Medio vorig jaar lijkt het te zijn begonnen: het voorspelbare protest tegen de biomassacentrales die dankzij miljardensubsidies overal in het land verrijzen als duurzaam alternatief voor de bestaande fossiele warmtecentrales.

Dergelijke centrales worden gebruikt als warmtebronnen voor de warmtenetten (netwerken van ondergrondse heetwaterleidingen) die met name in- en om steden gebruikt worden om woningen en utiliteitsgebouwen te voorzien van warmte voor ruimteverwarming en warm tapwater. Hoewel de toepassing van biomassa in theorie duurzaam kan zijn (met de nodige kanttekeningen, zie verderop) is het protest tegen deze vorm van duurzame energie niet ongegrond.

In dit artikel gaan we op deze kwestie in door de geplande nieuwe biomassacentrale bij Diemen onder de loep te nemen en bieden we een mogelijk “Ecomoderne” oplossing voor de ontstane onvrede.

Door: ir. J.E. van Dorp
Op: www.ecomodernisme.nl

Wat is het probleem?

Welnu, net als de elektriciteitssector willen we met zijn allen dat ook de warmtesector overschakelt van fossiele energie op duurzame energie. Ook – of misschien wel bovendien – willen we dat dat op een betaalbare manier gebeurt en zonder dat we hoeven in te leveren op comfort en gebruiksgemak: we willen altijd over warmte kunnen beschikken, dag en nacht, weer of geen weer.

Om die omschakeling mogelijk te maken zijn er gedurende de afgelopen halve eeuw allerlei nieuwe technologieën ontwikkeld waaronder warmtepompen, geothermie, zonnecentrales en energie uit oppervlaktewater. Hoewel deze technologieën volwassen zijn en al decennia op kleine schaal met succes worden toegepast lukt het nog geen van hen om op kosten en gemak te wedijveren met fossiele energie.

Zelfs als we onze woningen en gebouwen zoveel mogelijk inpakken tegen de kou, met spouwisolatie, isolerende beglazing en kierdichting, en we onze douches uitvoeren met besparende koppen hebben we nog altijd veel warmte nodig waar we flink voor betalen. We blijven daarom op zoek naar de goedkoopste aanbieders van stroom en gas, en als we aangesloten zijn op een warmtenet klagen we graag over de tarieven en aansluitkosten.

Het wordt de aanbieders van stadswarmte door onze hoge verwachtingen alles behalve makkelijk gemaakt om over te stappen op duurzame warmte, wat immers meestal meer kost en minder flexibel is dan conventionele fossiele warmte.

In studies die de leveranciers laten uitvoeren naar de meest kosteneffectieve groene opties voor stadsverwarming komt daarom steevast een oude bekende als beste uit de bus: biomassa.

Prehistorische technologie

Het gebruik van biomassa is praktisch zo oud als de mensheid want biomassa is simpel, goedkoop en voorradig. Biomassa groeit letterlijk ‘aan de bomen’ dus het telt als een 100% hernieuwbare energiebron: een energiebron die nooit opraakt. Het grote nadeel van biomassa is echter nog steeds dat de productie van biomassa veel landoppervlak vergt. Het duurt lang voordat een plant of boom die is gerooid en gebruikt als brandstof weer terug groeit, en voor men het weet verdwijnen hele bossen uit het landschap, zoals ook echt gebeurde in Europa voor de ontdekking van fossiele energie! Ter vergelijking: waar een zonnepark gemiddeld over een jaar 10 Watt per vierkante meter horizontaal oppervlak kan leveren, levert een bos hooguit 0,5 Watt per vierkante meter, oftewel ruim 20 keer minder!

Bij de huidige poging van “groene” regeringen om vanaf fossiele energie weer terug over te stappen op biomassa wordt gelukkig nauwelijks Europees bos ingezet: wijselijk importeren we onze biomassa vooral uit dunbevolkte regio’s in het buitenland, waar zoveel bos is dat het rooien niet opvalt en het verdwenen bos – zo is uiteraard de bedoeling – uiteindelijk weer kan terug groeien.

Foto: Vermeer NorthEast

Zelfs als die productiebossen inderdaad duurzaam beheerd worden blijft het een gekke gedachte: het aan de ene kant van de wereld “duurzaam” rooien van bossen voor onze warme douche terwijl klimaatwetenschappers juist aangeven dat het áánplanten van bossen nodig is om de almaar toenemende CO2 concentratie te remmen! Op papier kan het allemaal wel, maar is het ook de beste manier?

Naast serieuze bezwaren van wetenschappers over de feitelijke duurzaamheid van het grootschalige gebruik van biomassa voor laagwaardige energietoepassingen gaat de verbranding van biomassa gepaard met schadelijke emissies in de vorm van NOx en fijnstof die bijdragen aan luchtvervuiling, hoewel de geplande biomassacentrale bij Diemen volgens energieleverancier Vattenfall zal worden gevoed met gecertificeerd duurzame biomassa en zal voldoen aan strenge eisen voor de luchtkwaliteit.

Terzijde: Dat buitenland waar de Westerse wereld zijn groene brandstoffen vandaan haalt wordt door de bekende Amerikaanse milieufilosoof Stewart Brand wel gekscherend “Renewistan” genoemd, vrij vertaald zoiets als “Hernieuwbaristan”.

Is er echt geen alternatief?

De eerder genoemde studies waaruit blijkt dat biomassa voorlopig de beste – of in iedere geval minst slechte – optie is voor de verduurzaming van onze warmtenetten werden geschreven door adviesbureaus die zich nadrukkelijk toewijden aan de overstap op groene energie. Het palet aan technologieën waaruit zij selecteren en vergelijken is daarom beperkt tot uitsluitend fossiele of groene opties.

U voelt hem al aankomen: zij sluiten alle technologieën waarbij gebruik gemaakt wordt van kernenergie categorisch en onbesproken uit. Dat klinkt misschien gek maar het is logisch, want wanneer kernenergie wordt toegevoegd aan het palet aan mogelijkheden dan komt het – in een eerlijke vergelijking – vrijwel altijd ook meteen als beste optie uit de bus, en dat zou niet stroken met
de missie van deze adviesbureaus en niet met de marketingstrategie of politieke kleur van de bedrijven en overheden die doelbewust deze adviesbureaus inzetten.

Ecomodernisten geloven echter niet dat het verstandig is om technologieën met een bewezen staat van dienst en een groot potentieel om ideologische redenen uit te sluiten tijdens zoektochten naar oplossingen voor de grootste en meest hardnekkige en dringende bedreigingen voor onze gezondheid, welvaart en milieu. Daarom kijken wij welbewust niet alleen naar fossiele en groene energie, maar ook naar kernenergie.

Kernenergie als (stads)warmtebron

Het gebruik van kernenergie voor (stads)verwarming vindt al decennia plaats in veel landen binnen en buiten Europa. Met name in koude, noordelijke regio’s of regio’s waar men graag ziet dat de bossen oud en biodivers zijn, worden verschillende soorten grote en kleine nucleaire ketels ingezet voor de levering van stroom en warmte, of alleen warmte. Ook in Zwitserland bijvoorbeeld zijn verschillende nucleaire stadswarmteprojecten gerealiseerd, en de kosten zijn lager dan bij gebruik van aardgas, zelfs zonder CO2 beprijzing. Het ligt volgens Ecomodernisten dus voor de hand om goed te bekijken welke rol kernenergie voor de Nederlandse warmtevoorziening zou kunnen spelen, en of dat niet voordeliger zou zijn dan het terugvallen op biomassa.

Zonder hier al te diep op de technische, milieuhygiënische en economische details in te willen gaan zullen we op hoofdlijnen de mogelijkheden van kernenergie als duurzame stadswarmtebron nalopen.

Allereerst dienen we te beseffen dat het transporteren van warmte over lange afstanden kostbaar is – veel kostbaarder dan het transport van gassen of elektriciteit. Dat het aanleggen van warmtetransportleidingen inderdaad complex en risicovol is leren we uit de voortdurend falende plannen van vergroenende overheden om per se zonder kernenergie tot een fossielvrije warmtevoorziening te komen.

Duurzame warmtecentrales moeten bij voorkeur zo dicht mogelijk bij – of zelfs in – de warmte vragende gebieden kunnen worden gebouwd. Daarom zijn er een aantal belangrijke technologische verschillen tussen de bekende kerncentrales bedoeld voor elektriciteitsopwekking (krachtcentrales) en de speciale kerncentrales bedoeld voor warmtelevering (warmtecentrales).

Ten eerste moet een nucleaire warmtecentrale zo ontworpen zijn dat er bij een mogelijke storing of calamiteit in het ergste geval niet zoveel radioactiviteit vrij kan komen dat het verstandig zou zijn om de omgeving van de centrale uit voorzorg – laat staan voor langere tijd – te ontruimen. Ten tweede is het vermogen dat een warmtecentrale moet kunnen leveren meestal veel lager dan dat van een typische krachtcentrale. Ten slotte moet de centrale technisch eenvoudig en (dus) goedkoop zijn, met name omdat de warmtevraag in een land als Nederland erg seizoensafhankelijk is, en ook gedurende de dag sterk schommelt, waardoor de warmtecentrale relatief weinig op vollast zal draaien.

Het zal de lezer wellicht verrassen, maar het soort kerncentrale zoals hierboven omschreven is in Nederland al ruim een halve eeuw in gebruik, namelijk op de campus van de TU Delft.

De zwembadreactor

De Hoger Onderwijs Reactor (HOR) in Delft werd in de jaren ’50 gebouwd voor (omgerekend naar nu) ongeveer 30 miljoen euro en levert een zeer klein vermogen van 3 MW – ongeveer evenveel als 300 CV ketels. De HOR is een zogenaamde bassinreactor – ook wel zwembad- of poelreactor genoemd. De belangrijkste verschillen tussen een poelreactor en de reactor van een krachtcentrale is dat het water in de poel niet onder druk gehouden wordt maar gewoon in open verbinding staat met de omgeving, net als een zwembad. In principe zou je ook echt kunnen zwemmen in het water boven de reactor, maar dat is verboden in verband met de ordebewaking en het schoon houden van het water.

Het water in de reactorpoel wordt uiteraard warm door de kernreactie, en die warmte wordt afgevoerd door middel van buiten opgestelde convectoren. De hoeveelheid water in de reactorpoel is zo groot gekozen dat het weken zou duren voordat het water zou zijn verdampt, in geval de koeling uit zou vallen en er niemand zou zorgen voor het op peil houden van het waterniveau. Zolang er water in de poel zit kan de reactorkern niet droogkoken en (dus) niet smelten, waardoor er ook geen radioactief materiaal uit de brandstof kan lekken. Na een paar weken is de na-warmte van de kern (de warmte die ook na het stoppen van een kernreactie blijft vrijkomen) van de kern zo ver afgenomen dat de brandstof ook zonder bedekt te zijn door water koel genoeg blijft om niet te smelten. Deze combinatie van maatregelen om de brandstof van een reactorkern te beschermen tegen oververhitting wordt beschouwd als “inherent veilig” oftewel zo secuur dat de reactor niet voortdurend bemand hoeft te zijn en er geen bijzondere voorbereidingen getroffen hoeven te worden voor de eventuele ontruiming van de omgeving.

Die 3 MW van de HOR in Delft zou interessant kunnen zijn voor de verwarming van een dorp of industrieterrein, en er is wel eens gesproken om hem met behulp van een warmtepomp te koppelen aan het aardgasgestookte warmtenet van de TU Delft campus (vooral als demonstratieproject), maar om de geplande biomassacentrale bij Diemen te vervangen is veel meer vermogen nodig dan die 3 MW.

De geplande centrale bij Diemen heeft een vermogen van 120 MW – veertig keer zoveel als de kernreactor in Delft – en het hele Diemen warmtenet heeft een piekbelasting van ruim 500 MW.

35.000 Megawatt

De vraag is hoeveel vermogen een poelreactor eventueel zou kunnen opwekken? De hoogste vermogens ooit opgewekt in een poelreactor zijn voor wetenschappelijke onderzoek. De ACRR poelreactor van het Sandia National Laboratory bijvoorbeeld kan de ontzaglijke hoeveelheid van 35000 MW leveren (vijfendertigduizend MW). Dat vermogen is gelijk aan het vermogen van tien grote krachtcentrales, en genoeg om ruim een miljoen woningen van warmte te voorzien, maar dit enorme vermogen wordt in de ACRR maar kortdurend afgegeven – in een puls – omdat zoveel warmte niet kan worden afgevoerd. Wel mag duidelijk zijn dat het potentiele vermogen van een poelreactor in principe alleen begrensd wordt door de snelheid waarmee we de warmte kunnen afvoeren.

Praktische warmtecentrales op basis van kernenergie worden momenteel met name in China ontwikkeld, waar men kernenergie beschouwt als goedkope manier om van de huidige kolengestookte warmtecentrales af te komen. Een overstap op aardgas (zoals wij in Nederland deden in de jaren ’60) ligt in China minder voor de hand omdat aardgas (laat staan biomassa) veel duurder is dan steenkool. De moderne nucleaire warmtecentrales die de Chinezen ontwikkelen zijn daarentegen wél in staat om met aardgas te concurreren. Er zijn momenteel drie verschillende commerciële nucleaire warmtecentrales in verschillende staten van implementatie in China: een grote poelreactor van 400 MW (de DHR-400 “Yanlong”), een kleinere hybride reactor (een vat-inpoel-reactor, de NHR200-II) van 200MW, en een 200MW poelreactor met de opvallende naam “Happy200″.

Foto CNNC

Nucleaire warmte voor het Diemen net?

De investeringskosten van de Chinese warmtecentrales worden geraamd op ongeveer €500 per kW. Dat is (omgerekend naar vermogen) bijna tien keer zoveel als de investeringskosten van een aardgasketel. Maar de warmtecentrale heeft een ontwerplevensduur van minimaal 60 jaar tegen slechts 15 jaar voor de aardgasketel, en de nucleaire brandstofkosten van de centrale zijn veel lager dan de aardgaskosten van een aardgasketel.

Ook in vergelijking met de biomassacentrale komt de nucleaire warmtecentrale gunstig uit. De economische kentallen van een 400 MW poelreactor en een biomassacentrale zijn hieronder naast elkaar getabelleerd, en de nucleaire optie blijkt 35% goedkoper dan een biomassacentrale per eenheid geleverde warmte, zelfs als de poelreactor niet alleen de basislast maar ook de pieklast zou moeten bedienen!

Het zwaartepunt van de kosten van de poelreactor ligt daarbij overwegend bij de vaste onderhoudskosten (de personeelskosten van de centrale) en het rendement op de investering (dividenden en rentebetalingen), terwijl de kosten van de biomassacentrale overwegend bij de brandstofkosten liggen (het aanplanten, kappen, verwerken, transporteren en importeren van hout).

Conclusie en aanbeveling

Het is jammer dat de gemeente Amsterdam en energieleverancier Vattenfall de mogelijkheden van kernenergie niet tijdig hebben meegenomen bij de analyse en besluitvorming die heeft geleid tot de keuze om van fossiel over te stappen op gesubsidieerde biomassa. Een overstap op kernenergie zou Amsterdammers veel geld kunnen schelen, zou voor meer en betere werkgelegenheid kunnen zorgen, zou veel emissies van stikstof en fijnstof kunnen voorkomen, en zou voor een complete duurzame oplossing voor het Diemen-net kunnen zorgen, zonder afhankelijkheid van de ontwikkeling van technologieën die nu nog te duur zijn of niet beschikbaar zijn.

Het zou goed zijn voor politici die zich willen inzetten voor mens en milieu om te (laten) onderzoeken waarom de toepassing van kernenergie werd uitgesloten in het voortraject van de biomassacentrale bij Diemen, en hoe ervoor gezorgd kan worden dat dit niet nogmaals gebeurt. Ook voor de overige geplande biomassacentraleprojecten in Nederland zou het goed zijn om dit te onderzoeken.

De Chinese warmtecentraleontwerpen genoemd in dit artikel bevatten geen nieuwe technologie die niet ook al in Nederland bekend is, en zou ook door Nederlandse bedrijven kunnen worden geïmplementeerd (zonder patentschending). In dit artikel hebben we de Chinese centrales alleen gebruikt als voorbeeld.

Bijlage: Tabel met economische kentallen voor de vergelijking van biomassa en nucleair.

Tabel 1: Tabellarisch overzicht van de economische kenmerken van een biomassacentrale en nucleaire centrale