De verbrandingsmotor: van oorzaak naar oplossing voor de energietransitie

De energiecrisis bestaat niet! Er is meer dan genoeg wind, zon, … om volledig over te schakelen op groene energie. We kampen wel met een energieopslagprobleem. Overdag schijnt de zon en wordt er energie opgewekt, maar het licht aansteken doen we pas s ’avonds, als het donker is en onze zonnepanelen geen energie opwekken. We missen dus een manier om de zonne-energie van overdag even aan de kant te zetten en ’s avonds terug boven te halen. Om dit probleem lokaal op te lossen over een korte periode, zoals een dag, is een batterij een goede oplossing.

De grote uitdaging bestaat eruit om die ‘nood aan uitgestelde energie’ aan te pakken op globale schaal en over langere periodes, gaande van maanden tot zelfs jaren. Een voorbeeld hiervan is de zon die meer schijnt in de zomermaanden dan in de wintermaanden, maar het is juist in de  wintermaanden dat we de meeste energie nodig hebben. Bovendien hebben sommige gebieden in de wereld een overschot aan groene energie door opwekking via zon, wind of water, maar toch kunnen grootsteden zoals New-York door hun grote populatiedichtheid onmogelijk zelfvoorzienend zijn van groene energie. Dit benadrukt de nood om opgewekte groene energie  te transporteren naar andere gebieden die de energie op dat moment nodig hebben.

Hernieuwbare brandstoffen spelen een cruciale factor in het opslag- en transportverhaal van groene energie en zijn dus uitermate geschikt om bij te dragen aan de energietransitie, maar wat zijn deze nu precies en waarom zijn ze zo interessant?

Waterstof wordt gemaakt via elektrolyse. Dit proces zet water om naar waterstof via groene energie. Waterstof is op zich al een nuttige hernieuwbare brandstof, maar voor alle andere mogelijke combinaties van hernieuwbare brandstoffen, zoals methaan, methanol en ammoniak, hebben we naast waterstof ook nog koolstof- en stikstofatomen nodig. De koolstof atomen die nodig zijn voor deze brandstoffen, verkrijgen we door middel van  “carbon capture, utilisation and storage (CCUS)”. Zo kunnen we bijvoorbeeld via groene energie CO₂ uit de lucht halen en samenvoegen met H₂ om de brandstof te synthetiseren. Op deze manier wordt de  groene energie opgeslagen in hernieuwbare brandstoffen, die dan als het ware als een “chemische batterij” werken. De hoeveelheid energie per volume eenheid van deze chemische batterij is veel groter dan die van een traditionele batterij, waardoor opslag van groene energie via een chemische batterij veel aantrekkelijker wordt.

Laat ons nu even vergelijken met fossiele brandstoffen. Bij verbranding van fossiele brandstoffen (wat koolstof is die miljoenen jaren geleden werd opgeslagen in de aardkorst) wordt er CO₂ uitgestoten. Door de hoge snelheid waarmee de fossiele brandstoffen worden opgebruikt is de cyclus om de uitgestoten CO₂ op natuurlijke wijze weer op te nemen allesbehalve in balans.

Wanneer nu een hernieuwbare brandstof opnieuw verbrand wordt, bijvoorbeeld in een verbrandingsmotor, komt de reeds opgeslagen CO₂ opnieuw vrij. Deze CO₂ kan op zijn beurt ontelbare keren worden opgeslagen en zo is de cyclus in balans én bovendien CO₂ neutraal. Een enorme vooruitgang ten opzichte van de doodlopende cyclus van fossiele brandstoffen!

Eenmaal de hernieuwbare brandstoffen zijn geproduceerd, kan je je de vraag stellen: waar kunnen we ze nu voor gebruiken? De hernieuwbare energie die ergens op de wereld op een willekeurig moment is opgeslagen in de chemische batterij, kan nu over heel de wereld getransporteerd worden. Hernieuwbare brandstoffen vormen hiermee de brug tussen plaatsen waar de vraag naar energie heel hoog is en plaatsen waar er een groot aanbod aan hernieuwbare energie voorhanden is. Dit zorgt voor energie zekerheid, niet enkel tijdens de omschakelingsperiode naar hernieuwbare energie, maar ook als oplossing voor het vaak voorkomende gebrek aan evenwicht tussen vraag en aanbod.

Om deze hernieuwbare brandstoffen terug om te zetten naar energie zijn er veel mogelijkheden, namelijk: fuel-cell, gasturbine, branders en verbrandingsmotoren. Energiecentrales met verbrandingsmotoren kun je vergelijken met je generator die je gebruikt op de camping, maar dan in het groot. Deze energiecentrales kunnen gemakkelijk opschalen en bijbenen met de stijgende vraag naar groene energie. Eén motor kan een elektrisch vermogen leveren tot 20 MW per eenheid wat ongeveer het gezamenlijk vermogen van 130 auto’s is. Vanwege de korte opstarttijd en capaciteit om het vermogen aan te passen, zijn deze energiecentrales de ideale technologie om te fungeren als piekcentrales en ook voor netstabiliteit. Momenteel hebben de geïnstalleerde energiecentrales met verbrandingsmotoren in EU een gecombineerde capaciteit van 30 GW, dat is ongeveer 15% van het huidige geïnstalleerde windvermogen in de EU.

Het verhaal van de verbrandingsmotor gaat echter nog verder! We hadden het al over de huidige slechte reputatie van de verbrandingsmotor. Door die reputatie zijn er veel mensen die hopen dat dit type motor gewoon van de éne dag op de andere zou kunnen verdwijnen. Maar een toekomst zonder verbrandingsmotoren, wat zou er dan gebeuren? Heel veel! En meer negatief dan positief! Iedereen laat af en toe wel eens een pakje leveren en zonder er bij stil te staan, komt er een verbrandingsmotor in een vrachtwagen, trein of boot aan te pas.

Ook de dagelijkse portie verse groenten die op ons bord verschijnt, is afkomstig van boerderijen die hoofdzakelijk machines gebruiken met verbrandingsmotoren. Kranen, bulldozers en andere machines die bekrachtigd worden met verbrandingsmotoren zorgen dan weer voor alle infrastructuur waar we dagelijks gebruik van maken. Ook generatoren in ziekenhuizen en kerncentrales zorgen voor veiligheid in geval van nood en zijn dus onmisbaar. Ten slotte is ook iedereen die gebruik maakt van het openbaar vervoer op zijn bestemming geraakt dankzij de hulp van verbrandingsmotoren.

We kunnen verbrandingsmotoren dus niet zomaar wegdenken uit onze huidige maatschappij! In het toekomstbeeld zal de verbrandingsmotor dus nog prominent aanwezig blijven en het groeiende aandeel aan motoren zal ook operationeel blijven voor de komende decennia. Dus, we moeten de verbrandingsmotoren niet afschaffen, we moeten ze wel CO₂ neutraal maken. En ze op die manier meteen ook van hun slechte reputatie af helpen!

De Europese Green Deal, om de wereldwijde klimaatverandering aan te pakken, heeft als doel netto nul uitstoot van broeikasgassen tegen 2050. Hernieuwbare brandstoffen kunnen dit niet alleen mogelijk maken, maar zijn bovendien ook nodig om dit alles en nog veel meer CO₂ neutraal te maken.  Zo kan de verbrandingsmotor doorgroeien en bijdragen aan de energietransitie.