Hoe wordt elektriciteit geproduceerd?
Vanwaar is elektriciteit afkomstig? Hoe wordt elektriciteit geproduceerd ? Eigenlijk vloeit het voort uit drie verschillende soorten energiebronnen en zonder deze bronnen zou er geen elektriciteit geproduceerd kunnen worden. Laten we samen eens naar hoe elektriciteit in elkaar zit.
Uit welke bronnen wordt elektriciteit geproduceerd?
Fossiele energie
Fossiele brandstoffen zijn aanwezig in de ondergronden van onze aarde. Ze zijn ontstaan uit resten van plantaardig en dierlijk leven in het geologisch verleden van de aarde en komen voor in drie verschillende vormen: aardolie, aardgas en steenkool. Ze kunnen zelf als brandstof dienen, maar worden evenals gebruikt om elektriciteit mee te produceren. Fossiele brandstoffen zijn de meest gebruikte energiebronnen in de wereld (80%).
Ze worden vaak bekritiseerd voor hun vervuilend aspect, maar de internationale uitbating van petroleum, en steenkool in kleinere mate, wordt voor deze redenen zeker niet stopgezet. Olie- en aardgasvelden bevinden zich vooral onder de zeeën en de oceanen. Om er aan te kunnen geraken, moet men boren. Steenkool bevindt zich op zijn beurt onder de aarde waardoor men mijnen moet uitgraven om het uit de aarde te ontginnen. Deze stoffen noemt men koolwaterstoffen : ze bestaan hoofdzakelijk uit waterstof en koolstof waardoor ze een hoge energetische waarde hebben. Het is door een welbepaald verbrandingsproces dat elektriciteit in thermische centrales geproduceerd zal worden.
Kernenergie
Kernenergie produceert elektriciteit op basis van een kernbrandstof : uranium. Deze delfstof is aanwezig in de ondergrond van onze aarde, en is radioactief. In België speelt kernenergie een zeer belangrijke rol. Ons land bezit twee kerncentrales die tezamen zeven kernreactors tellen. Ze worden allemaal door de energieproducent Engie Eletrabel beheerd: vier in Doel, in Vlaanderen; en drie in Tihange, in Wallonië. Ze produceren genoeg om 55% van ons totaal elektriciteitsverbruik te dekken. De leverancier EDF Luminus maakt ook gebruik van de kernreactoren.
Kernenergie is dus één van de primaire energiebronnen in België. Wij zijn tweede op de ranglijst van landen die kernenergie het meest gebruiken. Frankrijk staat op de eerste plaats, Slovakijk op de derde. Het is in thermische kerncentrales dat elektriciteit wordt geproduceerd op basis van een welbepaald fenomeen: de kernsplijting. Dit is een proces waarbij een onstabiele atoomkern zich deelt of splijt in twee of meer lichtere kernen, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid energie vrijkomt.
Duurzame energie
Onder duurzame energie verstaan we elektriciteit die geproduceerd wordt uit natuurlijke energiebronnen: de zon, de wind, ondergrondse warmte, water (watervallen, het getij … ), organische stoffen … Er bestaat een hele verscheidenheid aan dergelijke natuurlijke energiebronnen die één groot voordeel hebben: er komen geen, of bijna geen, vervuilende materies vrij. Men maakt een onderscheid tussen vijf grote hernieuwbare energiebronnen: biomassa, windenergie, zonne-energie (zonnepanelen en zonnewarmte), aardwarmte en hydraulische elektriciteit.
Biomassa
Wat verstaan we onder biomassa? Onder deze naam worden alle organische en plantaardige stoffen verzameld die omgezet kunnen worden in energie. Ze kunnen afkomstig zijn van de bossen, waterig milieu, tuinen en parken, bedrijven die organische afvalstoffen wegwerken of dierlijke meststoffen. Het gebruik van huishoudelijke afvalstoffen, of van de landbouw, maakt dat biomassa een minder groene energie is dan de elektriciteit die geproduceerd wordt uit zonne- of windenergie. Het kan zelfs vervuilend worden als organische afvalstoffen CO2 uitstoten bij het verbrandingsproces. Biomassa wordt als hernieuwbare energiebron beschouwd zolang dat er geen overexploitatie van de bronnen plaatsvindt. De vruchtbaarheid van de grond en de biodiversiteit moeten in dit geval gerespecteerd en behouden worden. In België wordt biomassa vooral gebruikt in Wallonië, maar op wereldvlak is ze een primaire energiebron en wordt het vaker gebruikt dan wind-en zonne-energie. Er bestaan drie technologieën voor het omzetten van biomassa in energie.
- Het verbrandingsproces : biomassa genereert warmte als het verbrand wordt in een ketel, een warme lucht generator of een gespecialiseerde houtvuuroven. Er komen dan verschillende vormen van energieën vrij, met name: warme lucht, stoom en elektriciteit. De biobrandstoffen die gebruikt worden zijn meestal afkomstig van de landbouw of van bossen, nl: schors, takken, stro, zaagsel of houtsnippers ;
- De vergisting : dit proces komt overeen met afbraak van bederfelijk materiaal dat biogas zal genereren. Het biogas wordt dan opgenomen en getransformeerd in warmte, elektriciteit of brandstof voor voertuigen. Om hieraan te geraken wordt het organisch afval in een cilindervormige tank geplaatst, ook « vergister » genoemd. Deze materie wordt dan, door gebrek aan zuurstof, door bacteriën gedegradeerd. De conversie van organisch materiaal naar biogas gebeurd op natuurlijke wijze al in moerassen, meren, ingewanden van dieren en mens, maar ook in zuiveringsstations en afvalstortplaatsen.
- De chemische transformatie : bepaalde plantaardige stoffen kunnen dienen tot de productie van biobrandstoffen, die we onderverdelen in twee families:
- Biodiesel, verkregen vanaf plantaardige oliën (colza, gebruikte oliën, etc) ;
- Ethanol, product op basis van graan en biet, dat gebruikt wordt als onderdeel van loodvrije brandstof.
Windenergie
Windenergie gebruikt de kracht van wind om energie om te zetten in elektriciteit. Dit gebeurt door middel van windturbines. Het gebruik ervan is zeker niet nieuws : denk maar aan oude windmolens, die al enkele eeuwen geleden gebruikt werden. Er bestaan twee soorten windturbines waarvan het energetisch rendement en de verkregen kracht afhangen van de snelheid van de wind : de horizontale en de verticale.
Aardwarmte
Bij aardwarmte, ook wel geothermie genoemd, is de geproduceerde energie afkomstig van warmte opgeslagen in de ondergronden van de aarde. Hierin zit water opgeslagen aan een zeer hoge temperatuur, en hoe dieper het zich bevindt, hoe warmer ze zal zijn. De reden hiervoor ? Wel, het water bevindt zich dicht bij de kern dat tot 7 000 °C warm kan zijn. De temperatuur hangt dus af van waar het water zich bevindt. Dit kan dus voor verschillende doeleinden gebruikt worden. In de minst diepe zones, nl "op lage temperatuur", zal de geothermie voldoende zijn om woningen mee te verwarmen. De zones "op hoge temperatuur" daarentegen, die men meer in vulkanische regio’s terugvindt, zijn ideaal om elektriciteit mee te produceren.
Hydraulische energie
Hydraulische energie is een kinetische energie. Dit betekent dat het door een bepaalde beweging (van water) tot stand komt, in welke vorm dan ook : watervallen, waterstroom, onderzeese stromen, golven, getij, etc. Hydraulische energie wordt al een lange tijd gebruikt. Dankzij de kracht van water kon de molen energie opwekken om bijvoorbeeld graan mee te malen of papier te produceren. Ze is de voornaamste hernieuwbare energiebron om elektriciteit te produceren. Dat kan op verschillende manieren :
- Door gebruik te maken van de kracht van de golven : men spreekt hier van golfenergie. Er bestaan verschillende processen om golfenergie waar te nemen en te gebruiken, maar deze zijn nog steeds in ontwikkeling door de verschillende technische problemen. Een van de technieken bestaat erin om grote boeien van enkele meters in omvang op de maritieme bodem te plaatsen, waar ze in beweging gebracht worden door de golven. Deze bewegingen zullen de generator in werking doen treden die de kracht van de beweging omzet in elektriciteit ;
- Dankzij een hydro-elektrische centrale : Deze gebruiken de kracht van een waterval. Het principe van stuwdammen wordt hier toegepast met als eerste stap een belangrijke hoeveelheid water tegen te houden. Om hieruit energie te halen, zal men het opgeslagen water moeten omzetten in kinetische energie m.a.w. we zullen het water in beweging moeten brengen. Dit gebeurt in de stuwdam zelf. Het water wordt via waterleidingen in verticale houding voortgestuwd. De centrale, die zich beneden bevindt, gebruikt de kracht van het water die naar beneden vloeit om een turbine in gang te zetten. De turbine zet op haar beurt een generator in werking die hieruit elektrische stroom zal uitzenden. Hoe hoger de waterval, hoe krachtiger de energie die omgezet zal worden ;
- Het installeren van een hydrolienne : De hydrolienne baat de grote onderzeese stromen uit. Ze lijkt op een windturbine die men vaak op het platte land tegenkomt, maar bevindt zich onderwater. Ze is vaak kleiner dan de bovengrondse windturbines. Dit komt omdat de massadichtheid van water groter is dan de massadichtheid van lucht ;
- Gebruik van getijdenenergie : Het woord zegt het zelf. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het getij. Het is dankzij het verschil van het niveau van de zee dat energie zal worden opgewekt. Het principe van de stuwdam wordt hier weer toegepast, zijnde : een waterreservoir wordt geplaatst die zich bij vloed zal vullen en bij eb zal leegvloeien. Het water vloeit binnen en buiten langs ventielen die een generator zullen opwekken en die op zijn beurt elektriciteit zal produceren.
Zonne-energie
De zon is een uitstekende bron voor energie. Het is gratis, vervuilt niet, is natuurlijk en onuitputtelijk. Zelfs al schijnt de zon niet altijd over België, zonne-energie zal in de komende jaren een belangrijke bron van energie worden. De stralen van de zon kunnen op twee manieren gebruikt worden : d.m.v. fotovoltaïsche installaties, of thermodynamische installaties.