Energie benutten van de zon
WAT een ondraaglijke hitte! Hebt u dat wel eens verzucht toen u in een auto stapte die lange tijd gesloten in de zon had gestaan? Ongetwijfeld zal dat u ervan overtuigd hebben dat de zonnestraling een reusachtige bron van energie vormt.
En wat zouden we met die energie niet kunnen doen: onze huizen verwarmen, onze huishoudelijke apparaten laten werken, onze steden verlichten, onze voertuigen laten lopen; ja, elke denkbare energiebehoefte zouden we ermee kunnen dekken. Op de aarde valt zelfs zoveel zonne-energie dat wanneer de mens die energie slechts vijftien minuten lang zou kunnen opvangen en opslaan, hij genoeg zou hebben om de hele wereld zoals ze thans reilt en zeilt een jaar lang van energie te voorzien!
Niettemin zijn er sceptici die menen dat de zonneschijn te weinig geconcentreerd op de aarde valt om ooit als praktische bron van energie te kunnen worden aangewend. Aan de andere kant weet J. T. Kane, redacteur van Professional Engineer, te melden dat „op een gemiddeld gebouw in de V.S. jaarlijks zes- tot tienmaal zoveel zonne-energie valt als nodig zou zijn om dat gebouw te verwarmen”.
Maar is het gebruik van zonne-energie werkelijk praktisch? Kunnen huizen in deze tijd een economisch gebruik maken van deze fabuleuze energiebron?
Een praktische bron van energie?
Wel, u zult verrast zijn over de vooruitgang die reeds is geboekt. „Zonne-energie is geen theorie meer”, aldus de bekende geoloog Dr. M. K. Hubbert, „wij spreken over dingen die reeds bestaan, dingen die we al kunnen doen.”
Wat zijn enkele van die dingen? Kan bijvoorbeeld de zon al worden benut om een huis van elektriciteit te voorzien? In een ingezonden brief aan de New York Times verklaarde de Amerikaanse senator J. Abourezk: „De technologie voor de omzetting van zonne-energie in behoorlijke hoeveelheden elektriciteit is beschikbaar.” Daarom dat de senator erop aandrong: „De belangrijkste inspanning zal zich dienen te concentreren op de omzetting van zonne-energie in bruikbare elektrische energie.”
Vooralsnog bestaat hier echter geen economische manier voor. Dat de zon alle elektrische energie voor een woonhuis zou kunnen leveren, daarover bestaat inderdaad geen twijfel meer; de rondcirkelende ruimtevaartuigen die zonne-energie voor hun elektrische apparatuur opvangen, hebben dat genoegzaam bewezen. Maar voor „huishoudelijk gebruik” zijn de toegepaste methoden nog te duur om praktisch te zijn.
De meeste autoriteiten zijn daarom van mening dat de eerste stap op weg naar benutting van zonne-energie niet moet worden gezocht in de richting van elektriciteit, maar in het verwarmen van water en het verwarmen en koelen van gebouwen. Volgens vele zonne-deskundigen is het voor huiseigenaars nu al praktisch hiertoe over te gaan. De bedoeling is daarbij de zonnewarmte op te vangen, op te slaan en daarna te laten circuleren om het huis te verwarmen of haar te gebruiken voor de aandrijving van een air-conditioner.
D. E. Wilbur, directeur van de afdeling verkoop en marktonderzoek van A. D. Little, een firma die betrokken is bij het zonne-onderzoek, merkte op: „Alle materialen voor het aanbrengen van zonnewarmte-apparatuur zijn momenteel op de markt beschikbaar. Alles wat nodig is, is een firma die bereid is het hele pakket samen te voegen en het voor de algemene verkoop aan te bieden.”
Zullen bepaalde firma’s hier snel toe overgaan? P. E. Glaser, een vice-president van de Little-firma, is optimistisch. „Binnen drie tot vijf jaar”, aldus zijn woorden, „kan men een zonnewarmte-systeem per postorder bestellen.”
Bestaat er reden voor een dergelijk optimisme? Staat een grootscheepse zonnewarmte-industrie voor de deur?
Toenemende belangstelling — waarom?
Dat zonne-energie zich in een toenemende belangstelling mag verheugen, is zonder meer duidelijk. Vorig jaar mei bezochten duizenden personen een studieles over zonne-energie, georganiseerd door de Industrieënassociatie voor zonne-energie te Washington, D.C. En toen het milieu-informatiecentrum van Winter Park in Florida een gratis brochure aankondigde: „Hoe bouw ik mijn eigen zonne-boiler”, was men de eerste 5000 exemplaren binnen tien dagen kwijt.
Kranten en tijdschriften bevatten een stroom van informatie over zonne-energie die wordt toegepast voor het verwarmen van zwembaden, woonhuizen, scholen en andere gebouwen. Om er slechts enkele te noemen:
◆ Een constructeur in Colorado is bezig zonnewarmte-apparatuur in een nieuw woningbouwproject te installeren.
◆ De stad Santa Clara in Californië heeft plannen om een nieuw gemeenschapscentrum te verwarmen en te koelen met energie van de zon.
◆ In Frankrijk en Engeland zijn zonne-huizen gebouwd, bij resp. Avignon en Le Havre en bij Liverpool.
◆ In Oss staan de eerste woningen in Nederland waar experimenten worden uitgevoerd om zonne-energie gedeeltelijk voor de verwarming van woning en water te laten zorgen.
◆ In Atlanta, in de Amerikaanse staat Georgia, wordt een school voorzien van een zonneverwarmingsinstallatie; in de buurt van Washington, Baltimore en Boston worden al scholen verwarmd met zonne-energie.
◆ In Zweden is een apparaat uitgevonden dat in staat is minstens 50 percent van de beschikbare zonne-energie te gebruiken voor het drogen van graan en hooi.
Waardoor is deze belangstelling voor zonne-energie zo gestimuleerd? Voornamelijk wegens het feit dat een verandering in de energieopwekking hoe dan ook onvermijdelijk is. Onze voornaamste energiebronnen van dit moment — olie, aardgas en kolen — zijn immers beperkt voorradig, terwijl volgens sommige deskundigen de reserves al spoedig uitgeput zullen zijn. De brandstofprijzen zijn reeds de hoogte ingeschoten. En bovendien begint het gebruik van fossiele brandstoffen het milieu op onaanvaardbare schaal te verontreinigen.
Toekomst voor zonne-energie verheldert zich
Er is voor zonne-energie veel te zeggen. Het is in overvloedige mate en voor iedereen beschikbaar, vervuilt de omgeving niet en is gratis; alleen de opvang kost geld. Maar er wordt al beweerd dat zonnewarmte-apparatuur, indien eenmaal in massa geproduceerd, goedkoper zal zijn dan de momenteel in gebruik zijnde verwarmingssystemen.
Wegens de voordelen die zij maar al te goed kennen, dringen veel geleerden krachtig op het gebruik van zonne-energie aan. Dr. H. I. Zeliger, een Newyorkse scheikundige, ging zelfs zo ver om op een internationale milieuconferentie nog niet zo lang geleden te verklaren: „Het lijkt me voor de hand te liggen dat de enige oplossing op lange termijn voor het probleem van de wereld-energievervuiling is gelegen in het gebruik van zonne-energie.”
Langzamerhand wint deze energiebron ook aan politieke geloofwaardigheid. Jarenlang besteedde de Amerikaanse regering maar zo’n 100.000 dollar per jaar aan zonne-energieprojecten. Maar in 1973 sprong dit bedrag omhoog tot $4 miljoen, daarna, in 1975, tot naar schatting $25 miljoen, en volgens welingelichte kringen van het Congres zal in 1976 meer dan 100 miljoen dollar aan zonne-onderzoek en -ontwikkeling worden uitgegeven.
In sommige landen wordt zonne-energie reeds aangewend om in een groot deel van de warmwaterbehoefte te voorzien. In Japan werden bijvoorbeeld in 1974 160.000 zonne-boilers verkocht. In Israël schijnen thans 150.000 van zulke zonne-installaties in gebruik te zijn, die ongeveer één op elke vijf gezinnen van zongewarmd water voorzien. En in Australië zijn ongeveer 10.000 huizen met zonne-boilers toegerust.
Ook in de Verenigde Staten zal zonne-energie spoedig een belangrijke energiebron kunnen blijken. Het zal u misschien verbazen, maar ruim 80 percent van wat een gemiddeld huisgezin daar aan energie uitgeeft, komt voor rekening van warm water, koeling en verwarming van de woning. En meer dan een kwart van alle energie van het land, wordt voor deze drie doeleinden aangewend! Zou de zon hiervoor worden benut, dan zou dit dus dagelijks honderden miljoenen liters olie sparen.
Eind vorig jaar bleken in de V.S. bijna tweehonderd zonne-huizen voltooid, in aanbouw of op tekening te staan. Om deze huizen van de benodigde apparatuur te voorzien, is een industrie voor zonnewarmte-apparatuur ontstaan; tientallen zonne-instrumentmakers schijnen momenteel druk in de weer te zijn. Maar hoe werkt zo’n modern zonneverwarmings-systeem, is wellicht uw vraag.
Hoe de zonne-energie wordt „getemd”
Aangezien de zonne-industrie nog in haar kinderschoenen staat, is er nog maar weinig standaardisatie, maar het basissysteem voor het nuttige gebruik van zonne-energie bestaat uit een „collector” die de zonnestraling opvangt, een opslagtank om de warmte vast te houden en een distributiesysteem om de warmte in de benodigde porties af te staan.
De collector bevindt zich gewoonlijk in het dak, geplaatst onder een bepaalde hoek om een maximum-hoeveelheid zonlicht te kunnen opvangen. Het basisprincipe van de collector is dat van een broeikas. Zwarte absorberende panelen zijn afgedekt met glas of plastic. De panelen kunnen bestaan uit aluminium dat met een speciale hitteabsorberende zwarte verf is bestreken. Een vloeistof, meestal water, wordt via pijpleidingen door de zwarte panelen gevoerd. Bij één systeem zijn de panelen gegolfd en is elke golf geribbeld doorsneden met radiator-achtige pijpen.
Zonlicht passeert het glas of plastic en de warmte ervan wordt door de zwarte panelen opgevangen en vastgehouden. Het water dat door de pijpen stroomt, kan wel tot meer dan 95° Celsius verhit worden. Dit hete water stroomt naar de opslagtank, gewoonlijk in de kelder. Bij eenvoudige systemen bevindt de tank zich echter te zamen met de collectoren op het dak. Een tank van 530 liter kan een gezin van ongeveer vier personen van heet water voorzien.
Wil men echter ook verwarmen en koelen, dan heeft men voor een gemiddeld huis al een opslagtank van verscheidene duizenden liters nodig. Bij één systeem wordt het huis als volgt verwarmd: Het warme water stroomt door hevelwerking van de tank naar warmtespiralen in de leiding. Daarna wordt er lucht door de spiralen geblazen, en deze verwarmde lucht circuleert door het huis om het te verwarmen.
Om het huis te koelen wordt het warme water door een air-conditioner geleid, die in plaats van zoals normaal de warmte van een gasbrander, de warmte van het water benut. Voor deze zonne-air-conditioning is veel te zeggen omdat hoe krachtiger de zonnestraling, hoe meer energie er automatisch geleverd wordt om voor de extra air-conditioning te zorgen.
Maar kan een efficiënt zonnewarmte-systeem nu reeds op grote schaal worden geproduceerd? Veel geleerden menen van wel. Twee professoren aan de Syracuse-universiteit in de staat New York schreven: „De technologie is ver genoeg om het op grote schaal te gaan toepassen. Sommige onderzoekers, ingenieurs en architecten, met inbegrip van leden van de Onderzoekraad inzake energie van de Syracuse-universiteit, menen dat het reeds op dit moment mogelijk is zelfs op onze breedtegraad [dezelfde als van Madrid] huizen te bouwen die geheel door zonne-energie worden verwarmd.”
Zoals we reeds eerder opmerkten, menen sommige zonne-deskundigen dat er al binnen drie tot vijf jaar een zonnewarmte-systeem op de markt zal zijn. Aan de andere kant blijft volgens professor R. Winston, hoogleraar aan de Chicago-universiteit en ook reeds jarenlang onderzoeker op het gebied van zonne-energie, met dergelijke voorspellingen voorzichtigheid geboden. „Van een handjevol zonne-huizen naar het kopen van een zonnewarmte-systeem in een catalogus, is het nog een lange weg”, aldus zijn manende woorden.
Het zal interessant zijn de verdere ontwikkelingen te volgen. Maar hoe staat het ondertussen met de vooruitzichten op zonne-elektriciteit?
Zonne-energie voor de opwekking van elektriciteit
Er bestaan twee veelbesproken manieren om met zonne-energie elektriciteit te produceren. Ten eerste zou men zonlicht kunnen gebruiken om een vloeistof te verwarmen en zodoende stoom op te wekken, waarmee een turbine kan worden aangedreven, die op zijn beurt weer aan een generator (dynamo) is gekoppeld. De schattingen zijn dat een terrein van 13 tot 18 vierkante kilometer voor de opvang van zonnewarmte, in voldoende energie zou kunnen voorzien om een zonnecentrale met de grootste kernenergiecentrales te laten wedijveren. Op de bouw van een dergelijke zonnecentrale is door sommigen al krachtig aangedrongen.
„Het lijkt mogelijk”, aldus Dr. R. C. Jordan, hoofd van de afdeling werktuigkunde en vliegtuigbouw van de universiteit van Minnesota, „dat met gebruik van de huidige materialen en processen wel 20 percent van de zonne-energie die thans op een bepaalde plek op aarde valt, in thermische energie [warmte] is om te zetten en daarna in bruikbare elektrische energie. Dit zou genoeg energie betekenen om de behoeften van dit land [V.S.] voor vele komende jaren te dekken, tegen kosten die we kunnen opbrengen en met gebruikmaking van nutteloze stukken land — woestijnen bijvoorbeeld — zonder enige vervuiling te veroorzaken.”
Met dit soort van elektrische centrales zoekt men het echter volgens velen in de verkeerde richting. Dr. E. A. Farber, een zonne-deskundige die aan het hoofd staat van een van de grootste research-inspanningen op dit gebied, meent dat het niet nodig is „een grote centrale in Arizona te bouwen en dan de energie naar Florida te zenden. Zonne-energie valt op uw dak, in uw tuin, op de muren van uw huis. Het kan ter plaatse economisch worden aangewend. Daarvoor hebben we geen grote zonne-energiecentrales nodig”.
En het is waar, zonne-energie kan ter plaatse in elektriciteit worden omgezet. Dit is mogelijk dank zij zonnecellen — dunne, wafelachtige schijven van silicium die een elektrische stroom leveren wanneer er licht op valt. Deze foto-elektrische cellen voorzien reeds ruimteschepen van elektriciteit, terwijl negentig vierkante meter ervan op het dak van uw huis voldoende zou zijn om in alle elektrische behoeften van uw gezin te voorzien. Alleen: zonnecellen zijn veel te duur voor zulk gebruik. Hoewel niet in alle gevallen, aldus de Amerikaanse senator J. Abourezk.
„Er zijn”, aldus zijn woorden, „over het hele land tal van laboratoriums die voortdurend foto-elektrische cellen ontwikkelen, die in serie geproduceerd concurrenten zouden kunnen gaan worden van andere vormen van elektriciteitsopwekking (althans volgens de mening van zonne-ingenieurs) . . . Bovendien zal de omzetting van zonne-energie in elektrische energie op veel meer mensen van invloed zijn dan de pogingen om in elk huis zonneverwarmings- en koelapparatuur te plaatsen.”
Welke toekomst voor zonne-energie?
Ja werkelijk, in de zon beschikken wij over een rijke, overvloedige, milieuschone energiebron die in heel wat menselijke energiebehoeften zou kunnen voorzien. Hoe zal dit worden gedaan? Wanneer? Dat zijn de vragen.
Toegegeven, er zijn obstakels. In het blad Machine Design stond de opmerking: „Dat zonne-energie grotendeels is genegeerd, is waarschijnlijk te wijten aan de economie, de gevestigde belangen en de regeringsbureaucratie, die allemaal zijn gefundeerd op fossiele-brandstofsystemen.”
Zullen zulke obstakels overwonnen worden? Zal men zich er werkelijk op gaan toeleggen deze niet-vervuilende energiebron tot ontwikkeling te brengen, om zodoende de snel verdwijnende aardreserves aan olie, aardgas en kolen te behouden? Het zal interessant zijn dit te volgen.