Educatie wijst de weg naar energietransitie

Veel mensen in Nederland gebruiken al hernieuwbare energiebronnen om hun huis te verwarmen en hun auto aan te drijven. Nederland behoort tot de koplopers in Europa, zowel wat betreft het gebruik van elektrische voertuigen als het gebruik van zonnecellen voor elektriciteit per hoofd van de bevolking. Al voor de oorlog in Oekraïne en de omhoogschietende brandstofprijzen werd de energietransitie als cruciaal beschouwd, maar nu heeft zij een heel nieuw leven gekregen en is er nog veel te bereiken.

Milos Cvetkovic, universitair docent in de groep Intelligent Electrical Power Grids aan de TU Delft, legt uit: "Het grootste deel van onze energie-infrastructuur werd vlak na de Tweede Wereldoorlog ontwikkeld. In de jaren tachtig en negentig dacht men dat er niet veel meer te doen was. Maar toen begonnen we te leren over klimaatverandering. Aan het begin van mijn wetenschappelijke carrière, in 2009, was al duidelijk dat we nieuwe duurzame energiebronnen nodig zouden hebben, naast nieuwe ideeën over hoe die te integreren. Nu, dertien jaar later, hebben we meer dan ooit beide nodig als we onze koolstofvoetafdruk willen verkleinen."

Focus op ontwikkeling

Cvetkovic studeerde elektrotechniek in Belgrado en Pittsburgh. "Zoals veel jongeren wilde ik iets bijdragen aan de maatschappij. Ik wilde mijn hersencellen en handen nuttig maken. Werken aan hernieuwbare energie leek een goede manier om dat te doen. Ik had altijd gedacht dat ik in het bedrijfsleven zou gaan werken, maar tijdens mijn promotie ontdekte ik dat ik van onderzoek hou, van de gemeenschap en de mindset van studenten." Na een postdoc aan MIT ging Cvetkovic aan de slag bij de TU Delft. "Delft zet sterk in op technologieontwikkeling. Volgens mij werken er hier 900 onderzoekers aan energiegerelateerde onderwerpen, van nieuwe technologische concepten tot de toepassing van technologie. Dat is niet alleen maar PR: na zes jaar Delft ontmoet ik hier nog steeds mensen waarvan ik niet wist dat ze in het energieveld werken. Het is geweldig om daar deel van uit te maken."

Na zes jaar Delft ontmoet ik hier nog steeds mensen waarvan ik niet wist dat ze in het energieveld werken. Het is geweldig om daar deel van uit te maken.

Slimmere oplossingen voor het elektriciteitsnet van vandaag

Cvetkovic werkt aan de integratie van hernieuwbare energie en bevindt zich midden in hectische ontwikkelingen. "Verwarmen, bijvoorbeeld, wordt nu voornamelijk gedaan door aardgas te verbranden. We moeten een duurzaam alternatief vinden. Een groot deel van de verwarmingsoplossingen zal op de een of andere manier gebruikmaken van elektriciteit. Hetzelfde verhaal geldt voor transport dat steeds meer elektrisch wordt. Over de hele linie zullen we afhankelijker worden van het elektriciteitsnet om elektriciteit op te wekken en te leveren. Daarom moeten we het netwerk naar de volgende fase van zijn evolutie brengen, waarin er ruimte is voor zowel veel producenten van zonne- en windenergie als een breed scala van energiegebruikers. Er is veel te doen: we moeten het netwerk verstevigen, groter en sterker maken, maar ook een geschatte 30% volledig herinrichten om nieuwe ontwikkelingen mogelijk te maken. Dat is een enorm deel, dat veel tijd en middelen vergt. In de tussentijd moeten we slimmere oplossingen omarmen om ervoor te zorgen dat het huidige netwerk de uitdagingen die nieuwe energietechnologieën met zich meebrengen, zoals variabiliteit, aankan. Dan hebben we het over slimmere controles, meer sensoren, betere modellen om te begrijpen wat er aan de hand is. Allemaal om het net beter te kunnen beheren en de elektriciteitsstromen te kunnen reguleren.”

Uitwisseling van energie en geld

Naast de ontwikkeling van de basiselementen van energietechnologieën is Cvetkovic vooral geïnteresseerd in het beheer en de regulatie ervan. "Stel je voor dat we allemaal onze elektrische auto's inpluggen zodra we na het werk thuiskomen. Dan zal het net vastlopen omdat er teveel elektriciteit tegelijkertijd wordt verbruikt. Wat we kunnen doen met betere energiebeheersystemen is het verbruik verder richting de nacht opschuiven, wanneer het net minder belast wordt. Dat is een bekend voorbeeld, maar er zijn nog veel meer opties denkbaar, zoals het gebruik van elektrische voertuigen als mobiele elektriciteitsopslagpunten en zelfs het transporteren van energie over blokkades in het net door middel van opgeladen elektrische voertuigen die over de snelweg rijden. De sleutel tot dergelijke oplossingen is de manier waarop ze worden gecoördineerd. Ik ontwikkel energiebeheersystemen die dergelijke taken kunnen uitvoeren. Tegelijkertijd bekijk ik deze uitdagingen ook vanuit economisch oogpunt. Er moet een goede stimulans zijn voor eigenaars van elektrische voertuigen om hun auto voor een dergelijk doel te laten gebruiken. Het gaat niet alleen om algoritmes voor energie-uitwisseling, maar ook om geld-uitwisseling."

De boodschap verspreiden

Over de vooruitgang in het veld neemt Cvetkovic geen blad voor de mond. "Het moet sneller. Ons tempo is niet hoog genoeg om de snelheid van de klimaatverandering bij te houden. We worden momenteel afgeremd door uitdagingen over het hele spectrum. Zo zouden netbeheerders graag hun netwerk versterken en iedereen aansluiten die wil bijdragen, maar ontbreekt het hen aan arbeidskrachten. Er moet ook nog veel geleerd worden over het beheer, de coördinatie en de werking van het netwerk van de toekomst. Maar toch zou ik zeggen: als we willen dat de energietransitie slaagt, is onderwijs het belangrijkst, meer nog dan onderzoek of technologieontwikkeling. We moeten de bredere samenleving opleiden, net als de professionals die aan de energietransitie werken. Beide vormen van onderwijs moeten veel meer aandacht en middelen krijgen. De energietransitie gaat niet vanzelf, we hebben mensen nodig om het te realiseren, en de samenleving moet begrijpen hoe cruciaal het is." In het bachelorvak Sustainable Electricity Supply dat hij geeft, laat Cvetkovic studenten nadenken over de uitdagingen van de toekomst, in de hoop hen te inspireren om mee te doen aan de energietransitie. “We moeten niet in de val trappen te denken dat er genoeg ‘energietechnologie-nerds’ zijn en dat zij de boel wel zullen redden. Er zijn er niet genoeg van ons. We hebben veel meer mensen nodig. Daarom denk ik dat ik door lesgeven de grootste impact kan hebben.”

De heilige graal is het bouwen van een aanpasbaar systeem dat direct ingezet kan worden voor elk type gemeenschap, groot of klein, met elke combinatie van energieopwekkers, opslagsystemen en verbruikspatronen.

Hybride energieopslag

De integratie van systemen die energie kunnen opslaan, is essentieel voor de volgende stap in de energietransitie, legt Cvetkovic uit. "Een recent project waar ik veel plezier aan heb beleefd is het project ‘24/7 Energy Lab’ aan de TU Delft, waar we een hybride energieopslagsysteem ontwikkelen om een modelhuishouden te helpen zelfvoorzienend te worden op het gebied van energie, en het volledig los te koppelen van het net. Wat nieuw is aan het project - en we zijn een van de eerste proefprojecten die dit doen - is dat we waterstof gebruiken om energie op te slaan. Wanneer er een overschot aan energie beschikbaar is, wordt deze gebruikt om waterstof te produceren uit water. Deze energie kan later worden teruggewonnen door het waterstof te verbranden in een brandstofcel. Hoewel lithium-ionbatterijen de meest efficiënte keuze zijn voor kortetermijnopslag, heeft waterstof het voordeel dat het maandenlang energie kan opslaan. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om energie van de zomerzon te gebruiken om de winterkou tegen te gaan. Bijgevolg moet het energiebeheersysteem voor dit huishouden rekening houden met veel langere termijnen, wat vrij nieuw is. Het systeem moet precies bepalen wanneer het juiste moment is om de energie van het zonnepaneel in te zetten voor verbruik, of om deze op te slaan in de lithium-ionbatterij of de waterstoftank. Het is best leuk om dat uit te zoeken." Tegen 2023 moet het project een eerste prototype op hebben geleverd voor een opslagsysteem dat gebruikt kan worden door een huishouden, maar Cvetkovic kijkt al verder in de toekomst. "Laten we kijken wat we op buurtniveau kunnen doen. Laten we kijken of we een soortgelijk systeem kunnen bouwen voor een heel groen dorp. De heilige graal is het bouwen van een aanpasbaar systeem dat direct ingezet kan worden voor elk type gemeenschap, groot of klein, met elke combinatie van energieopwekkers, opslagsystemen en verbruikspatronen."

Gemengde gevoelens

Heeft Cvetkovic goede hoop dat we op tijd antwoorden kunnen vinden? "Als ik in het lab ben, dan sta ik aan de hoopvolle kant van het spectrum. Elke dag vinden we iets nieuws en analyseren we welke potentiële impact dat kan hebben zodra het in de maatschappij terechtkomt. Maar als ik door het raam naar buiten kijk, heb ik gemengde gevoelens. Ik heb het gevoel dat we de energietransitie een beetje verwaarlozen omdat het ons niet meteen morgen al pijn gaat doen en omdat er altijd dringender problemen lijken te zijn voor ons als samenleving. Begrijp me niet verkeerd, ik probeer de pandemie niet te vergelijken met klimaatverandering, maar wat we zien is dat de pandemie na twee jaar grotendeels voorbij is en dat we weer verdergaan met onze levens. Klimaatverandering daarentegen is niet iets waar we na een paar jaar zo gemakkelijk vanaf komen. Hoe meer wij het klimaat blijven veranderen, hoe langer het zal duren om alles terug te brengen naar hoe het was, als dat al mogelijk is. Het is echt iets wat generaties lang bij ons zal blijven.”