Free Press

Als u bij de term “hernieuwbare energie” denkt aan een zee van zonnepanelen of torenhoge windturbines, dan bent u niet de enige. Het wordt steeds gebruikelijker om energie uit zon en wind op te vangen. Dat komt omdat deze “schone” energiebronnen elektriciteit opwekken zonder onze lucht te vervuilen. Net zo belangrijk is dat er geen kooldioxide vrijkomt in de atmosfeer. Dat broeikasgas houdt de zonnewarmte vast en draagt bij aan ons veranderende klimaat.

Maar zonne- en windenergie hebben één groot nadeel: Ze zijn niet altijd beschikbaar. De zon schijnt alleen overdag. Wind komt en gaat. Er zijn maar weinig plaatsen waar de wind constant genoeg is om altijd elektriciteit op te wekken. En hoe makkelijk het ook klinkt, energie opslaan voor later gebruik is een grote uitdaging gebleken.

Maar oceaangolven? Iedereen die wel eens op het strand is geweest, weet dat golven ’s morgens, ’s middags en ’s avonds op de kust slaan. En dat maakt ze ideaal voor het genereren van energie de klok rond. Nu zoeken wetenschappers uit hoeveel energie golven kunnen leveren.

Wanneer de wind over het wateroppervlak waait, creëert hij golven. Als u ooit op een winderige dag witte schuimkappen op een oceaan of een meer hebt gezien, hebt u dit in actie gezien. De wind doet het water aan het oppervlak op en neer deinen. Hoewel het lijkt alsof het water van de ene plaats naar de andere reist, gaat het in feite niet erg ver. Het beweegt in cirkels – op, op, op naar de top van de golf, dan naar beneden, naar beneden, naar beneden aan de andere kant.

Dat is waar, tenminste, als het water heel diep is, zoals in de oceaan. Die zachtjes deinende golven worden “deining” genoemd. Maar golven veranderen als ze dicht bij de kust komen.

Als het water ondieper wordt, kan het geen rondjes meer lopen. De grond zit in de weg. Het water botst tegen de oceaanbodem, waardoor de cirkel een ovaal wordt. Net als iemand die over iets struikelt, “struikelt” het water over de bodem. Het bovenste deel glijdt langs de bodem. De golf “breekt” en komt dichter bij het strand.

Golfenergiesystemen gebruiken de beweging van het water om elektriciteit te maken. Sommige soorten van deze apparaten benutten de kracht van brekende golven. Anderen maken gebruik van deining. Weer anderen maken gebruik van de druk van golven nabij de oceaanbodem. Toch hebben ze allemaal hetzelfde doel: golfenergie omzetten in elektrische energie. Die elektriciteit kan worden gebruikt om het elektriciteitsnet van stroom te voorzien. Dat is het netwerk van kabels dat elektriciteit naar huizen en gebouwen transporteert zodat we het kunnen gebruiken.

Golfenergie is beperkt tot gebieden bij de oceaan. Immers, de kabels die elektriciteit vervoeren kunnen slechts zo lang zijn. Maar 40 procent van de wereldbevolking woont binnen 100 kilometer van de oceaan. Dat betekent dat een heleboel lampen, TV’s en tablets door golven zouden kunnen worden aangedreven.

Met al die belofte voor golfenergie, testen onderzoekers hoe goed verschillende soorten generatoren oceaanenergie omzetten in elektriciteit. Onderweg proberen ze ervoor te zorgen dat het zeeleven niet wordt geschaad in het proces.

Kracht waar het nodig is

De eerste stap om golfenergie te creëren? Het uitzoeken van de beste plaats om die energieconvertoren te plaatsen.

Niet alle kustgebieden zijn geschikt voor het opwekken van golfenergie. De vorm van het land onder de zee verandert de grootte en de vorm van de golven. Golfenergie-omzetters zijn ook kostbaar. De beste plekken moeten veel golfslag hebben, maar niet zoveel dat de omvormers in een storm beschadigd kunnen raken.

Om de beste plekken uit te zoeken, wenden wetenschappers zich tot computermodellen. Joao Morim Nascimento en Nick Cartwright zijn milieu-ingenieurs in Australië. Beiden werken aan de Griffith University in Southport, Queensland. Een milieu-ingenieur werkt aan het verminderen van vervuiling en afval. Het tweetal wilde goede plaatsen vinden voor golfenergieconvertoren langs de zuidoostkust van hun land. Daar liggen verschillende grote Australische steden. Omdat er zoveel mensen aan de kust wonen, zou dit gebied geweldig kunnen zijn voor golfenergie.

De onderzoekers begonnen met een bestaand computermodel genaamd SWAN. (Die naam staat voor Simulating WAves Nearshore.) SWAN is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Delft in Nederland. Het voorspelt de kracht en locatie van oceaangolven. Daartoe houdt het rekening met zaken als wind, kenmerken van de oceaanbodem en interacties tussen meerdere golven.

Morim Nascimento en Cartwright pasten SWAN aan om het toe te passen op Zuidoost-Australië. Zij voegden details toe over de diepte van het water tot op een afstand van 50 kilometer (31 mijl) van de kust. Zij voegden ook gegevens toe over de winden en golven in de regio. Daarna testten ze het model met gegevens van boeien in de oceaan. De ingenieurs pasten het model aan totdat het de hoeveelheid golfenergie die door de boeien werd geregistreerd, nauwkeurig voorspelde.

Het model hielp het team bij het vinden van “hotspots” – plaatsen met wat Cartwright omschrijft als een “overvloed aan golfenergie”. Elke locatie bevindt zich binnen 5 kilometer van de kust in water dat niet dieper is dan 22 meter (72 voet). Deze zijn ideaal, legt hij uit, omdat het gemakkelijker en goedkoper is om de stroom van deze locaties naar de kust te krijgen dan van verder weg.

“Er is meer dan genoeg natuurlijke energie daar in de oceaan,” zegt hij. “De uitdaging is om er genoeg van te benutten en om te zetten in stroom” die mensen kunnen gebruiken. Een deel van die uitdaging is de oceaan zelf. Golven beuken voortdurend op de apparatuur. De apparatuur kan ook te maken krijgen met extreme weersomstandigheden. Zeer grote stormgolven kunnen de converters beschadigen, zegt Cartwright. En, voegt hij eraan toe, zout zeewater tast metalen onderdelen aan of breekt ze af.

zeetapijt

Wetenschappers en ingenieurs proberen op allerlei manieren deze uitdagingen aan te gaan. Hun ideeën hebben geleid tot vele soorten ontwerpen. Sommige converters drijven aan het oppervlak, vastgemaakt aan golfgeneratoren op de oceaanbodem. Bij andere is het ene uiteinde verankerd aan de zeebodem en kan het andere vrij heen en weer bewegen wanneer de golven eroverheen spoelen. Weer andere maken gebruik van lucht- of waterdruk om elektriciteit op te wekken.

Een van de nieuwste systemen lijkt een beetje op een plat tapijt. Mohammad-Reza Alam en zijn team van de universiteit van Californië in Berkeley hebben de convertor ontworpen om een modderige zeebodem na te bootsen. Plaatsen met veel modder zijn goed in het absorberen van inkomende golven, legt Alam uit. Vissers in ondiepe zeeën gaan vaak naar modderige gebieden als het ruw weer is. Boten die daar rondhangen zijn beschermd tegen grote golven als ze een storm uitzitten.

Als modder zoveel energie kan absorberen, redeneerde Alam, dan zou een energie-omzetter die zich gedraagt als modder hetzelfde moeten doen. Dat zou hem uiterst efficiënt maken bij het oogsten van golfenergie.

Het “tapijt”-gedeelte van zijn convertor is gemaakt van een gladde plaat rubber. Het rust dicht bij de zeebodem, waar het kan buigen en buigen, samen met de golven. Als het op en neer beweegt, duwt het berichten in en uit een zuigerpomp. De pomp zet de beweging van de zuiger om in elektriciteit, die dan via een kabel naar het elektriciteitsnet gaat.

Het tapijt is in staat om bijna alle energie uit de golven te halen, zegt Alam. En het zou in staat zijn om veel huizen van stroom te voorzien. Elk uur, zegt hij, “kan elke vierkante meter van het tapijt ongeveer 2,5 kilowatt uit het water bij de kust van Californië halen.” Dat is twee keer de hoeveelheid elektriciteit die een doorsnee Amerikaans huis elk uur gebruikt

“Als we dezelfde stroom uit zonne-energie willen halen,” zegt Alam, “hebben we 14 vierkante meter aan zonnepanelen nodig.” Dat is 14 keer zo veel! Hij zegt dat een golftapijt op ware grootte waarschijnlijk ongeveer 10 meter breed en 20 meter lang zou zijn. Het zou dus in staat moeten zijn om 500 kilowatt elektriciteit per uur op te wekken – genoeg om meer dan 400 huizen van stroom te voorzien – de klok rond.

Op andere plaatsen, zoals in Noord-Europa, zijn de golven energieker. Een golftapijt zou daar dus meer elektriciteit kunnen opwekken, merkt Alam op. Aan de andere kant zouden zwakkere golven op plaatsen als de Golf van Mexico niet zoveel elektriciteit in het elektriciteitsnet kunnen pompen.

Geankerd aan de zeebodem, ligt de hele structuur net boven de zeebodem. Dus het is volledig uit het zicht. Dat is belangrijk voor veel mensen die tijd op het strand doorbrengen. Zij zien niet graag grote energieopwekkende constructies (zoals windturbines) wanneer ze aan het zwemmen of zeilen zijn. Veel windmolenparken liggen zelfs ver van de kust, zodat strandgasten ze niet zien. Het golftapijt kan zich echter dicht bij de kust bevinden. Dat betekent dat de kabels die de elektriciteit naar het net transporteren veel korter kunnen zijn. En de elektriciteit die door het tapijt wordt opgewekt, zou dus minder moeten kosten.

Goed voor het milieu?

Het staat buiten kijf dat het vinden van nieuwe bronnen van duurzame energie goed is voor het milieu. Minder vervuiling en minder broeikasgassen zijn goed voor mensen, planten en dieren. Maar schone energiebronnen kunnen nog steeds problemen veroorzaken.

Windturbines kunnen bijvoorbeeld in de weg staan van migrerende vogels en vleermuizen. (Sommige schattingen zeggen dat honderdduizenden van deze dieren elk jaar kunnen sterven als gevolg van botsingen met de massief draaiende wieken). De lagere hoogte van golfenergie-omzetters betekent dat ze waarschijnlijk niet in de weg zouden staan van migrerende dieren. Maar “we moeten hun interactie met het mariene milieu zorgvuldig overwegen,” zegt Deborah Greaves. Zij is een oceaaningenieur aan de Universiteit van Plymouth in Engeland.

Eén punt van zorg is de eventuele ecologische impact van het absorberen van al die energie van inkomende golven. (Dat is tenslotte hoe ze elektriciteit opwekken – door golfenergie om te zetten in elektrische energie). Door energie aan de golven te onttrekken, zal er minder energie overblijven wanneer de golven verder richting kust gaan. Ze zullen kleiner zijn, althans voor een bepaalde afstand. Kleinere golven kunnen leiden tot minder menging van voedingsstoffen in de waterkolom (dat is het water tussen een bepaald stukje oceaanbodem en het oppervlak daarboven). En dat kan gevolgen hebben voor de soorten die daar leven, zegt Greaves. “Maar het kan ook een voordeel zijn,” voegt ze eraan toe. Golfenergieconvertoren kunnen immers helpen om de kust enigszins te beschermen” door erosie tegen te gaan.

De elektrische generatoren kunnen ook invloed hebben op de manier waarop dieren in het wild met elkaar omgaan. Veel vogels en zeezoogdieren jagen op vis in gebieden die ideaal zouden kunnen zijn voor golfslagomzetters. Het is mogelijk dat golfslagcentrales zelfs vissen aantrekken als de kleinere dieren die ze eten er hun toevlucht zoeken. Dat kan dan weer hongerige roofdieren aantrekken. Dit zou het zeeleven in het gebied een impuls kunnen geven. Maar vissen, zeehonden en andere dieren kunnen ook verstrikt raken in de lange kabels waarmee de drijvende energieconvertoren zijn verankerd. Onderzoekers moeten dus bestuderen waar ze deze omvormers willen installeren om er zeker van te zijn dat ze de plaatselijke ecosystemen niet schaden.

Een ander punt van zorg: De omvormers zullen lawaai maken. Dit kan een probleem zijn voor vissen, dolfijnen en andere dieren die afhankelijk zijn van geluid om voedsel te vinden of om te communiceren. Het diepe gerommel van een boot en de luide ping van sonar veroorzaken allerlei problemen voor oceaandieren. Deze dieren kunnen moeite hebben om voedsel te vinden of gedesoriënteerd raken. Maar, zegt Greaves, het is onwaarschijnlijk dat golfbrekers veel lawaai maken. Het lawaaiigste deel zou gebeuren wanneer de converters voor het eerst op een bepaalde plaats worden geïnstalleerd. Als ze eenmaal draaien, zouden ze tamelijk stil moeten zijn.

Aan de andere kant zouden golfbrekers de basis kunnen vormen voor een kunstmatig rif als algen, mosselen, zeepokken of koralen zich in de structuur vastzetten en beginnen te groeien. Dergelijke riffen bieden bescherming aan vissen en ander zeeleven. Dat kan de diversiteit van het mariene leven in het gebied vergroten. Ze zouden nuttig kunnen zijn, zolang die beestjes de beweging van de golfconvertor niet hinderen.

“Vanuit de enorme hulpbronnen van de oceaan heeft golfenergie het potentieel om een enorme bijdrage te leveren aan onze schone energiebehoeften van de toekomst,” zegt Greaves. Maar, waarschuwt ze, “het moet op een duurzame manier gebeuren, in harmonie met het mariene milieu.”