De toekomst ziet er zonniger uit dan je denkt

We zijn met zijn allen beland in een periode van radicale transformatie, waarin technologie de potentie heeft om de levensstandaard van de wereldbevolking significant te verhogen. Aldus Peter Diamandis, een van Sillicon Valley’s zonnigste en meest briljante geesten, in zijn bestseller Abundance: the future is brighter than you think. Als bewijs voor zijn stelling voerde Diamandis een lange serie wetenschappelijke revoluties op, met de opkomst van de schone, goedkope en schier onuitputtelijke energie van de zon als een van de absolute kroonjuwelen. 

Ruim vier jaar na publicatie is de realisatie van die visie alweer een stuk dichterbij. In juni landde de Solar Impulse 2 op het vliegveld van Abu Dabi. Het volledig door zonne-energie aangedreven vliegtuig vertrok een jaar eerder vanuit het emiraat voor een rondje aardbol om de mogelijkheden van deze krachtige en vooral schone en hernieuwbare energiebron te benadrukken. In het Marokkaanse Sahara-stadje Ouarzazate opende koning Mohammed VI in februari het eerste onderdeel van de prestigieuze zonnecentrale Noor. Dankzij deze en soortgelijke solar farms verwacht Marokko dat de helft van zijn totale energiebehoefte in 2030 hernieuwbaar is. En vorige maand presenteerde Tesla zijn nieuwe ‘gecamoufleerde’ zonnepanelen, die onzichtbaar in plaats van de ouderwetse dakpannen kunnen worden aangebracht. Zo kan elk nieuw huis straks in zijn eigen energie voorzien.

Fotovoltaïsch rendement

Ondertussen werken wereldwijd duizenden wetenschappers koortsachtig aan mogelijkheden om het fotovoltaïsche rendement van zonnepanelen verder op te krikken. Die meeteenheid staat voor de mate waarin zonlicht in elektriciteit kan worden omgezet. Lichtdeeltjes, de zogenaamde fotonen, worden daartoe geabsorbeerd door selenium en soortgelijke stoffen. De geabsorbeerde foton stoot daarbij elektronen uit die via enkele tussenstappen als  elektriciteit kunnen worden afgetapt. State-of-the-art zonnepanelen stranden al enkele jaren op een glazen rendementsplafond van rond de 25 procent.

De productiepanelen die nu in de winkel liggen komen doorgaans niet verder dan 18 procent. Anders wordt het simpelweg te duur. Toch heeft Nederland inmiddels zo’n 4,5 miljoen zonnepanelen op de daken, en werden er wereldwijd het afgelopen jaar een half miljoen zonnepanelen per dag geplaatst, meldt het International Energy Agency vanuit Parijs. Als grootste concentrated solar power-generator ter wereld verwacht Spanje in 2020 liefst 10.000 megawatt, oftewel 10 gigawatt, aan zonne-energie te kunnen produceren. Ter vergelijking: alle Nederlandse windmolens tezamen genereerden vorig jaar een slordige 300 megawatt aan stroom.

foto: Sakaori, CC BY-SA 3.0

Tot 36 procent rendement

Steeds vaker drijven er ook zonnepanelen op het water. Een gunstige ontwikkeling, aangezien ruim 70 procent van het aardoppervlak (circa 365 miljoen km2) daarmee is bedekt. In onder meer Australië, Japan, Amerika, Brazilië en Engeland vinden omvangrijke tests plaats met zogenaamde ‘floatovoltaics’. Naast het genereren van energie werken ze ook heel goed voor het beheersen van algengroei en verdampen van water, zodat deze technologie met name ook voor derdewereldlanden erg waardevol zou kunnen zijn. De energie van het grootste project, nabij de Engelse vlieghaven Heathrow, wordt overigens ook gebruikt om het water in het onderliggende stuwmeer geschikt voor consumptie te maken.  De in totaal 23 duizend zonnepanelen op het Queen Elizabeth II reservoir leveren de stroom om drinkwater voor in totaal 10 miljoen mensen te zuiveren. 

Ondertussen stijgt het aantal zonnepanelen steeds sneller. En dankzij de innovatieve technologie van Insolight neemt dat groeitempo de komende jaren alleen maar verder toe. De Zwitserse startup presenteerde onlangs zijn huis-tuin-en-keuken versie van de zonnecellen die NASA heeft ontwikkeld om zijn satellieten in de ruimte van stroom te voorzien. Per stuk hebben die niet meer dan een paar millimeter oppervlakte. Om ze van zoveel mogelijk geconcentreerd zonlicht te voorzien, ontwikkelde Insolight een dunne kunststof laag met kleine lenzen die het zonlicht als mini-vergrootglazen op de dure zonnecellen projecteren. 

De kunststof lenzen worden door sensoren op een ideale hoek van de zon gehouden, zodat het effect de gehele dag door optimaal is. Dankzij deze innovatie is Insolight nu in staat voor massaproductie geschikte zonnepanelen te maken, die tot 36 procent van het zonlicht kunnen omzetten in energie. Dat is dus het dubbele rendement van de op dit moment in de winkel liggende zonnepanelen.

Solar space farms

Zoals wel vaker vinden de echt spannende innovaties momenteel echter in de ruimte(vaart) plaats. De Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), zeg maar de Japanse NASA, werkt bijvoorbeeld aan concrete plannen om zijn eerste zonne-energiecentrale in een baan rond de aarde te krijgen. Met de akelige situatie rond zijn kernreactoren en zijn van oudsher beperkte toegang tot eigen fossiele brandstoffen als extra duwtje in de rug, werkt de JAXA al enkele jaren aan solar space farms. Inmiddels liggen twee concrete voorstellen op tafel. Het eerste voorziet in een enorm, 2 kilometer strekkend zonnepaneel dat met kabels aan een controlesatelliet is verbonden. 

Nadeel van deze installatie is echter dat positie van de panelen niet of beperkt kan worden aangepast, met een flink rendementsverlies als gevolg. De meer complexe oplossing voorziet daarom in een tweetal zeer grote, beweegbare spiegels, die in staat zijn het zonlicht op de los zwevende zonnepanelen  te weerkaatsen. De kennis die nodig is voor dit soort ‘formatievliegen’ in de ruimte moet echter nog grotendeels worden ontwikkeld. Dat geldt ook voor de technologie die het mogelijk maakt om de Gigawatt vermogen van deze eerste solar farm terug op aarde te krijgen. JAXA wil dat namelijk doen door de energie via microgolven naar het aardoppervlak te stralen. 

Daar moeten grote antennes op een nog aan te leggen eiland in de haven van Tokyo de stroom verder verdelen. Maart vorig jaar slaagde het Japanse ruimtevaartagentschap er met veel pijn en moeite in om een 1.8 kilowatt over een afstand van 100 meter te verzenden. Het zal dus nog even duren voor het mogelijk wordt om een gigawatt stroom over 36.000 kilometer te verzenden. De JAXA zelf spreekt momenteel van 25 jaar, maar gezien de razendsnelle ontwikkelingen op dit gebied zou dat zo maar eens veel sneller kunnen gaan.

Zonnige toekomst

Kijk bijvoorbeeld naar de ontwikkelingen in Amerika, waar niemand ooit had gedacht dat het land zo snel en fanatiek van zijn olieverslaving zou afkomen. Toch is dat precies wat er nu gebeurt, constateert het Amerikaanse Department of Energy (DoE). Volgens een recent DoE-rapport zijn de kosten van zonne-energie de afgelopen vijf jaar met liefst 65 procent gedaald. “Mede dankzij deze sterke prijsdaling is het aantal zonne-installaties in Amerika in dezelfde periode vertienvoudigd”, aldus de onderzoekers. “Als deze ontwikkeling zich doorzet, zal zonne-energie in 2050 voorzien in 27 procent van de totale Amerikaanse energiebehoefte.” Naast de 426 miljard dollar die hiermee kan worden bespaard, zal schone zonne-energie jaarlijks bovendien ook 25.000 aan milieuvervuiling gerelateerde levens sparen, voorspelt het departement. 

Zo wordt Peter Diamandis’ zonnige kijk op het leven nu ook door harde cijfers ondersteunt: the future is brighter than you think.