Hoe ontstaan ​​fossiele brandstoffen, waarom stoten ze koolstofdioxide uit en hoeveel energie leveren ze in de wereld? En wat zijn de hernieuwbare energiebronnen die fossiele brandstoffen kunnen vervangen?

Fossiele brandstoffen zijn in de loop van miljoenen jaren gevormd uit de overblijfselen van planten en dieren die vastzaten in sedimenten en vervolgens werden getransformeerd door hitte en druk.

De meeste steenkool werd gevormd in het Carboon (360-300 miljoen jaar geleden), een tijdperk van amfibieën en uitgestrekte moerassige bossen. Door de fossielen van bomen werden enorme hoeveelheden koolstof uit de lucht naar de ondergrond verplaatst, wat leidde tot een daling van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer (CO₂), genoeg om de aarde bijna volledig bevroren te maken.

Deze verandering in het klimaat, gecombineerd met de evolutie van schimmels die dood hout konden verteren en zijn koolstof weer in de lucht konden afgeven, maakte een einde aan de periode van steenkoolvorming.

Olie en aardgas (methaan, CH₄) werden op dezelfde manier gevormd, niet uit bomen maar uit oceaanplankton, en over een langere periode. Het Maui-olieveld in Nieuw-Zeeland is relatief jong en dateert uit het Eoceen, zo'n 50 miljoen jaar geleden.

Brandende zonneschijn

Wanneer fossiele brandstoffen worden verbrand, reageert hun koolstof met zuurstof om koolstofdioxide te vormen. De energie die oorspronkelijk door de zon werd geleverd, die miljoenen jaren in chemische bindingen is opgeslagen, komt vrij en de koolstof keert terug naar de lucht. Een eenvoudig voorbeeld is de verbranding van aardgas:één molecuul methaan en twee zuurstof vormen samen kooldioxide en water:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Bij het verbranden van een kilogram aardgas komt 15 kWh aan energie vrij in de vorm van infraroodstraling (stralingswarmte). Dit is een aanzienlijk bedrag.

Om de voortdurend verslechterende klimaatverandering te stoppen, moeten we stoppen met het verbranden van fossiele brandstoffen voor energie. Dat is een hele opgave, want fossiele brandstoffen leveren 84 procent van alle energie die door de menselijke beschaving wordt gebruikt. (Nieuw-Zeeland is met 65 procent minder afhankelijk van fossiele brandstoffen.)

Er zijn veel mogelijke bronnen van hernieuwbare of koolstofarme energie:kernenergie, waterkracht, wind, zon, geothermie, biomassa (verbrandingsinstallaties voor energie) en biobrandstof (het maken van vloeibare of gasvormige brandstoffen uit planten). Een handvol getijdencentrales is in bedrijf en er wordt geëxperimenteerd met de opwekking van golven en oceaanstromingen.

Maar onder deze zijn wind- en zonne-energie de enige twee met het vermogen om op te schalen naar de duizelingwekkende hoeveelheid energie die we gebruiken. Ondanks een indrukwekkende groei (verdubbeling in minder dan vijf jaar), levert wind slechts 2,2 procent van alle energie en zonne-energie 1,1 procent.

De transitie naar hernieuwbare energie

Een goedmaker, die suggereert dat een volledige transformatie naar hernieuwbare energie mogelijk is, is dat veel van de energie uit fossiele brandstoffen wordt verspild.

Ten eerste is de winning, raffinage en transport van fossiele brandstoffen goed voor 12 procent van het totale energieverbruik. Ten tweede worden fossiele brandstoffen vaak op zeer inefficiënte manieren verbrand, bijvoorbeeld in verbrandingsmotoren in auto's. Een wereld gebaseerd op hernieuwbare energie zou in de eerste plaats half zoveel energie nodig hebben.

De potentiële bron van zonne- en windenergie is enorm en de kosten zijn snel gedaald. Sommigen hebben beweerd dat we tegen 2050 zouden kunnen overstappen op volledig hernieuwbare energie, inclusief transmissielijnen en energieopslag, evenals volledig synthetische vloeibare brandstoffen.

In één scenario bouwt Nieuw-Zeeland 20GW aan zonne-energie en 9GW aan windenergie. Dat is niet onredelijk - Australië heeft in vijf jaar zoveel gebouwd. We moeten opschieten. Hernieuwbare energiecentrales hebben tijd nodig om te bouwen en industrieën hebben tijd nodig om op te schalen.

Andere factoren om te overwegen

Overschakelen op hernieuwbare energie lost de problemen van brandstof en klimaatverandering op, maar niet die van het escalerende gebruik van hulpbronnen. Het bouwen van een geheel nieuw energiesysteem vergt veel materiaal, soms zeldzaam en moeilijk te extraheren. In tegenstelling tot verbrande brandstof kan metaal worden gerecycled, maar dat helpt niet als je voor het eerst een nieuw systeem bouwt.

Onderzoek concludeerde dat hoewel sommige metalen schaars zijn (met name kobalt, cadmium, nikkel, goud en zilver), "een volledig hernieuwbaar energiesysteem de metaalreserves en -bronnen tot 2050 waarschijnlijk niet zal uitputten." Er zijn ook mogelijkheden om meer gebruikelijke materialen te vervangen, met enig verlies van efficiëntie.

Maar veel metalen zijn sterk gelokaliseerd. De helft van 's werelds kobaltreserves bevindt zich in de Democratische Republiek Congo, de helft van het lithium bevindt zich in Chili en 70 procent van de zeldzame aardmetalen, die worden gebruikt in windturbines en elektromotoren, bevindt zich in China.

Verspilling van consumptie is een ander probleem. Nieuwe technologieën (robots, drones, internet) en economische groei leiden tot meer gebruik van energie en hulpbronnen. Rijke mensen verbruiken een onevenredige hoeveelheid energie en modelleren buitensporige consumptie en verspilling waar anderen naar streven, inclusief de opkomende rijken in ontwikkelingslanden.

Onderzoek naar emissies op huishoudensniveau in Europese landen wees uit dat de top 1 procent van de bevolking met de hoogste CO2-voetafdruk elk 55 ton CO₂-equivalente uitstoot produceerde, vergeleken met een Europese mediaan van 10 ton.

Wetenschappers hebben gewaarschuwd voor consumptie door de welgestelden en er is een felle discussie gaande over hoe deze te verminderen met behoud van een stabiele samenleving.

Een manier om deze vragen om te draaien, is door van onderaf te beginnen en te vragen:wat is de minimale energie die nodig is voor de basisbehoeften van de mens?

Een studie beschouwde 'fatsoenlijk leven' met comfortabele huisvesting, voldoende voedsel en water, 10.000 km reizen per jaar, onderwijs, gezondheidszorg en telecommunicatie voor iedereen op aarde - duidelijk niet iets dat we tot nu toe hebben kunnen bereiken. Het ontdekte dat dit ongeveer 4.000 kWh aan energie per persoon per jaar nodig zou hebben, minder dan een tiende van wat Nieuw-Zeelanders momenteel gebruiken, en een hoeveelheid die gemakkelijk kan worden geleverd door hernieuwbare energie.

Al die koolstof onder de grond was rijp voor de oogst. We hebben het geplukt. Maar nu is het tijd om te stoppen.