Revolutionair idee of gebakken lucht?

“Onze machine neemt één eenheid waterstof als energiebron en zeewater als grondstof en produceert daarmee twee eenheden waterstof. Daarmee kunnen we het proces opnieuw laten lopen én hebben we een overschot aan waterstof voor andere toepassingen.”

Wat denk je? Klinkt interessant? Het was de sales pitch van Joi Scientific en bij een Canadees elektriciteitsbedrijf klonk het als muziek in de oren. Ze investeerden 23 miljoen dollar aan belastinggeld. Geld dat ze wellicht nooit meer terugzien, want Joi Scientific moest niet veel later toegeven dat ze hun claims niet konden waarmaken.

“Als ze dat wel konden, zouden ze verschillende Nobelprijzen in de wacht slepen”, zegt Michael Barnard. “Wat ze eigenlijk beweren, is dat ze een perpetuum mobile hebben die meer energie oplevert dan je erin steekt. Dat breekt de wetten van de thermodynamica. Wie zoiets belooft, verkoopt nonsens.”

Barnard is gespecialiseerd in het uittekenen van scenario’s om onze koolstofvoetafdruk te verkleinen. In die context adviseert hij leidinggevenden, raden van bestuur en investeerders. Geen overbodige luxe, want de markt staat bol van start-ups en uitvinders die beloven dat ze dé oplossing voor de klimaatcrisis gevonden hebben. Een aantal daarvan zijn goede ideeën die, met de nodige financiële steun, een echte impact kunnen hebben. Andere zijn totaal onpraktisch en zullen nooit kunnen wedijveren met bestaande technologie. En nog andere zijn ronduit frauduleus, enkel bedoeld om snel geld binnen te rijven en dan met de noorderzon te verdwijnen. Ze van elkaar onderscheiden is een lastige opgave. Op basis van jaren ervaring in het veld heeft Barnard een systeem van ‘red flags’ opgesteld, die bij potentiële investeerders best de alarmbellen doen afgaan.

“Ik beweer niet dat als je een red flag tegenkomt, dat het automatisch een oplichterij is. Sommige ideeën waar ik kanttekeningen bij maakte, hebben het toch gehaald. Maar we staan voor een klimaatcrisis en we hebben niet de luxe om tijd of middelen te verkwisten aan inefficiënte oplossingen. En niet alles wat als duurzaam verkocht wordt, heeft goede bedoelingen. Daarom: als je een van de volgende red flags opmerkt, wees dan op je hoede.”

De grenzen van de fysica

“Het klassieke voorbeeld is ergens meer energie uit halen dan je erin steekt. Elementaire fysica zegt dat zoiets onmogelijk is. Er zijn wel eens ‘uitvinders’ die beweren het te kunnen demonsteren, dan gaat er stiekem een stroomkabel naar een stopcontact waar je het niet kan zien. Maar verwar het niet met rendement (COP) zoals ze dat voor warmtepompen berekenen. Die kunnen met 1 kWh elektriciteit 4 kWh warmte leveren, maar dat komt omdat ze energie van buitenaf concentreren. Een ander voorbeeld is de Betzlimiet bij windenergie. Dat is de theoretisch maximale hoeveelheid energie die een rotor aan wind kan onttrekken. Als een technologie die limiet beweert te overschrijden, is er iets niet pluis.”

Oude technologie als nieuw verkopen

“Er zijn zo van die ideeën die om de tien jaar opnieuw opduiken. Windenergie concentreren is er zo een. Dan zie je mooie illustraties van grote trechters die zes keer efficiënter zouden zijn dan traditionele windturbines en voorbij de Betzlimiet gaan. Maar zoek op Google eens naar ‘wind funnels’ en je vindt voorbeelden uit elk decennium sinds 1930. Allemaal om mysterieuze redenen nooit echt succesvol geworden. Hoe zou dat toch komen?”

Duidelijke technische uitdagingen

“Dit is de reden dat geconcentreerde windenergie maar niet wil lukken. Wind gaat typisch rond obstakels, niet erdoor. Een windturbine met drie wieken heeft die vorm omdat na véél onderzoek blijkt dat het de optimale vorm is om te voorkomen dat de wind errond gaat. Een grote trechter daarentegen creëert een zone van hogere druk aan de mond en de wind gaat daar gewoon rond. Een variatie op het idee is een muur van kleine windturbines. Ziet er mooi uit, maar heeft nog meer problemen. Hoe oriënteer je zoiets op de wind? Hoeveel extra materiaal heb je nodig om een hele muur vol turbines te maken? Al dat extra materiaal creëert draaikolken die de werking van de wieken verstoren. Kan zoiets ooit efficiënt of goedkoop zijn?”

“Hetzelfde geldt voor veel vormen van energieopslag met zwaartekracht. De hoeveelheid energie die je daarmee opslaat, bereken je met de formule: massa x hoogteverschil x zwaartekracht. Een stuwdam bijvoorbeeld, heeft niet enorm veel hoogteverschil, iets van een vijftig meter, maar wel een waterreservoir van miljoenen kubieke meters. Zo’n reservoir vind je niet overal, dus kwam Energy Vault met het idee om betonblokken te gebruiken. Aanvankelijk zouden ze die stapelen met een grote kraan. Sindsdien hebben ze het idee aangepast naar een gebouw van 25 verdiepingen. Een grote lift verplaatst  zware blokken van de gelijkvloers naar de bovenste verdieping als er een energie overschot is. Is er een tekort, dan verplaatst de lift ze weer naar beneden, waarbij de elektrische motor stroom opwekt. Maar de bovenstaande formule indachtig heb je dus een enorme massa nodig aan de top van een hoog gebouw. Zo bouwen we gewoonlijk niet. Al dat gewicht vertegenwoordigt een véél grotere structurele belasting dan in een normaal gebouw. Dat is niet alleen een technische uitdaging, er kruipt ook enorm veel materiaal in.”

Geen aandacht voor de volledige levenscyclus

“Ik heb de koolstofvoetafdruk berekend van al het staal en gewapend beton dat Energy Vault nodig heeft voor hun concept. Zelfs als ik ervan uitging dat het systeem veertig jaar lang dagelijks gebruikt wordt en maar tien procent van de tijd voor onderhoud stilligt - en dat is héél optimistisch - dan heb je nog evenveel CO2 uitgestoten per kWh als een aardgascentrale. Dat willen ze oplossen door een soort koolstofneutraal cement te gebruiken. Euh jongens, als jullie koolstofneutraal cement hebben dat in prijs kan concurreren, heb je zonet een van de moeilijkste klimaatvraagstukken ter wereld opgelost. Breng gewoon dat op de markt en je bent rijk.”

Zoek de mensen op

“De zaakvoerders van Joi Scientific, die zogezegd de wetten van de thermodynamica konden omzeilen, waren een muzikant en een softwareverkoper. Een andere uitvinder gebruikte maar liefst zeven verschillende namen. Wie doet zoiets? Meestal oplichters.”

Zoek de patenten op

“Patenten aanvragen is makkelijk, ze opzoeken gelukkig ook. Je gaat naar Google Patents en je geeft de naam van het bedrijf of de zaakvoerders op. Hebben ze patenten? Zijn ze onafhankelijk gecertificeerd? Hebben ze het patent enkel aangevraagd en dan laten verlopen? Het is me al voorgevallen dat het patent waarop iemand zich beroept niet eens over hetzelfde soort apparaat blijkt te gaan.”

Grote gevaren

“Een tijd geleden was er veel te doen over vliegende windturbines, zelfs Google heeft eraan gewerkt. Het idee is dat je veel meer windenergie kan vangen op grote hoogte. Je hebt dan wel een heel lange kabel nodig tot aan de grond. Wat als er iets misloopt aan het grondstation en de vliegende turbine met de wind meegeblazen wordt? Dan sleep je een lange kabel over de grond, over straten, over elektriciteitsdraden. Die kabel staat misschien niet meer onder stroom op dat moment, maar hij is wel nog altijd geleidend. En hoe zeker ben je dat de turbine zelf niet neerkomt op een school ofzo? Hetzelfde geldt voor eVTOL; elektrische vliegtuigen die verticaal of op korte afstand kunnen opstijgen en landen. Dat lijkt handig voor drukke steden. Maar wat is de enige context waarin VTOL effectief bestaat? Het leger. Waarom? Omdat ze complex zijn en mensen erin doodgaan. De Osprey is zo’n toestel waarin al tientallen mensen om het leven kwamen, niet eens in oorlogssituaties. Voor het leger zijn dat misschien aanvaardbare risico’s, omdat ze daar ook extreme eisen stellen. Zo werkt het niet op de reguliere markt.”

Wat ons brengt bij het volgende punt:

Voor de verkeerde markt

“Carbon Engineering beloofde CO2 uit de lucht te halen met grote installaties en het dan te gebruiken of op te bergen. Waar kan zoiets nuttig zijn? Het is wel handig als je ergens een afgedankte oliebron hebt, waar nog wat aardgas te vinden is dat niet meer rendabel te verkopen valt. Je kan dat aardgas gebruiken om het systeem aan te drijven en CO2 van het gas en uit de lucht te trekken. Daarna pomp je CO2 in de afgedankte oliebron. Daar zit nog teer in dat door de CO2 vloeibaar wordt en zo kan je nog wat extra olie oppompen. Dat heet ‘enhanced oil recovery’ en het is de enige natuurlijke markt voor zo’n technologie. Dus is het ook de enige markt waar het nu wordt toegepast. Ik beschouw het niet als een zinvolle manier om de klimaatcrisis aan te pakken. Het zal wel geen toeval zijn dat het vooral wordt gepromoot door de fossiele brandstofindustrie.”

Gepromoot door de fossiele brandstofindustrie 

“De fossiele brandstofindustrie beschikt over grote reserves en veel infrastructuur die grotendeels overbodig zal worden door de energietransitie. Dat willen ze liever niet, dus promoten ze graag ideeën die ofwel actie uitstellen of de nuttige levensduur van hun infrastructuur verlengen. Synthetische brandstoffen of waterstof als energiebron houden het klassieke, gecentraliseerde zakenmodel in stand en gebruiken een deel van de bestaande infrastructuur. Waterstof wordt nu vrijwel uitsluitend gemaakt van fossiele bronnen. Als je dat combineert met het afvangen van CO2 in het productieproces, kan je het verkopen als duurzaam. Efficiënt zou ik het niet noemen, maar zo kan de industrie nog iets doen met al de fossiele reserves die ze eigenlijk in de grond moeten laten zitten.”

Hippe nieuwigheden combineren

“Een hypersonisch vliegtuig op waterstof, nu met extra blockchain! Als mensen modewoorden beginnen te stapelen, let dan goed op. Uiteraard doen ze dat om aandacht te trekken, maar vaak ook om de technische tekortkomingen van het basisconcept te verdoezelen. In de praktijk maak je het zo nog erger, want je combineert al de technische uitdagingen van de afzonderlijke technologieën.”

Michael Barnards lijst met red flags en boeiende voorbeelden loopt nog wel even door. Voor wie graag dieper in de materie duikt, werkt hij momenteel aan een eigen reeks artikels over het onderwerp. Daarvan staat de eerste hier alvast online. Wij wensen je veel leesplezier en een kritische blik toe.