namelijk niet of nauwelijks worden opgeslagen, dat wil zeggen dat het aanbod en de vraag constant in balans gehouden moet worden. Dit gegeven levert grote problemen op bij de toepassing van windenergie op zeer grote schaal, de hoeveelheid geproduceerde energie is namelijk afhankelijk van de wind en als het echt stormt, schakelt de windmolen zichzelf zelfs uit. In het geval van te weinig wind of storm zullen de conventionele elektriciteitscentrales dus bij moeten springen. Als bij storm alle productie uit windenergie plotseling wegvalt, zullen de centrales niet zo snel opgestart kunnen worden om dit gemis op te vangen. Aangezien de Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

30 /48

windmolens gemiddeld 1 maand per jaar op volle capaciteit draaien en 2 maanden per jaar stil staan zal het betekenen dat geen van de conventionele electriciteitscentrales gesloten kan worden.

Behalve dit probleem is het probleem van horizonvervuiling door de grote molens ook steeds vaker een discussiepunt. Daarom worden er steeds vaker kleine molens gebruikt die op daken van gebouwen kunnen staan en zo geen afbreuk doen aan de omgeving.

Om windenergie echt rendabel te maken moeten er meer molens komen dan er nu zijn, uit bovenstaande is echter op te maken dat er grenzen zijn aan het percentage dat de molens kunnen bijdrage aan de totale energie. Waarschijnlijk zal het aantal windmolens in Nederland nog wel groeien totdat het rendabel is en het maximum is bereikt. Zeer waarschijnlijk zullen er wel steeds meer particulieren of bedrijven zijn die kleine molens aanschaffen voor hun eigen energievoorziening.

Bronnen • Ducementaire Zembla: Handel in wind 04-11-2004 • http://www.kennemerwind.nl/Turb-Kennemerwind.htm • http://www.nkpw.nl/index.php?option=com_content&task=view&id=117&Itemid=58 • http://www.meppel.nl/upload/ris_agenda/20061012/Cie%20pt10%20adviesnota %20windenergie.pdf • http://nl.wikipedia.org/wiki/Afbeelding:Darrieus.jpg

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

31 /48

1.10. Zonne-energie Een belangrijke bron van energie op aarde is de zon. In dit voor onderzoek wordt bekeken welke toepassingen er zijn en wordt er een korte verwachting gegeven over de toekomst van deze toepassingen.

Zonne-energie De energie die de zon uitstraalt ontstaat door kernfusie. Deze energie bereikt de aarde in de vorm van licht en warmtestraling. De atmosfeer en de magnetosfeer beschermen de aarde tegen het grootste deel van de schadelijke straling die de zon naast licht en warmte eveneens uitstraalt. De hoeveelheid energie die de aarde bereikt, is ca. 9000 maal groter dan de energiebehoefte van alle 6,5 miljard aardbewoners samen.

Het grote probleem bij het praktische gebruik van deze energie is dat de energiedichtheid, de hoeveelheid die per vierkante meter per tijdseenheid op het oppervlak valt niet erg groot is. Daarom moet de energie over een vrij groot oppervlak 'geoogst' worden om economisch rendabel te worden. Voor landen waar de zon bijna de hele dag schijnt bestaan goede technologieën om zonne-energie te oogsten. In een land als Nederland zijn hierdoor minder mogelijkheden voor het gebruik van zonne-energie.

Fossiele brandstoffen zijn eigenlijk ook afgeleide vormen van zonne-energie. Ze werden gevormd uit de restanten van levende wezens in het verleden; allemaal ondersteund door fotosynthese. Ook waterkracht en wind zijn vormen van zonne-energie.

Toepassingen Met zonne-energie wordt tegenwoordig meestal bedoeld: de energie die mensen zelf met hun technologie opwekken direct vanuit van zonnestraling. Dit gebeurt op dit moment in Nederland en België vooral op twee manieren: -

Thermische zonne-energie waarbij zonne energie om gezet wordt in warmte Elektrische zonne-energie waarbij de zonne-energie omgezet wordt in elektriciteit

Zowel bij bedrijven als woningen zijn deze systemen in Nederland en omgeving in steeds meerdere mate aanwezig. Een nadeel van deze energie opwekking is dat de aanschaf hiervan erg duur is. Als het verschil tussen stroom “kopen“ en zelf opwekken niet erg groot is, kan het dus lang duren voordat de installatie terug verdient is. Om de terug verdientijd korter te maken zijn er verschillende subsidies te krijgen.

Toekomstvisie Aangezien de zon altijd zal blijven branden kunnen we er van uitgaan dat deze vorm van energie opwekken langer blijft bestaan. Steeds meer mensen en bedrijven maken nu de overstap naar deze vorm van energie gebruik. De vraag naar silicium, voor het maken zonnepanelen, is de laatste jaren dan ook enorm gegroeid. Gezien de vraag enorm stijgt, is de productie capaciteit voor silicium dan ook flink verhoogd om aan die behoefte te voorzien. Het gebruik van zonne-energie zal in de toekomst steeds vaker voorkomen. De aanschaf van verschillende principes zal door de grotere aantallen en betere productie methodes ook steeds goed koper worden en daardoor veel rendabeler.

Zonne energie zal in de komende jaren dus meer gebruikt gaan worden en zal hierdoor nog meer meehelpen aan het verhelpen van het broeikas effect. Deze manier van energie winnen zal hoogst waarschijnlijk nog jaren blijven bestaan. Mede doordat het een product is waar weinig mee mis kan gaan en geen echte belastende bezwaren kent waar mensen bang voor kunnen zijn.

Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Zonne-energie Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

32 /48

2.

Locaties

Er zijn verschillende locaties bekeken om te dienen als ‘adoptie-bedrijf’. Hierbij zijn aspecten als formaat en energievraag onderzocht.

2.1.

Aardappelfabriek

Mc Cain fabriek hoofddorp Een mogelijke locatie voor het cogeneration project is de McCain fabriek in Hoofddorp.

Hier worden aardappelen verwerkt tot verschillende diepvries producten als patat, kroketten en dergelijke. De fabriek levert producten voor heel Europa.

Bij het verwerkings proces wordt veel energie verbruikt. Er word gebruik gemaakt vaan stoom, ovens, koeling, invriezing en enkele dingen meer. Door dat de febriek vele verschillende producten maakt zijn er verschillende processen die elk afzonderlijk veel energie nodig hebben. Door dat deze fabriek vele soorten van energie nodig heeft zou het een goede kandidaat voor het project.

2.2.

Rozenkwekerijen

Lek/Habo Groep De Lek/Habo Groep is een onderneming die door het gehele land actief is op het gebied van productie en installatie van energietechnische-, warmtekracht-, elektrotechnische-, koel- en verwarmingsinstallaties in utiliteit en tuinbouw, alsmede watergeefinstallaties in de glastuinbouw. Er zijn een aantal projecten van Lek/Habo die in aanmerking komen om als geadopteerde omgeving voor H-solutions te dienen, deze worden hieronder beschreven.

De Singel De Lek/Habo Groep heeft de opdracht gekregen van Gebroeders de Brabander voor de bouw van de complete technische installatie bij het nieuwbouw project De Singel in Berkel en Rodenrijs. Op de nieuwe kwekerij wordt straks de roos 'Passion' geteeld. Dit totaal project, 4 hectare groot is een toonaangevend nieuwbouw project waarbij over de gehele linie de laatste stand der techniek wordt toegepast.

De Lek/Habo groep zal hier een Warmte/kracht-installatie/rookgasreiniger gaan bouwen.

Bestaande uit twee Habo WKK's (HPC 2000 C, Caterpillar 3520) met elk een vermogen van 2 MWe produceren totaal 4 MWe elektriciteit voor de assimilatie belichting. De WKK rookgassen worden centraal gereinigd door een rookgasreiniger voor CO2 bemesting. De rookgasreiniger wordt uitgerust met een nieuw ontwikkeld bypass systeem voor CO2 op maat.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

33 /48

Kwekerij Niriko Voor deze nieuwe, vijf hectare grote rozenkwekerij zal de Lek/Habo groep een complete technische installatie ontwerpen, leveren en onderhouden.

Hier zullen twee Habo Warmte/kracht-installaties gebouwd worden die werken met Cummins gasmotoren met een elektrisch vermogen van 2040 respectievelijk 1590 kWe. De totale elektriciteitsproductie wordt voor groeilicht aangewend. Warmte wordt in de kas voor verwarming gebruikt. Indien er geen warmtebehoefte is, wordt de warmte in de buffer opgeslagen.

Ook wordt er een rookgasreiniger in het systeem geplaatst. De WKK rookgassen worden centraal gereinigd door een HUG/Hanwel rookgasreiniger voor CO2 bemesting in de kas. De rookgasreiniger wordt uitgerust met een Bypass systeem voor CO2 op maat.

2.3.

Tulpenbollenkwekerij

We hebben het bedrijf Bot - Reus en zonen onderzocht. Bot – Reus is al enkele tientallen jaren een bollenbedrijf. Het was eerst een bedrijf van H. Bot en nu runt zijn zoon, W. Bot, het bedrijf.

Het bedrijf is gespecialiseerd in het exporteren van tulpen. Hiermee wordt bedoeld: in de winter het broeien van tulpen op water in de kassen en in de zomer het telen van de bollen buiten in de Flevopolder. Het bedrijf staat al sinds jaar en dag in een dorpje genaamd Venhuizen. Dit is een plaats waar veel tuinders wonen. Omdat Sander werkzaam is bij het bedrijf leek het ons handig om te vragen of we voor ons project het bedrijf mochten adopteren. Dit vond W. Bot een goed idee en we krijgen hiervoor toestemming. Hieronder zullen enkele foto’s volgen met daarbij een beschrijving.

Hieronder zullen eerst wat foto’s volgen van de hoofdstroom en aardgas bediening en regelpanelen.

Hierboven ziet u de regelaars met de daarbij horende knoppen, daarnaast ziet u drie CV ketels die zorgen voor de warme lucht voor de kassen.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

34 /48

Hierboven de binnenkomst van het aardgas. Tevens ziet u een aantal afsluiters van het verbrandingsvat.

Hierboven ziet u een leiding waar de warme lucht door heen stroomt naar de kassen.

Daarnaast staat een foto van de stoomwand met daarnaast (groene deur) de stoomcel. Deze worden in de winter gebruikt om de bakken, waar de tulpen in staan, te ontsmetten. In de zomer wordt de stoomwand gebruikt om de bollen te stomen. Dit zorgt ervoor dat het “kontje� er makkelijker afgaat zodat de bollen makkelijker gepeld kunnen worden.

Links ziet u de bakken waar de tulpen instaan tijdens de winter periode. Rechts ziet u een soort van verwarming die hete lucht door de kassen blaast zodat de zomer kan worden nagebootst.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

35 /48

Hier nog een dergelijke ventilator. Daarnaast staan een foto van het complete regelsysteem van de grootste en de kleinste kas. Hiermee kunnen ventilatoren aangezet worden, kan de tempratuur geregeld worden die de ventilatoren uitblazen etc.

Links ziet u een foto van de kachels die de bollen in de zomer van warme lucht voorziet.

Rechts ziet u de tulpen en hoe zij opgesteld zijn en op de achtergrond ziet u de aggregaat.

Deze wordt gebruikt om het energie tekort, wat er in de zomer is, op te vullen. Een dergelijk apparaat heeft geen hoog rendement maar het is voordeliger dan het hele jaar door een hogere prijs te betalen voor de stroomsterkte. Dit heeft te maken met vastenwaardes etc.

Rechts ziet u de stallage van de tulpen rekken. Deze rekken staan vast. Er is tegenwoordig een nieuw systeem die de rekken automatisch door de kassen laat gaan, dit is echter een hele investering. Rechts ziet u de opslag van de bollen die nog in bakken gezet moeten worden.

Deze worden dan door werknemers vanuit kuubkisten in de zwarte bakjes geplant.

Links een hulpmiddel voor het planten en rechts het uiteindelijke product van de winter: tulpen. Ze worden opgeslagen in houtenkisten en die worden in de koelcel gezet.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

36 /48

Links ziet u de opslag van de geplante bollen. Deze moeten eerst nog een paar weken in de kou staan omdat ze daar moeten wortelen. Op het land gebeurt dit in de winter, nu gebeurt het in een koelcel. Rechts ziet u een ventilator die voor de koude lucht in de cellen zorgt (1 graad Celsius).

Het bedrijf verbruikt grote hoeveelheden aardgas en stroom per jaar. Het gebruikt warmte stromen (stoom, kassen) koude stromen (koelcellen), stroom (zowel kracht als gewone net stroom). Dit bedrijf is een ideale locatie om een nieuwe energie voorzienig voor te ontwerpen.

Chronologische volgorde tulpenbroei en teelt.

Buitentulpen Oktober In oktober worden de tulpenbollen van het vorige jaar geplant. Deze worden geplant in de flevopolder en de noord-oost polder in Flevoland. De bollen worden geplant door een plant machine en door trekkers die in de Noord-Oost polder opgeslagen staan. Deze bollen worden vanuit de schuur vervoerd naar het land.

November In november gebeurt er weinig met de tulpen. Alle tulpen zijn geplant in de grond en moeten nu gaan groeien.

December tm februari In december wordt er gespoten tegen onkruid. Dit wordt gedaan met een spuit machine en met een trekker. Dit is om de planten te beschermen tegen het onkruid. Het onkruid kan er namelijk later voor zorgen dat het groter wordt dan de tulpen, dit heeft een nadelig effect op de groei van de tulpen dmv de lichtinval.

Maart In maart komen de eerste tulpen uit de grond en is er een klein plantje te zien. Dit plantje ziet er groen uit en er kan vervolgens geselecteerd worden. Selecteren betekend het scheiden van de tulpen. Als een tulpen lang in de grond staat kunnen er door invloed van het milieu mutaties of ziektes (virussen) onstaan.

Virussen zijn op het blad van de tulp goed te zien. Daarom wordt er in maart een voorzichtig begin gemaakt van het spuiten van tulpen. Deze worden met round-up (giftig middel) dood gespoten. Het gif gaat via de plant naar de bol toe zodat deze afsterft. Virus kan zichzelf namelijk vermenigvuldigen en zo kan je hele partij besmet raken met het virus. Hiervoor is nog geen energie nodig.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

37 /48

April/mei In april mei zullen de meeste tulpen erzo uitzien als de tulpen hier rechts afgebeeld. Je kan hier een mooie bloem zien. Deze bloem zorgt er echter wel voor dat de meeste “energie” die in de bol zit naar de bloem gaat omdat die in natuurlijke condities moet groeien. Dit is echter niet de bedoeling want de bol moet zo groot mogelijk worden. Daarom worden de bloemen “gekopt” dit betekend dat de bloemen eraf gehaald worden. Dit gebeurt met de machine hieronder.

Nog voordat de bloemen gekopt worden moet er eerst nog virus gezocht worden (geslecteerd) op de bloem. Aan de bloem kan je namelijk heel goed zien welke goed of slecht is. De koper wil natuurlijk wel een bv. mooie witte en geen rood met witte bloem als hij deze gekocht heeft.

Virussen (zoals hier rechts) zijn vaak met vlammen in de bloem. Dit betekend dat de bloem niet meer de orginele kleur heeft.

Juni/juli In deze maanden worden de tulpen gerooid. Dit betekend dat de tulpen door een machine uit de grond gehaald worden. Eerst wordt de grond gefrasd. Dit betekend dat de tulpen omhoog komen, naar de oppervlakte toe. Als dit gebeurt komt er een soort happer in de grond die ervoor zorgt dat de tulpen over een lopende band gaan rollen. Deze lopende banden komen uit in een kist, kuubkist genaamd. In deze kist worden de bollen bewaard en terug getransporteerd naar het bedrijf in Venhuizen.

Hier worden de bollen naar de sneldroger gebracht. De bollen zijn vochtig als zij van het land afkomen. Vochtigheid is slecht omdat er dan ziekte en zuur in de bollen kunnen komen. Dit betekend dat de bol dood zou gaan en dan is hij natuurlijk niet meer te verkopen.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

38 /48

Het drogen van de bollen wordt gedaan door zogenaamde droogwanden. Tegen deze droogwanden worden de kisten geplaatst en met een tempratuur van 40 graden wordt er lucht door de kisten geblazen. Deze warme lucht zorgt ervoor dat de bollen droog worden. Dit duurt ongeveer 12 uur voordat de bollen (bij aankomst in de schuur) droog zijn. Na het droger bij de sneldroogwand worden de bollen naar een andere droogwand gebracht. Deze noemen we echter geen droogwand meer maar een bewaar wand. De bollen zijn al droog dus is er minder warmte en een lagere luchtstroom nodig om dit zo te houden. (dit omdat er meer bollen gerooid kunnen worden dan dat er verwerkt kunnen worden op een dag, rooien duurt dus minder lang dan het verwerken!).

Juni/augustus Als de bollen gedroogd zijn door de droogwanden worden zijn naar de bewaarwand gebracht.

De bol ziet er dan uit als volgt: Deze bol is droog maar moet nog gestoom worden voordat deze verwerkt kan worden. Stomen houdt in dat de oude wortels los worden geweekt. Dit kan omdat de tempratuur van stoom dusdanig hoog is dat de wortels los weken. De stoomwand ziet er precies hetzelfde uit als de droogwanden, er kunnen dus gewoon kuubkisten voorgezet worden. Bollen mogen maximaal 8 uur stomen anders worden ze weer te nat en kunnen er weer ziektes onstaan in de bol zelf.

Nadat de bol gestoomd is wordt deze naar de verwerkingsruimte gebracht. Hier wordt de kist met de stoomde bollen in een kantelaar geplaatst.

Deze kantelaar zorgt ervoor dat de bollen in een bunker vallen. Het is heel belangrijk dat de bol zacht valt omdat er anders beschadiging is. Dan worden de bollen vanuit de bunker dmv een transport band bij de ontrafelaar gebracht. Omdat een grote bol nogal wat bij bollen heeft en wat andere rotzooi zoals prut etc. moeten deze worden verwijdert. Als dit gedaan is worden de bollen door de kleine sorteermachine gehaald. Deze sorteermachine zorgt ervoor dat de kleinste bollen gescheiden worden van de grote bollen.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

39 /48

Nadat deze door een sorteermachine gegaan zijn worden deze gepeld. Dit pellen betekend het verwijderen van de oude wortels. Dit wordt veelal gedaan door de pelmachine. De pelmachine heeft rollen die tegendraads draaien. Als de wortels van de bol door inkomen worden deze verwijdert. Omdat de pelmachine niet te strak afgesteld mag worden (anders pakt hij de kopjes van de bol, waar later de tulp uit moet komen) blijven er bollen ongepeld. Deze ongepelde bollen worden met de hand gepeld door mensen die aan de lopende band zitten de hele dag bollen pellen. Nadat alle bollen zijn gepeld worden deze wederom door een sorteermachine gehaald. Hier worden dus de grootste bollen op maat gesorteerd een klaar gemaakt voor de klant. Alle machines die bij dit proces gebruikt worden zijn machine die lopen op krachtstroom. Nadat de bollen zijn klaargemaakt voor de klant worden ze opgeslagen in droogcellen met ventilatoren totdat de klant ze komt ophalen of totdat ze door het bedrijf zelf worden weggebracht. De bollen die bewaard worden om volgend jaar weer in de grond te planten worden in kuubkisten gedaan. Deze worden weer achter de bewaarwanden gezet. Bollen die gebruikt gaan worden voor de broeierij (winter) worden opgeslagen in gaasbakken.

Deze gaasbakken worden opgestapeld in de koelcellen en worden daar bewaard in een tempratuur van 6 graden.

September/oktober Nu worden de tulpen die weer geplant moeten worden uitgezocht aan een bandje. Heel veel ziektes kan je pas zien als ze een tijdje voor een bewaarwand hebben gestaan. Deze zieke bollen worden nu verwijdert door medewerkers. Deze bollen worden ontsmet tegen ziektes en de cyclus begint weer opnieuw.

Energieproductie van het bedrijf.

Elektrische energie De elektrische energie komt van het net af. Er bestaat een contract met NUON. Dit contract zegt dat het bedrijf zoveel MHh stroom krijgt (tot 70 MWh). Deze contracten zijn belangrijk omdat je steeds in hogere categorieĂŤn terecht komt qua stroomverbruik. Als uit metingen blijkt dat je over de gestelde waarde in het contract gaat moet je of bij betalen of een nieuw contract afsluiten. Dit heeft gevolgen voor de prijs die je per jaar betaald aan het energieleverancierbedrijf. Uit deze stroom wordt krachtstroom (380V) en normale stroom (220V) gehaald.

Stoom Door middel van 2 grote CV ketels wordt er water opgewarmd in grote tank. Omdat er niet het hele jaar door stoom wordt gebruikt is dit een apart systeem (anders moet je meer gaan betalen etc).

Het stoom wordt alleen in de zomer gebruikt. De tank wordt gevuld met water. Dit water wordt in de tank opgewarmd tot +/- 340 K. Dit opgewarmde water wordt via leidingen naar de stoomcel getransporteerd. In de stoomcel wordt het door middel van sproeier en twee grote ventilatoren over de bollen getransporteerd.

Warme lucht De warme lucht wordt gemaakt door middel van CV ketels. De 3 CV ketels warmen allen water Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

40 /48

op en transporteren dit via een buizen systeem naar de warmtewisselaars die boven in de kassen hangen (en bovenin de droogwanden). Deze warmte wisselaars geven hun warmte af aan de lucht die er continue, door middel van een ventilator, doorheen stroomt. Deze lucht warmt dan op tot een tempratuur van 293 K tot 313 K. Voor het produceren van warme lucht wordt dus veel aardgas gebruikt. De piek van het aardgas gebruik ligt in Juni. In deze maand wordt er ruim 21.000 m3 aardgas verbruikt.

Koude lucht Door middel van een grote compressor wordt er een vloeistof samengeperst. Hierbij komt gas vrij en dit gas is lucht. Omdat er hoge drukverschillen zijn koelt de lucht af tot maximaal 268 K. De compressor loopt op kracht stroom. “Het werkt in grove lijnen als volgt. De compressor mag/ kan alleen verdampt koudemiddel (gas) verpompen, het gas wordt door de condensor geperst waar het gaat condenseren. Vanuit de condensor gaat de vloeistof naar het zwarte tankje (vloeistoftank), dit dient er voor om te zorgen dat er altijd koudemiddel aanwezig is voor het expansieventiel. Het expansieventiel doseert afhankelijk van de druk een bepaalde hoeveelheid koudemiddel dat in de verdamper zal verdampen. De compressor zuigt het verdampte koudemiddel weer aan en de cirkel is rond.

Het apparaat met de draaiknop is een lage druk pressostaat of een pump down pressostaat, kan beide.Een koelinstallatie kan niet tegen vocht, als er nu een lek op zou treden kan het zijn dat de compressor door blijft draaien en lucht van buitenaf aan gaat zuigen. Deze pressostaat wordt afgesteld op ongeveer 1/2 bar en als de systeemdruk onder deze waarde komt schakelt de machine uit en kan er geen lucht van buitenaf in het systeem worden gezogen.

Als deze als pump down wordt gebruikt wil dat zeggen dat via een elektrisch klepje het koudemiddel uit het systeem wordt gezogen en in het vloeistoftankje terechtkomt. Dit kan noodzakelijk zijn als de verdamper elektrisch ontdooit (het verwijderen van ijs) dan moet al het koudemiddel uit de verdamper omdat het bij verhitting te veel kan expanderen�.

Bron http://www.wetenschapsforum.nl/index.php? s=d7c2d7fa3650329b99c9a8b7361dd64f&showtopic=61232&pid=307755&st=0&#entry30775 5

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

41 /48

Aardgasverbruik Maand

Verbruik (m3)

Brutto (euro)

Netto (euro)

Januari

12514

4942.43

5238.97

Februari

11361

4548.54

4821.45

Maart

5842

2419.21

2564.36

April

377

310.70

329.34

Mei

3531

1649.51

1748.48

Juni

21263

8368.94

8871.08

Juli

17812

6469.27

6857.43

Augustus

4130

1631.53

1729.43

September Oktober

3934

1557.58

1651.04

6669

2525.54

2677.07

November December

6565

2488.73

2638.06

20265

6924.16

7774.32

Totaal

114583

42278.56

44815.28

Prijs per 1 m3 gas : 0.3193 euro Vaste prijs per m3 gas (verenigingen etc.) = 0.02245 euro Rekengegevens per 1 m3 = 001217 euro Vaste transportkosten per maand: 83.20 euro Permanente vergoeding aansluitdienst per maand: 30.00 euro Meetdienst per maand: 48.88 euro Vaste maandelijkse lasten: 162.08 euro 30000 22500 15000 7500

Ja

nu ar i Fe b.

M aa rt Ap ril M ei Ju ni Ju li Au g.

Se pt .

Ok t.

No v.

De c.

0

Verbruik (m3) West Noord

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

42 /48

Elektriciteitsverbruik Maand Verbruik (MWh) Piekuren Januari 9,083

Verbruik (MWh) Daluren 9,356

Totaal verbruik Netto (euro) (MWh) 18,439

2786.59

Februari

8,138

7,977

16,115

2061.52

Maart

8,458

8,552

17,010

2134.35

April

6,379

5,746

12,125

1147.53

Mei

6,970

9,610

16,580

1529.86

Juni Juli

12,074

13,183

25,257

2417,52

30,845 21,600

32,482 20,311

63,327 41,911

6120.54 4106.26

September Oktober

14,944

17,162

32,106

3056.88

15,128

15,192

30,320

2939.01

November December

7,655

7,350

15,005

1453.35

7,013

9,229

16,242

1507.98

Totaal

148,287

155,972

304,431

29808.04

Augustus

Prijs 1 MWh daluur: 49,8 euro Prijs 1 MWh piekuur: 93,90 euro Belasting energie schijf: verschilt per aantal MWh Heffingskorting maandelijks: 16.58 euro 70,000 52,500 35,000 17,500

Ja

nu ar i Fe b.

M aa rt Ap ril M ei Ju ni Ju li Au g.

Se pt .

Ok t.

No v.

De c.

0

Verbruik (MWh) West Noord

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

43 /48

Boven op deze energie prijzen komen nog de contractprijzen en de prijzen van het transport van de energie.

Maand Totaal verbruik Netto (euro) Vermogen (MWh) (KiloWatt) Januari 18,439 632.99 47 Februari

16,115

576.87

48

Maart

17,010

605.36

45

April

12,125

457.93

41

Mei

16,580

558.14

52

Juni Juli

25,257

823.21

97

63,327 41,911

1893.77 1325.49

121 93

September Oktober

32,106

1003.24

72

30,320

980.31

65

November December

15,005

551.87

43

16,242

554.41

44

Totaal

304,431

9963.59

Augustus

Periodieke aansluitvergoeding: Vaste vergoedingtransport: Gecontracteerde transportvermogen per W: Transportdienst daluur per KWh: Transportdienst piekuur per KWh: Systeemdiensten per KWh:

2.55 euro 1.50 euro 0.34 euro 0.0118 euro 0.0334 euro 0.00117 euro

130 98 65 33

Ja

nu ar i Fe b. Â M aa rt Ap ril M ei Ju ni Ju li Au g.

Se pt .

Ok t. Â No v.

De c.

0

Vermogen(kW) West Noord

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

44 /48

3.

Warmtekrachtkoppeling

Er is onderzoek gedaan naar het gebruik en de werking van warmtekrachtkoppelingen zoals deze op dit moment in gebruik zijn. Als eerst een algemene uitleg en vervolgens een specificatie van een gebruikt model.

3.1.

Algemeen

Warmtekrachtkoppeling (WKK) is de gecombineerde opwekking van warmte en elektriciteit, het grote voordeel van deze methode is dat restwarmte bij de opwekking van elektriciteit gebruikt kan worden om warmte op te wekken. Hierdoor wordt een groot rendement verkregen bij de omzetting vanuit de energiedrager; olie, kool, gas, biomassa, etc.

Warmtekrachtmachines zijn er in veel verschillende vormen van kleine centrales voor in huis tot grote elektriciteitscentrales. Vooral de opkomst van de kleinere centrales voor in huis of voor een klein bedrijf zijn interessant. Hieronder worden enkele machines besproken.

Grote elektriciteitscentrales Bij grote elektriciteitscentrales wordt elektriciteit opgewekt vanuit meestal kolen of gas. Ook wordt wel afval verbrand om hier energie uit te halen, eventueel gecombineerd met het verbranden van biomassa.

De warmte van de verbranding wordt gebruikt om stoom te creĂŤren deze, stoom bereikt een zeer hoge druk, met deze stoom wordt vervolgens een stoomturbine aangedreven, die gekoppeld aan een generator stroom levert. Bij dit proces gaat veel warmte verloren bij de verbranding. Daarom wordt de restwarmte van de stoom gebruikt om bijvoorbeeld bedrijventerreinen of stadsdelen te verwarmen. Dit gebeurt over het algemeen op 2 verschillende manieren. Of de stoom wordt aan het eind van de turbine afgetapt en vervolgens verhoogd in druk om het nog warmer te maken waarna het door een warmtewisselaar wordt geleidt. Een andere manier is om de stoom niet aan het einde van de stoomturbine maar ergens in het midden af te tappen, deze stoom bezit vanzelfsprekend nog meer energie dan de stoom aan het einde van de turbine. Deze stoom hoeft daarom niet in druk worden verhoogd en is warm genoeg om meteen naar een warmtewisselaar geleidt te worden. Bij een dergelijke installatie kan een totaalrendement behaald worden van 85%. Deze installaties leveren minimaal 50MW aan elektrisch vermogen maar meer is ook mogelijk.

Gasturbine Er zijn ook WKK’s waar de primaire energieopwekking door middel van een gasturbine geschied. De gasturbine drijft een generator aan om elektriciteit op te wekken en in de afgassenketel wordt de warmte in de uitlaatgasstroom gebruikt om water te verwarmen.

Ook gebeurt het wel dat de warmte in de uitlaatgassen wordt gebruikt om stoom te maken, een STEG installatie. Deze stoom drijft dan weer een stoomturbine aan om nog meer elektriciteit op te wekken, de einddruk van de stoom kan nog gebruikt worden om water te verwarmen. Bij STEG installaties worden vaak meerdere stoomturbines gebruikt die allen op een andere stoomdruk werken, hierdoor kan het rendement nog groter worden. Deze installaties kunnen ook een totaalrendement van 85% halen en kunnen 1 tot 250MW elektrisch vermogen produceren. Interessant is de ontwikkeling van steeds kleinere gasturbines waardoor deze techniek ook voor kleinere WKK’s gebruikt kan gaan worden.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

45 /48

Verbrandingsmotor Een ander type WKK dat al veel wordt toegepast voor het verwarmen van ziekenhuizen, kantoren, bedrijfshallen en tuinbouwkassen heeft als primaire energiebron een verbrandingsmotor. De verbrandingsmotor loopt op diesel, aardgas of biogas, deze drijft een generator aan voor elektriciteit en het koelwater van de motor en de warmte van de uitlaatgassen wordt gebruikt om c.v. water te verwarmen tot 80 a 90°C. Er zijn ook speciale motoren die het water tot 120°C kunnen verwarmen. Deze machines hebben een vermogen van slechts 5kW tot wel 5MW. Bij gebruik voor een tuinbouwkas kan ook de vrijgekomen CO2 nuttig gebruikt worden door het in de kassen te pompen waar de planten het omzetten in zuurstof. Zie ook het onderstaand stukje over de WKK van Aisin.

Aandachtspunten De resultaten van WKK zijn sterk afhankelijk van de daadwerkelijke warmtebenutting. Daarom moet bij de planning van een WKK van tevoren goed onderzocht worden hoeveel warmte er op lange termijn nodig is. Zinvolle besparingsmaatregelen zoals isolatie en terugwinning van warmte uit ventilatielucht moeten meegerekend worden in de bepaling van de warmtebehoefte op lange termijn. Bij ruimteverwarming, waar de warmtebehoefte direct samenhangt met de buitentemperatuur levert meestal de WKK een kwart van het maximaal benodigde vermogen en wordt de rest ingevuld met c.v.-ketel. Erg belangrijk is ook, met name bij kleinschalige WKK, de temperatuur van het c.v.-water en de samenwerking met de c.v.-ketel. Niet alleen neemt de energiebesparing toe met een lagere watertemperatuur, maar het functioneren van de WKK kan sterk belemmerd worden door de c.v.-ketel, als die het c.v.-water te ver opwarmt.

Daarom moeten de ketels zo laag mogelijk worden afgesteld. Wel moet gecontroleerd worden, dat het boilerwater, ter voorkoming van legionella, eens per etmaal boven 60 °C komt. Voor een maximaal rendement en maximale levensduur van de WKK, maar ook van ketels en dergelijke, is controle op de kwaliteit van het c.v.-water belangrijk.

Bronnen http://www.energieprojecten.nl/edu/ut_wkk.html J. Ouwehand 2e druk Toegepaste energietechniek Schoonhoven, 2001

3.2.

Specificatie

Het bollenbedrijf gebruikt op dit moment 3 cv ketels om de warme lucht te produceren die de kassen warm houdt in de winter. Daarnaast verbruikt het bedrijf ook stroom welke men van het net aftapt. Tegenwoordig zijn er nieuwe HR ketels ontwikkeld die naast warmte ook bruikbare elektriciteit opwekken. Deze ketels noemt men HRe ketels (de E van elektricity).

Deze HRe ketel is een soort micro WKK. Een mini WKK is het grotere broertje van de Micro WKK, waar de micro WKK ongeveer 1 KWe levert, levert de mini WKK 1-4 KWe (elektrisch vermogen). De micro WKK werkt met een Stirling motor en de mini WKK werkt met een gas verbrandingsmotor.

Het grote voordeel van beide WKK´s is dat er efficiënter met het gas wordt omgegaan (Afb1) zodat de energierekening omlaag gaat.

Afb1.

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

46 /48

Micro WKK Remeha cv ketel fabrikant heeft een HRe ketel ontwikkeld in samenwerking met het bedrijf Microgen. De ketel zal waarschijnlijk in het najaar van 2009 pas op de markt komen. De ketel is al volledig ontwikkeld maar er is nog meer nodig voor de introductie. Overheden, gasleveranciers, energiebedrijven en brancheorganisaties hebben een essentiële rol bij de introductie van de HRe ketel om zowel technische als financiële aspecten op te lossen of te optimaliseren. Fabrikant Whispergen heeft al een micro WKK op de markt alleen heeft deze een veel lager thermisch vermogen dan de Remeha omdat deze al het water opwarmt dmv de Stirling motor en niet nog een aparte HR ketel heeft welke warm water kan produceren.

De HRe ketel van Remeha bestaat uit een HR ketel én een Stirling motor. De motor drijft een generator aan die elektriciteit produceert die men in huis kan gebruiken voor alles wat op stroom werkt. Eventuele overtollige elektriciteit wordt via stekker en stopcontact aan het net teruggeleverd. De restwarmte van de motor wordt nuttig gebruikt voor ruimteverwarming en voor het aanmaken van warm water. Mocht er op een zeker moment meer warmte nodig zijn dan de Stirling motor kan produceren, dan springt de HR ketel tijdelijk bij.

De werking van een stirling motor berust op het feit dat een gas expandeert bij verhitting en comprimeert bij afkoeling. Doordat het gas beurtelings expandeert en comprimeert in een cilinderkamer drijft deze een zuiger heen en weer welke een wisselend magnetisch veld veroorzaakt. Dit wisselend magnetisch veld wordt door spoelen omgezet in elektriciteit.

Specificaties van de Remeha HRe ketel zijn: Afmetingen B x H x D mm 420 x 900 x 490 Thermisch vermogen (kW) 24 Elektrisch vermogen (kW) 1 Rendement 90% Specificaties van de Whispergen micro WKK zijn: Afmetingen B x H x D mm Thermisch vermogen (kW) Elektrisch vermogen (kW) Rendement

480 x 840 x 560 7,5 - 12 1 90%

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

47 /48

Mini WKK De uit het Oosten van Duitsland komende firma Powerplus heeft een mini WKK op de markt, de “Ecopower”. Deze mini WKK werkt niet met een stirling motor, alleen of in combinatie met een HR ketel, maar met een gas verbrandingsmotor. Deze motor drijft een generator aan welke elektriciteit produceert en de warmteproductie komt tot stand door motorwarmte en terugwinning van warmte uit de uitlaatgassen. Aisin, een Japans bedrijf, heeft ook een mini WKK ontwikkeld in samenwerking met Toyota welke verkocht wordt in Nederland. Het principe blijft hetzelfde alleen de specificaties verschillen: Specificaties van de Powerplus mini WKK zijn: Afmetingen B x H x D mm 740 x 1080 x 1370 Thermisch vermogen (kW) 4 - 12,5 Elektrisch vermogen (kW) 1,3 – 4,7 Rendement 90% Specificaties van de Aisin mini WKK zijn: Afmetingen B x H x D mm Thermisch vermogen (kW) Elektrisch vermogen (kW) Rendement

? ? – 11,7 0,3 - 6 90%

Bronnen • http://www.remeha.nl/hre/ • http://www.hogerstotaalenergie.nl/ • http://www.magicboiler.com/ • http://www.whispergen.com/main/achomesspecs_info/ • http://www.ecopower.de/Technische-Daten.28.0.html • http://www.gasengineering.nl/miniwkk.html

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

48 /48

Project 7/8: Cogeneration - Vooronderzoeken H-Solutions

49 /48

Leden: § Fons Huisman § Michiel Ravelli § Lennard Teunissen § Minne Troostheide § Marco Veenstra § Sander de Waal § Olaf Weller Projectbegeleider: § Dhr. P.G. Zult Amsterdam, februari 2008