Energie uit fossiele brandstoffen

James Watt 1736-1819

de 'stoommachine' van Newcomen (1710)
‘stoommachine’ van Newcomen (1710)

James Watt. Met deze man is het allemaal begonnen.  Hij verbeterde het ontwerp van de stoommachine van Newcomen uit 1710 , 59 jaar later tot een goed werkende machine.

Daarmee werd definitief het tijdperk ingeluid van de industriële revolutie. In razendsnel tempo zouden machines het (zware) werk overnemen en transport over lange afstanden mogelijk worden. Een periode van ongekende welvaart zou aanbreken en duren tot op de dag van vandaag.

De eenheid van vermogen  ‘Watt’  is aan zijn naam ontleend.

De stoommachine werkte wel, maar hoe en waarom, dát wist men toen eigenlijk niet.

De Fransman Sadi Carnot toonde aan dat de werking van een warmtemachine/verbrandingsmotor, verloopt volgens de 2de wet van de Thermodynamica.

 "Een ‘warmtemachine ‘  is een mechanisch apparaat dat gebruik maakt van het verschil in temperatuur en zet die om  in nuttige, bruikbare arbeid." (bron wikipedia ) Het proces verloopt volgens de 'Carnot cyclus '

warmte, die vrijkomt bij het verbranden van fossiele brandstoffen, wordt omgezet in mechanische arbeid. 

Moderne warmtemachines zijn: automotoren, vliegtuigmotoren en (stoom ) turbines die de generatoren aandrijven van de elektriciteitscentrales.  Daarin wordt de warmte ( hitte ), die vrijkomt bij het verbranden van fossiele brandstoffen, omgezet in de mechanische arbeid. Carnot toonde aan dat er van de hoeveelheid warmte in de brandstof een gedeelte wordt omgezet in nuttige arbeid en de rest verloren gaat.

Dit is wat er bij de verschillende warmtemachines overblijft : ( het rendement )

dieselmotor : 35 %
benzinemotor : 25 %
elektriciteitscentrale : 40 %
STEG centrale ( stoom en gas ) centrale : 58

in kassen kan de restwarmte nuttig worden gebruikt.

Restwarmte. De overgebleven warmte wordt aangeduid met de term restwarmte. In sommige gevallen kan die nog worden gebruikt . Bijvoorbeeld voor het verwarmen van kassen of een woonwijk, maar meestal zal die warmte verloren gaan.

Fossiele brandstoffen, kolen, olie en gas zijn voornamelijk ontstaan in het geologische tijdperk ‘Carboon’ : 300 miljoen jaar geleden.  Alle energie die daarin zit opgeslagen is afkomstig van de Zon.  Ze vormen de ‘ voorraden ‘ waarop auto’s rijden, (wegenbouw) machines werken, vliegtuigen vliegen, fabrieken draaien, ziekenhuizen, kantoren en huizen worden verwarmd én uiteraard waarop elektriciteits-centrales draaien.

Dankzij de grote Energie inhoud van fossiele brandstoffen: de hoeveelheid energie per liter of kilogram, is het mogelijk om met een kleine tankinhoud of weinig gewicht, veel kilometers af te leggen, stroom op te wekken of te verwarmen.

  • Benzine : 9,1 kWh/liter
  • Dieselolie : 10 kWh/ liter
  • steenkool : 8,1 kWh/Kg
  • Aardgas : 8,8 kWh/m3

Indruk van hoeveelheden: De RWE centrale in Eemshaven heeft  een vermogen van 1560 MW (1,56 miljoen kiloWatt ).  Als deze centrale een heel jaar – 8760 uur – zou draaien, zou ze 13,6 miljard kWh aan elektriciteit genereren.  Bij het rendement van de centrale,  46 % , moet dan 3,66 miljard kg kolen worden verbrand.

Primaire energie : is de energie-inhoud van brandstoffen voordat enige 
technische omzetting heeft plaatsgevonden. (bron: energiefeiten.nl ).
In 2008 bedroeg de totale hoeveelheid verbruikte primaire energie  3330 PJ ( Petajoule = 10¹5 ), ofwel 925 miljard kWh( KiloWattuur ) ( bron CBS )

Elektrische Energie in NL : De totale hoeveelheid elektrische energie die in NL in 2008 werd verbruikt bedroeg 100 miljard kWh. Inclusief een gemiddeld omzetting- rendement van 45 %, kwam dat neer op 222 miljard kWh of 24 % van de totale hoeveelheid primaire energie die in dat jaar werd verbrand.

Elektrische energie (stroom ) verbruik van huishoudens:  Er zijn in NL 7.031.460  woningen met een gemiddeld jaargebruik van 3600 kWh. (bron ECN)
Alle huishoudens samen verbruikten aan elektriciteit in 2008 dus : 7.031.460 *3600 = 25,3 miljard  kWh.
De benodigde hoeveelheid primaire energie bedroeg – bij een 45 % rendement van de centrale dus :   25,3/045 = 56,2 miljard kWh of  6 % van de totale hoeveelheid primaire energie ( van 925 miljard )

Het gasverbruik van een huishouden bedroeg 1625 m3 * 8,8 kWh / m3 ( zie energie inhoud hierboven ) = 14300 kWh/huishouden. Totaal 100 miljard kWh
Het totale energieverbruik voor huishoudens komt daarmee op 156 miljard kWh, ofwel 17 % van de primaire energie

Verdeling primaire energie:  Het grootste gedeelte van de energie wordt verbruikt in de industrie (42%). Verder in de utiliteitsbouw(kantoren ) (15 %), transport (18 %) , bouw (3%) en landbouw (4%)

aandeel-primaire-energie-1024x722

Auto’s  : Volgens het CBS waren er in 2009  9.886.697 personen- en bedrijfsauto ’s in NL, die 126 miljard kWh aan benzine en dieselolie verbruikten: ca. 1400  liter/jaar per voertuig.

Vliegtuigen verbruikten 41 miljard kWh, zo,n 4,5 miljard liter

Zie verder  kaart wereldenergie