7 ‘We moeten fors minder energie gebruiken’

De zon is wereldwijd beschikbaar als een eindeloze bron van duurzame energie. Laten we dus alles op alles zetten om die bron voor zoveel mogelijk mensen toegankelijk te maken en zo slim mogelijk te benutten. Daar draagt fysicus John Schermer (Radboud Universiteit) niet alleen met zijn onderzoek aan bij. Hij helpt ook start-ups zoals Soluxa van Lourens van Dijk bij de ontwikkeling van innovatieve zonnepanelen.

“En dit is onze hobbyzolder.” John Schermer is ons voorgegaan op een wandeling over de vierde verdieping van het Huygensgebouw, waar de bètafaculteit van de Radboud Universiteit is gevestigd. Een plek waar docenten, laat staan studenten, zelden komen, want hier bevindt zich alleen de installatietechniek die het gebouw draaiende houdt. En er is, speciaal voor Schermers onderzoeksgroep, een ijzeren trap die naar het dak leidt. “Ik heb het college van bestuur net zo lang aan het hoofd gezeurd tot ze daarmee akkoord gingen”, vertelt hij lachend. Want wie wil experimenteren met het gebruik van zonne-energie, moet het dak op. “Alleen daar kan ik onder echte condities meten hoe goed bijvoorbeeld een zonnepaneel is.”

We stappen het dak op via de hobbyzolder annex museum met prototypes van eerder geteste systemen. “Ik durf te claimen dat dit het best bemeten stukje Nederland is wat zoninstraling betreft. Er staat een scala aan meetapparatuur waarmee we continu de intensiteit en het spectrum van de zoninstraling meten. Zo kunnen we altijd terugrekenen wat de instraling is op de zonnepanelen. Want het is geen kunst om veel vermogensoutput te hebben bij volle zon, maar je wilt ook weten wat een paneel doet als de zon er minder op schijnt.”

Knutselen
Toen Schermer twaalf jaar geleden begon met zijn proeftuin op het dak, had hij alleen het ‘huisje’, een afgerasterd stuk dak van zo’n twintig vierkante meter. Inmiddels is daar het ‘veldje’ bijgekomen. Daar liggen bijvoorbeeld de eerste door Lourens van Dijk ontwikkelde gekleurde panelen te zonnen.

Na promotieonderzoek in Utrecht, met Schermer als lid van de promotiecommissie, en na een baan bij een zonnecellenbedrijf, begon het bij Van Dijk te kriebelen. Hij ging in de huiskamer knutselen met zonnecelletjes en verschillende kleurcoatings. Zijn vraag: kun je standaard zwarte zonnepanelen een kleurtje geven zonder al te veel rendementsverlies? Want een doorsnee zonnepaneel is niet voor niets zwart: die kleur absorbeert al het licht en levert zo het meeste op. Van Dijk had een idee voor een coating waarbij de gewenste kleur wordt teruggekaatst en de rest wel wordt doorgelaten naar de zonnecel. “Dat zag er bij het doormeten best veelbelovend uit”, vertelt hij. Tijd om professioneler te gaan meten en daarom klopte hij bij Schermer aan. “Om je product te valideren heb je data nodig over hoe goed een paneel het doet. Schermers dak is daarvoor de ideale plek.”

Dat was in 2017 en inmiddels is zijn bedrijf Soluxa de markt op. Zijn coating, waarop hij patent heeft gekregen, is zo gemaakt dat er weinig rendementsverlies is. Bij panelen in een donkere kleur is het rendement 90 procent van wat zwarte panelen opwekken en bij lichtere kleuren is het 80 procent. De gekleurde zonnepanelen zijn te leveren in bijna elke gewenste kleur. Ze zijn er niet (alleen) om mooi te wezen, maar dragen bij aan duurzaamheid. De panelen zijn bijvoorbeeld een uitkomst voor monumenten, waar zwarte panelen wegens strenge regels vaak verboden zijn.

Maar de grootste winst qua duurzaamheid is de toepassing op gevels. Op de façade van het stadskantoor in Zwolle hangen bijvoorbeeld terracotta panelen van Soluxa. “Nog mooier is het als je zonnepanelen gebruikt in plaats van traditionele gevelbekleding”, vertelt Van Dijk. “Ze kunnen zo tegen het beton en dan hoef je geen aluminium plaat of bakstenen meer te gebruiken. Het is goedkoper om zonnepanelen te gebruiken én je wekt ook energie op.” Op Mercator 2, het bedrijvencentrum op de campus van de Radboud Universiteit, plaatst Soluxa binnenkort zo’n eerste geïntegreerde zonnegevel.

Schermer benadrukt het belang van de gevels: “Het dakoppervlak in Nederland en wereldwijd is te klein om in onze energiebehoefte te kunnen voorzien; we moeten ook façades gaan bekleden. En een architect vindt het misschien nog wel mooi om één zwart gebouw neer te zetten, maar als de hele binnenstad zwart is, wordt het wel wat depressief, dus dan zijn gekleurde panelen een mooie oplossing.”

Innovatie
Schermer kreeg duurzaam handelen met de paplepel ingegoten. “We hadden thuis geen auto, vakantie was gewoon op de fiets naar het strand en mijn vader had zijn eigen volkstuintje. Mijn ouders gooiden nooit iets weg; alles werd eindeloos gerepareerd en hergebruikt. Omdat ze vonden dat we ook wel met minder toe konden, hielden ze de voetafdruk van hun gezin zo klein mogelijk, zonder dat ze ooit van deze term hadden gehoord.”

Dat idealisme en engagement nam hij als student natuurkunde ook mee. “Ik wilde een bijdrage leveren aan de oplossing van het energievraagstuk. Destijds was de verwachting dat dat binnen dertig jaar via kernfusie zou kunnen.” Dat bleek toch niet zo eenvoudig. “Het controleren van kernfusie bleek veel moeilijker dan gedacht en de toepassing ervan kwam maar niet dichterbij. Maar ik zag dat er wel veel vooruitgang mogelijk was in de ontwikkeling en toepassing van zonnecellen.” Het was midden jaren negentig en zijn omgeving reageerde lacherig: ‘John, dat wordt toch nooit wat met die zonnepanelen.’ “Dat is later helemaal omgeslagen. Dat vind ik zelf een van de mooiste dingen die ik heb meegemaakt, van totale scepsis naar volkomen acceptatie. Natuurlijk heeft onze onderzoeksgroep daar maar een klein steentje aan bijgedragen, maar we zijn toch een uitdrager van het belang van zonne-energie geweest en zijn dat nog steeds.”

Zijn groep ontwikkelt kleine zonnecellen met hoog rendement. “Daar hebben we op een gegeven moment wereldrecords mee gehaald.” Hij legt uit dat er wereldwijd wordt bijgehouden van welk materiaal je de beste zonnecellen kunt maken. Die uit Nijmegen bleken dus supergoed, zij het dat de meeste nog te duur zijn voor praktijktoepassingen. “Maar onze wereldrecords laten wel zien dat we de technologische kwaliteit in huis hebben om wetenschappelijke kennis om te zetten in een geavanceerde toepassing. Ons eigen onderzoek is voor de lange termijn, maar we hebben de capaciteit, techniek en kennis in huis om innovatieve start-ups te ondersteunen en het is zonde om die niet te benutten.”

Behalve Soluxa als succesvol voorbeeld zijn er nog twee spin-offs waar Schermer heel trots op is. De een, tf2, ging aan de slag met de hoogrendement dunne-film zonnecellen die in de groep van Schermer zijn ontwikkeld. En technicus Erik Haverkamp, die voor de afdeling alle apparatuur ontwikkelde om de output van de zonnecellen onder verschillende condities te bepalen, is de markt op gegaan met ReRa Solutions. “Wereldwijd gebruiken producenten van zonnepanelen en onderzoeksinstituten door Haverkamp vervaardigde apparatuur om de exacte output van hun panelen vast te stellen”, vertelt Schermer.

Verder kan iedereen met een goed idee langskomen voor een gesprek. En als Schermer er iets in ziet, kan dat leiden tot het samen ontwikkelen van prototypes van zonnecellen of meetapparatuur die ze op het dak kunnen testen. “Naast de panelen van Soluxa staan hier bijvoorbeeld ook verschillende met de zon meedraaiende panelen. Hierin wordt het licht via een lens of reflecterend oppervlak op een kleine zonnecel geprojecteerd, waardoor er minder hoogwaardig halfgeleidermateriaal nodig is om de zonne-energie te oogsten. Allerlei innovatieve apparatuur die hier succesvol is getest, wordt daarna ook daadwerkelijk toegepast in de samenleving om een bijdrage te leveren aan de transitie naar het gebruik van zonne-energie. Juist daarom vind ik dit een bijzondere locatie.”

Een standaard dakpan met een enkele zonnecel erop kwam niet door de keuring van Schermer. “Je weet bij voorbaat dat dat niet gaat werken. Het grootste gedeelte van de dakpan was niet bedekt, zodat er veel te weinig zoninstraling wordt opgevangen. Dat wordt belachelijk duur, omdat je heel veel oppervlak verliest.”

Een goede innovatie moet meer zijn dan een leuk idee, stelt hij. Soms zijn de ideeën te abstract. Zo komt nog regelmatig het idee van zonneverf langs. Het idee hierbij is om materialen waarin licht-geïnduceerde ladingscheiding plaatsvindt, op te lossen in verf. In theorie zou je hiermee overal zonne-energie kunnen oogsten. Maar een echte zonnecel doet meer dan alleen het scheiden van lading. Het heeft ook een intern elektrisch veld, waardoor alle lading netjes dezelfde kant op beweegt en metaalcontacten om de stroom uit de cel naar het elektriciteitsnetwerk te leiden. “Hoe je met die theoretische zonneverf in praktijk elektriciteit op kunt wekken, daarvoor heb ik nog nooit een concreet idee gezien. Ik zeg altijd: ‘kom maar terug als je een verflaag hebt met twee metaaldraden waar we aan kunnen meten’.”

Woestijnen
Schermer mag nuchter zijn; hij is ook nog steeds de idealist van weleer. “Ik zeg tegen mijn studenten: ‘Jullie kunnen zelf met simpele berekeningen nagaan of een interessant idee daadwerkelijk toepassingspotentieel heeft of dat het totale luchtfietserij is’. Ik wil hen vooral meegeven dat dingen anders kunnen, duurzamer. Het is aan jullie om dat uit te vinden en daarover goede beslissingen te nemen. Het is jullie eeuw.”

Dat is ook Van Dijks drijfveer. “Als je nadenkt over klimaatverandering, kan dat heel negatief werken: waar gaan we heen als samenleving? In de kern heeft duurzaamheid te maken met ethiek: wat is het goede om te doen? Veel individualistisch gedrag staat haaks op universele ethische leefregels. Het maakt immers het leven van anderen, de natuur en toekomstige generaties moeilijker of zelfs onmogelijk. Als we meer inlevingsvermogen tonen, dan zal dat letterlijk een wereld van verschil maken.” Met Soluxa probeert hij bij te dragen aan een duurzamere, betere wereld. “We kunnen veel meer dan alleen daken en gevels bedekken met zonnepanelen. We zijn bijvoorbeeld ook bezig met panelen op bestaande hekwerken. En binnenkort komt er op de A37 een grote zonneroute, met gekleurde panelen in de geluidsschermen.”

Dat is waar de winst te behalen is, zegt ook Schermer. “Zoveel mogelijk oppervlak in de bebouwde omgeving slim bedekken met zonnecellen. Bij voorkeur geen zonneparken in natuurgebieden of op landbouwgrond.” En daarbij wel het verstand blijven gebruiken, want wegen en fietspaden, die nogal wat oppervlakte beslaan, zijn dan weer geen slimme combinatie. Schermer memoreert het zonnefietspad in Krommenie. “Dat is in 2012 met veel poeha geopend door toenmalig minister Henk Kamp en een maand later was het stuk. Dat had je wel kunnen voorspellen. Want de technische eisen voor zonnepanelen en wegdek zijn tegenstrijdig.” Van Dijk vult aan: “Ze hadden beter een kap boven dat fietspad kunnen maken en daar zonnepanelen op kunnen leggen. Dat gebeurt al wel bij parkeerplaatsen en wellicht zijn er kansen om dat ook boven snelwegen te doen.”

Om het wereldenergieprobleem op te lossen, zo schetst Schermer het plaatje, moet je een gebied zo groot als Frankrijk bedekken met zonnepanelen. Woestijnen lijken daarvoor de ideale plek: daar is weinig anders mogelijk en de zon schijnt er volop. “En juist omdat daar continu zon schijnt, kun je daar heel veel bereiken met onze hoogrendementscellen en concentratiesystemen”, vertelt Schermer. “Alleen kleven daar wel de nodige geopolitieke problemen aan: dat we weer al onze energie uit een beperkt aantal gebieden halen.” Dat wordt in tijden van oorlog een probleem, zoals we allemaal weten sinds Poetin Oekraïne binnenviel.

Schermer wijst daarnaast op een logistiek probleem. Hij rekent voor hoe lang het zou duren om een gebied zo groot als Frankrijk, grofweg 750 bij 750 kilometer, te bedekken. “Stel dat we in één dag een strook van 750 bij 10 meter in een dag kunnen bedekken. Dat voelt al als een enorme prestatie. Als dat lukt, duurt het 205 jaar (10 m per dag x 365 dagen) om het hele oppervlak te bedekken. Maar op het moment dat we een kwart hebben bedekt, na vijftig jaar, moeten we de eerste rij panelen weer vervangen.”

‘In de kern heeft duurzaamheid te maken met ethiek: wat is het goede om te doen?’

Zonne-energie is een schone, goedkope energiebron die nooit uitgeput raakt. En we hebben de techniek om die te benutten. En als alle onderzoekers er een schepje bovenop doen, weten we wellicht het rendement nog wel op te trekken van de huidige 23 naar 40 procent. Maar zoals de rekensom van hierboven laat zien, is de sky ook weer niet de limit. Daarom moet er meer gebeuren dan slimme inzet van zonnepanelen, benadrukken Schermer en Vak Dijk. “We moeten ook zorgen dat het probleem kleiner wordt, oftewel ons energieverbruik drastisch verminderen.”

Schermer vertelt elk jaar in zijn college: “Als we in staat zouden zijn een magische hand voor de aarde te houden die alle zonne-energie verzamelt, dan zouden we met één uur per jaar kunnen voorzien in de totale mondiale energiebehoefte van de hele mensheid. Indrukwekkend? Ik vind een uur eigenlijk best lang. Dit jaar heb ik de som nog eens gemaakt en gekeken wat we in 2023 mondiaal aan energie hebben verbruikt en ik zag: verdorie, we redden het niet meer met een uur.” Alle targets en klimaatdoelen ten spijt, stijgt het mondiale energieverbruik nog steeds. “Ik zou al blij zijn als het gebruik stabiliseert, want het neemt nog elk jaar toe. In de coronaperiode is het even teruggegaan, maar we zitten alweer boven het niveau van ervoor en gebruiken weer als een dolle energie. Dat is zorgwekkend.”

Van Dijk maakt zich ook zorgen. “Ik zie wel dat we stappen maken, maar ik zie nog niet dat het snel genoeg gaat. Dertig jaar geleden was de techniek nog duur, maar de obstakels liggen nu vooral bij de politiek en ons gedrag.” Schermer noemt nog een netelige kwestie. “De ontwikkelingslanden met economieën in opkomst zullen extreem veel meer energie gaan gebruiken. Moeten wij in het westen dan zeggen: hoho, dat mag niet? Met welk recht?!”

Terug naar het westen en wat we hier kunnen doen. Welke oppervlakken zijn het meest effectief om als eerste van zonnepanelen te voorzien? “De grote vraag zal worden: hoe komen we de winter door zonder de gaskraan open te hoeven draaien?”, zegt Van Dijk. “Aan panelen op platte daken heb je in de winter bijvoorbeeld weinig. Dan werken gevelpanelen beter. Vanuit wetgeving zou gekeken kunnen worden om bij nieuwbouw te verplichten dat alle zuidgevels bedekt worden met zonnepanelen. Of dat je bij gevelrenovatie panelen verplicht.”

En ons gedrag moet veranderen. “We moeten fors minder energie gebruiken en we moeten het gebruiken op momenten dat het beschikbaar is”, stelt Van Dijk. “Dus elektrische auto’s opladen en de boiler aanzetten als de zon schijnt. We zouden elektriciteit duurder moeten maken op momenten dat het schaars is. Nu is iedereen gewend aan vaste prijzen, maar dat kan niet lang meer doorgaan, dus daar moet de politiek een beweging in maken. Duurzamer gedrag kun je goed met een financiële prikkel stimuleren.”

Is er nog iets te winnen met slimme opslag? Schermer en Van Dijk zien daar weinig heil in. “Batterijen zijn relatief duur en weinig duurzaam; die moeten we slechts beperkt gebruiken”, zegt Van Dijk. Schermer vult aan: “Wat wel kan, is om een overschot aan energie te benutten bij stuwmeren: bij veel energie pomp je het water omhoog en kun je de energie opslaan in de waterkrachtcentrales.”

Er moet nog veel gebeuren, maar we hoeven niet pessimistisch te zijn, besluit het tweetal. “We kunnen met zonne-energie meer energie creëren dan we nu met kolen, gas en olie samen hebben”, stelt Schermer. “De techniek is er. Als ook de wil ontstaat, kan er echt heel veel.”

Kunstblik: Zonneboom | Andreas Hetfeld

 

Andreas Hetfeld (* 1965, Reutlingen) volgt in zijn geboorteland Duitsland diverse technische opleidingen, alvorens hij in Arnhem naar de kunstacademie gaat. In 2020 realiseert hij in zijn woonplaats Nijmegen zijn kolossale replica van een Romeins gezichtsmasker, dat sindsdien, als Het Gezicht van Nijmegen, een vaste plek heeft gekregen op het eiland Veur-Lent. In 2012 maakt Hetfeld naast de vestiging van ROC-techniek De Zonneboom. Het is een boomachtige constructie met zonnepanelen, waarvan de kop meedraait en kantelt, afhankelijk van de stand van de zon.