We leven in een gouden eeuw van zonne-energie, zegt Olindo Isabella van de TU Delft. Ondertussen werkt hij aan een nóg zonniger toekomst. ‘Zonne-energie maakt een land onafhankelijker van geopolitieke verstoringen zoals de blokkade van de straat van Hormuz.’
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
Het heeft op het eerste oog wat weg van de monoliet uit filmklassieker 2001: A Space Odyssey, het zwarte vlak waarvoor onderzoeker Olindo Isabella op de foto poseert. En net zoals dat gevaarte in de film het product is van futuristische technologie, biedt het zonnepaneel op de foto, grofweg anderhalf keer hoger dan Isabella zelf, eveneens een blik op de toekomst.
Isabella (46) is het hoofd van de onderzoeksgroep voor zonneceltechnologie aan de TU Delft. Op zijn mobiel toont hij de foto van zichzelf voor het zonnepaneel, een generatie efficiëntere consumentenpanelen die binnenkort op de markt komt. ‘Dit was in China’, zegt hij. Isabella is net terug van de grootste internationale zonnecelbijeenkomst ter wereld, die uiteraard dáár plaatsvond.
De wetenschapsredactie van de Volkskrant interviewt deze zomer wetenschappers die opmerkelijke vooruitgang zien op hun vakgebied. Eerder in deze serie:
Hoe het aantal verkeersslachtoffers spectaculair daalde in een halve eeuw
Hoe de Nederlandse veehouderij het gebruik van antibiotica omlaag kreeg
Want China domineert op het gebied van duurzame energie. Zo produceert het land 80 procent van alle zonnepanelen ter wereld, maar bijvoorbeeld ook 70 procent van de windturbines, tegen lagere prijzen dan elders.
‘China heeft de wereld laten zien wat er mogelijk is als je vol op dit soort technologie inzet’, zegt Isabella. De productie van zonne- en windenergie in het land vertwintigvoudigde het afgelopen decennium. China heeft daarmee zelfs genoeg capaciteit om aan de gehele Amerikaanse vraag naar elektriciteit te kunnen voldoen.
Vorig jaar riep het statige wetenschapsblad Science ‘de ogenschijnlijk niet te stoppen groei van duurzame energie’ uit tot doorbraak van het jaar 2025. In dat jaar haalden duurzame energiebronnen samen definitief steenkool in als de belangrijkste bron van elektriciteit, een prestatie waaraan zonne-energie de grootste bijdrage levert.
‘Zonnepanelen gingen al in de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw de ruimte in, maar destijds was de technologie die men gebruikte voor de productie van zulke panelen van kristallijn silicium nog erg energie-intensief en duur’, zegt Isabella, verwijzend naar het populairste materiaal om zonnepanelen te maken. ‘De koning van de markt’, zoals hij het noemt, is veelgebruikt vanwege de stabiliteit en betrouwbaarheid bij het omzetten van invallend licht naar elektriciteit.
In de jaren daarop volgden meerdere cruciale technologische doorbraken en verbeteringen in het productieproces, waarbij zonnecelproducenten onder meer meeliftten op doorbraken in de computerchip- en beeldschermfabricage. Maar wat echt de doorslag gaf, was wat er gebeurde in China, zegt hij.
Waarom was dat zo belangrijk?
‘China had de visie om vol in te zetten op het opschalen van de productie van kristallijn silicium. Dat zette een lawine in gang. Toen ik aan mijn promotie begon in 2007, kostte een zonnepaneel nog duizenden euro’s. Tegenwoordig kost een paneel ergens tussen de 100 en 150 euro. Voor de prijs van één paneel van toen kan ik nu een heel dak vullen.
‘In China maken ze alle onderdelen zelf: van de staafjes waaruit de kristallen worden opgebouwd tot de ‘wafers’, de laagjes waarin het licht wordt omgezet in elektriciteit. Ze fabriceren hun eigen elektronica en bouwen duurzame energiecentrales die volledig kunnen zonder kolen, of andere niet-duurzame manieren van energieopwekking. Ze kijken bovendien naar het hele ecosysteem, bijvoorbeeld ook hoe je de energie bij de gebruiker krijgt, of hoe je de opgewekte energie het beste en het meest efficiënt kunt opslaan in batterijen.
‘Het maakt van het land hét voorbeeld voor de economische haalbaarheid van deze technologie. Nederland is per hoofd van de bevolking misschien kampioen opgewekte zonne-energie, maar tegen die enorme schaalgrootte kunnen we hier niet op. Als je het hebt over zonne-energiecentrales die je vanuit de ruimte kunt zien bijvoorbeeld, dan vind je die alleen in landen als India en China.
‘En vergis je niet: zonne-energie is niet louter groene energie en duurzaamheid. Het gaat ook om onafhankelijkheid. Zo heeft zonne-energie China veel onafhankelijker gemaakt van geopolitieke verstoringen van het energiesysteem, zoals de sluiting van de Straat van Hormuz.’
Hoe krijgt China het voor elkaar dat die energie altijd beschikbaar is?
‘De grote Chinese zonne-energiecentrales worden gecombineerd met opslagfaciliteiten. Het gaat dan vooral om batterijen en zogeheten pompcentrales, die overtollige stroom overdag opslaan en later kunnen vrijgeven, zodat ze dienst doen als een soort buffer.
‘Daarnaast maken ze op een slimme manier gebruik van het elektriciteitsnet, waardoor ze de gebruikelijke bronnen – waterkracht, gas en steenkool – kunnen inzetten als back-up in plaats van als primaire energiebron.’
Andere landen zouden dat voorbeeld moeten volgen, vindt u?
‘Ja, en dat beginnen ze ook te doen. Kijk naar de datacenters die nu overal uit de grond schieten. In de Verenigde Staten is het energienetwerk notoir instabiel, zeker in vergelijking met Europa. Voor datacenters gebruikt men daar soms creatieve oplossingen zoals vliegtuigmotoren op basis van gas, die de energie leveren.
‘Zonne-energie is dan best een aantrekkelijk alternatief. Hoewel de huidige regering in de VS focust op fossiele energie, zie je dat ondernemers wel de voordelen van duurzame energie zien. Vandaar dat een bedrijf als SpaceX vol op zonne-energie wil inzetten.
‘Als je iets wilt hebben op zo’n grote schaal van energieproductie zonder dat je eerst decennialang moet bouwen aan bijvoorbeeld een kernenergiecentrale, dan is dit de aantrekkelijkste optie. Alleen al in Nederland hebben we tussen 2024 en 2025 achtmaal de energiecapaciteit van een kerncentrale als Borssele geïnstalleerd aan zonnecellen, wereldwijd was dat toen zelfs het equivalent van duizenden Borssele-centrales.
‘Als je kijkt naar de grafiek die de toename toont van de geïnstalleerde energiecapaciteit door zonne-energie, gaat die echt door het dak. Het gaat zó snel dat zelfs de meest optimistische modellen van het Internationaal Energieagentschap het niet meer kunnen bijbenen. De toename van beschikbare energie uit zonnecellen vormt de steilste grafiek van technologische groei die de mensheid ooit heeft gezien.’
Als onderzoeker zoekt u naar manieren om zonnetechnologie nog beter te maken. Hoe doet u dat?
‘We kijken bijvoorbeeld naar nieuwe materialen. De beste kristallijne silicium-zonnecellen zetten meer dan 28 procent van de zonne-energie om in elektriciteit. Dat ligt heel dicht bij hun theoretische rendement van 29,4 procent. Met het stapelen van lagen met verschillende materialen, zogeheten ‘multi-junctions’, ligt het wereldrecord rond de 47 procent, maar dat is met materialen die erg duur zijn. Dat kan nog voor panelen op satellieten, maar ligt straks niet op je dak.
‘Wij zoeken naar materialen die wel die stap kunnen maken, materialen die net zo stabiel zijn als silicium, en ook 25 tot 30 jaar meegaan. We kijken onder meer naar perovskiet, waarmee we in samenwerking met internationale partners nu al een rendement van ruim boven de 32,5 procent behalen, met voldoende ruimte voor verdere verbetering.
‘Verder werken we aan het verduurzamen van het productieproces. Bij perovskiet worden nu nog materialen als lood gebruikt, wat giftig is. Ook worden in zonnepanelen grondstoffen gebruikt die onvoldoende beschikbaar zijn, zodat je straks misschien niet meer kunt doorgroeien.
‘Tot slot kijken we naar verbeteringen aan het netwerk en proberen we zonnecellen te integreren met andere technologie, zodat je de ruimte ook nog op een andere manier kunt gebruiken.
‘We werken nu met onze collega’s van Applied Sciences van de TU Delft bijvoorbeeld aan een heel interessant project waarbij het infraroodlicht dat door de panelen heen sijpelt, wordt gebruikt door een bioreactor die zich onder het zonnepaneel bevindt. Die creëert een nieuw soort bacterie waarmee je synthetische eiwitten kunt maken, die je weer kunt gebruiken als bron van voedsel, bijvoorbeeld. We zijn echt nog lang niet klaar met de zon.’
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant