Streven. Vlaamse editie. Jaargang 52

[p. 127]

Zonne-energie
Henk Jans

In de discussies over de energieverzorging van de mensheid op (zeer) lange termijn, wordt steevast verwezen naar de zon als de enige energiebron die ons voor onbepaald lange tijd verzekerd is. Volkomen terecht. Toch heeft men vaak de indruk, dat aan die ‘evidentie’ slechts wat lippendienst bewezen wordt. Nog steeds beseffen we te weinig hoe ontzaglijk veel die zon gepresteerd heeft en presteert, niet alleen voor het leven van alle plantaardige en dierlijke organismen, maar evenzeer voor dat van alle menselijke culturen en beschavingen. Te weinig geven wij er ons rekenschap van dat, tot nauwelijks een paar eeuwen geleden, àlle menselijke cultuur en beschaving uitsluitend heeft bestaan bij de gratie van een geringe fractie van de zonne-energie die dag voor dag de aarde bereikt. En zelfs de eerste en tweede industriële revolutie, en de recente agrarische revolutie, teerden en teren vrijwel uitsluitend op ‘fossiele’, in het verleden opgespaarde zonneenergie. Reden genoeg dus om de overvloedige energiestroom die de zon dagelijks naar de aarde zendt te reëvalueren met het oog op de energieverzorging van de mensheid in de nabije en verre toekomst.

Zonne-energie en ‘aardse’ energiebronnen

De totale energieproduktie die de zon in de ruimte uitstraalt, is van de onvoorstelbare grootte-orde van 3,9 × 10²³ kilowatt (kW). Iets concreter uitgedrukt, de energie die de zon per seconde uitstraalt, volstaat om alle water op aarde te verdampen. Van die energiestroom snijdt de aarde in haar baan om de zon iets minder dan één miljardste af, 1,78 × 10¹⁴ kW. Gemiddeld over de hele aarde en over dag en nacht ‘uitgesmeerd’, komt dat neer op ongeveer 1/3 kW per vierkante meter¹. Die ‘geringe’ fractie van de totale zonne-energie was en is echter ruimschoots voldoende om de meeste andere, daarvan afgeleide energievormen en -bronnen te doen ontstaan: rivieren en watervallen, winden en oceaanstromen, de fossiele ener-

1 Geofysische gegevens, hier en elders, vnl. ontleend aan prof. dr. Julius Bartels, Geofysica, Standaard Uitgeverij, Antwerpen/Utrecht, 1968, 364 pp.

[p. 128]

gie van steenkool, ruwe olie en aardgas, en tenslotte (door tussenkomst van de fotosynthetische werking van de groene planten) vrijwel alle, verleden en actuele biologische (met inbegrip van de menselijke) energie.

Vergeleken met de bijdrage van de zonne-energie zijn de niet-solaire energiebronnen op aarde van volstrekt ondergeschikt belang (geweest). Het inwendige van de aarde is weliswaar een enorm warmtereservoir. Amerikaanse deskundigen ramen de warmtevoorraad die in een schil van 10 km dikte om de hele aarde opgeborgen zit op 10²⁴ BTU, d.w.z. 4 miljoen maal het wereldenergieverbruik van 1975². Die geothermische energie is afkomstig van radioactieve en wrijvingsprocessen in de bovenste lagen van de aardmantel. Het uitermate diffuus karakter van die warmtebron en het geringe warmtegeleidingsvermogen van de gesteenten maken echter dat de geothermische bijdrage tot de verwarming van het aardoppervlak slechts 50 calorieën per cm² en per jaar bedraagt, terwijl in onze streken b.v. de zon makkelijk per (zomer)dag 500 calorieën per cm² levert. De op het eerste gezicht veel spectaculairder vulkanische energie is een zowel in ruimte als tijd zeer beperkt en gelokaliseerd verschijnsel, al maakt de mens er in uitzonderlijk gunstige gevallen wel dankbaar gebruik van zoals b.v. op IJsland. De enige andere, wereldwijde energiebron van aanzienlijke omvang is van ‘kosmische’ oorsprong: het betreft de getijdenenergie, die wij voor ongeveer 2/3 aan de maan en voor 1/3 aan de zon te danken hebben. Zij vertegenwoordigt in absoluut bedrag zowat de helft van de huidige elektriciteitsproduktie op wereldschaal. Maar ook de meest recente studies hebben uitgewezen dat een nuttig gebruik ervan uitzonderlijk gunstige voorwaarden van reliëf en bodemgesteldheid veronderstelt, terwijl het intermittent karakter van dit soort energieproduktie (slechts enkele uren twee maal daags) eveneens een ernstige beperking is. Een laatste energiebron van niet-solaire aard is vanzelfsprekend de pas door de technische tussenkomst van de mens bruikbaar geworden kernenergie van de kerncentrales, die in 1978 al 6% van de elektriciteitsproduktie op wereldschaal leverde, en dat in 1985 reeds tot 12% zal hebben opgevoerd. (In Zweden en België werd in 1978 reeds 22% van de elektriciteitsproduktie door kernenergie geleverd³).

Zoveel is intussen uit dit summiere overzicht duidelijk geworden: het loont beslist de moeite na te gaan hoe de aarde die overvloedige zonne-

2 BTU, afkorting van British Thermal Unit, een nog veel gebruikte eenheid van warmte-energie, die overeenkomt met ongeveer 252 caloriegram.

3 P. Krymm en J.P. Charpentier, Le nucléaire: situation actuelle et perspectives à long terme, in Bulletin Agence Internationale de l'Energie Atomique, Vienne, Vol. 22, nr. 2, avril 1980, pp. 11-22.

[p. 129]

energie ‘verwerkt’ heeft en verwerkt, zonder enige tussenkomst van de mens.

De aarde als recipiënt van zonne-energie

Nog sprekender wellicht dan de bovenstaande cijfers is de uitdrukking van de bijdrage van de zonne-energie tot de verwarming van het aardoppervlak in zogeheten caloriegram, de warmte die nodig is om 1 gram water 1 graad Celsius te verwarmen. De bestralingssterkte heet dan de caloriegram per oppervlakte- en tijdseenheid. Een (denkbeeldig) vlak, op gemiddelde afstand van de aarde en de zon, en loodrecht op de zonnestralen geplaatst, ontvangt vrij nauwkeurig 2 caloriegram per vierkante cm en per minuut: dat bedrag heet men de solaire constante. Vanzelfsprekend bereikt dat bedrag nooit volledig het aardoppervlak omdat de energie ten dele in de lucht (door ondermeer ozon, waterdamp en koolstofdioxyde) geabsorbeerd wordt, ten dele door die gasvormige elementen wordt verstrooid. Toch komt nog ongeveer de helft van die verstrooide energie als secundaire hemelstraling op de aarde terecht, zelfs in de schaduw. Even vanzelfsprekend zal het energiebedrag per oppervlakte-eenheid van het reële (gewelfde en naargelang van de seizoenen verschillend geneigde) aardoppervlak des te geringer zijn naarmate de zonnestraling schuiner op de aarde invalt. Al met al kan toch, op heldere dagen, zo'n 70% van de zonnestralingsenergie het aardoppervlak op zeeniveau bereiken.

Deskundigen hebben die indrukwekkende energiestroom nog concreter uitgedrukt in functie van onze energiebehoeften en -problemen. Dr. J. Bartels berekende de warmte-energie die een plaats in Noord-Duitsland op een heldere zomerdag van de zon ontvangt: dat is ongeveer 500 cal. per cm², zegge 5.000 kilocal. of 6 kilowattuur per m² en per zomerdag. En dat energiebedrag stemt overeen met de stookwarmte van 0,6 kg steenkool. Populair uitgedrukt: de zon werpt elke zomerdag een bricket op elke vierkante meter⁴. De auteurs van het bekende The Global 2000 Report to the President⁵ hebben een soortgelijke berekening doorgevoerd in functie van het energieverbruik van de VS. Een plaats als Ashville in North Carolina ontvangt per vierkante mijl (ong. 2,5 km²) en per jaar een warmte-energie van circa 15 × 10¹² BTU. Het totale energieverbruik van de VS bedroeg

4 J. Bartels, o.c., p. 256.

5 Wij gebruikten de Duitse vertaling en uitgave Global 2000. Der Bericht an den Präsidenten, Zweitausendeins, Frankfort am Main, 1981, 1.508 pp.

[p. 130]

in 1976 7,4 × 10¹⁶ BTU. Dat betekent dat de energie, opgevangen op 4.900 kwadraatmijlen (ong. 12.740 km²), d.w.z. op minder dan 0,2% van de totale oppervlakte van de VS, ‘op zich’ zou volstaan om de hele energiebehoefte van de VS te dekken. Zelfs in de veronderstelling dat slechts 10% van die overvloed in bruikbare energie kan worden omgezet, zouden 127.400 km² (minder dan 2% van het totale areaal) volstaan om de VS van de nodige energie te voorzien⁶. Vermelden wij hier dadelijk dat het kernprobleem van dit soort benaderingen nog steeds het uitermate diffuse karakter is van de zonne-energie, terwijl de mens in een groot aantal industriële processen, transport en andere activiteiten blijkbaar uiterst geconcentreerde energievormen ‘nodig’ heeft.

Meteorologie en klimatologie leren ons dat de feitelijke, wisselende spreiding van de zonne-energie over het aardoppervlak - binnen de atmosfeer, boven en tussen land en water - een uitermate ingewikkeld proces is, dat een zeer ongelijke verdeling van de zonnestralingsenergie met zich brengt. Om te beginnen wordt een deel van de zonnestraling al meteen door het aardoppervlak gereflecteerd, en dat aandeel is verschillend al naargelang het om onbegroeide of begroeide bodem gaat, om water, ijs, sneeuw... Vervolgens is de aarde zelf zoals elk fysisch lichaam dat zich boven het absolute nulpunt bevindt, een straler van energie: die zogeheten donkere straling van de aarde in het infrarode gebied van het spectrum is aanzienlijk en compenseert o.a. de te grote afkoeling van de lucht tijdens de nacht. Een minstens even belangrijke rol speelt het zogeheten broeikaseffect: de waterdamp en het koolstofdioxyde van de lucht laten wel de zonnestralen met kortere golflengte door, maar houden de energie van de langere golflengten tegen. Ook dat heeft een ‘matigende’ invloed op de temperatuurschommelingen van het aardoppervlak en de atmosfeer.

Naast deze statische omvormingen van de stralingswarmte, die alle van de zonnestraling afgeleid zijn, spelen de dynamische vormen van energietransport een uitermate belangrijke rol. Die hangen samen met de grote verschillen in warmtegeleiding (en warmte-opslagcapaciteit) tussen vaste aarde en water, die o.m. het verschil tussen land- en zeeklimaat bepalen. Door de ongelijke verwarming van land-, water- en ijsoppervlakten, ontstaan advectie- en convectiestromingen, die lucht- en/of watermassa's van ongelijke temperatuur over zeer grote afstanden en volgens een min of meer regelmatig en cyclisch patroon over de aarde verspreiden. Het is dan b.v. ook niet verwonderlijk dat de uiterste temperatuurschommelingen

6 Global 2000, p. 453.

[p. 131]

tussen zomer en winter in het noordelijk halfrond, binnen de grote continentale landmassa's aangetroffen worden, terwijl die uitersten minder ver uit elkaar liggen in het zuidelijk halfrond, waar de matigende invloed van enorme wateroppervlakten zich het sterkst kan laten gelden.

Ronden wij dit summiere overzicht nog even af. Dat de aarde een dermate geschikte plaats voor levende wezens is, dankt zij aan het feit dat zij over een behoorlijke dampkring (en zeer veel water) beschikt en tegelijk een gepaste rotatiesnelheid bezit. De combinatie van deze beide factoren zorgt ervoor dat overmatige verhitting overdag en overmatige afkoeling 's nachts (veelal) verhinderd worden. Hoe doorslaggevend de combinatie van deze beide factoren is, moge blijken uit de vergelijking met de temperatuurschommelingen op onze maan, die zich op een (voor de ontwikkeling van leven) even ‘gunstige’ afstand van de zon bevindt als onze aarde. Door het ontbreken van een dampkring en door de veel geringere rotatiesnelheid (één keer in een maanmaand) lopen de maantemperaturen aan de dagzijde op tot + 110°C en dalen zij aan de nachtzijde tot -150°C⁷. In de hete woestijnen van de aarde lopen de temperaturen uitzonderlijk en slechts enkele uren per dag op tot hoogstens 90°C, terwijl de temperatuur in de koude woestijnen kan dalen tot ongeveer -70°C. Dat gaf Russell Peterson de pertinente opmerking in: aangezien een ‘koud’ hemellichaam, op ‘oneindig’ verre afstand van een zon of ster gelegen, zich ongeveer op het absolute nulpunt zou bevinden (-273°C), bezorgt de zon ons de eerste 285 graden die wij nodig hebben om te leven en goed te leven⁸! Wat de mens derhalve te bezorgen heeft om te grote hitte of koude draaglijk te maken speelt zich af in het domein van een paar tientallen graden. Het ideaal zou natuurlijk zijn dat hij dat deed met behulp van de permanent aanwezige, overvloedige en thans nog grotendeels ongebruikte zonne-energie.

Bij dit permanente en overvloedige karakter van de zonne-energie horen tot slot toch wel een paar kritische kanttekeningen. Men is het er nog steeds niet over eens of de solaire constante wel zo constant is als in de theorieën en berekeningen veelal wordt aangenomen. Het lijdt nauwelijks enige twijfel dat zelfs geringe positieve of negatieve fluctuaties van de solaire constante verreikende gevolgen voor het aardse klimaat zouden hebben. Vervolgens is er het feit van de (recente) ijstijden, waarvan de (herziene en aangepaste) astronomische theorie van Milankovitch een paar

7 Om die extreme temperaturen te vermijden gebeurden de bemande maanlandingen en de maanwandelingen telkens bij het begin van een maandageraad.

8 De gemiddelde aardoppervlakte-temperatuur bedraagt 12°C.

[p. 132]

jaar geleden volledig in ere is hersteld⁹. Volgens die theorie is het vrijwel zeker dat op zijn laatst binnen 23.000 jaar een nieuwe ijstijd opnieuw zijn hoogtepunt zal hebben bereikt en dat grote delen van het thans dichtbevolkte noordelijk halfrond dan opnieuw met ijs bedekt zullen zijn. Daarmee zouden evenwel, zoals in het verleden, vochtiger of minder hete klimaten in de tropen gepaard kunnen gaan, waardoor een deel van de huidige woestijnen opnieuw zou verdwijnen. Aangezien het intreden van een ijstijd een zeer geleidelijk proces is, mag men verwachten (en hopen) dat de daarmee gepaard gaande aanpassingen (migraties) van de menselijke bevolking door het menselijk vernuft opgevangen kunnen worden. Wat er ook van zij, met dit probleem op de termijn van minstens enkele duizenden jaren, zullen wij ons hier niet verder bezighouden.

9 Cfr. H. Jans, De IJstijd: het raadsel ontsluierd, in Streven, 1981, pp. 845-850.

Zonne-energie en natuurlijk evenwicht

In ecologische kringen uit men wel vaker de wens of de eis dat het zogeheten natuurlijk evenwicht, dat wij mensen grondig hebben verstoord, in grote mate hersteld moet worden. In dergelijke termen geformuleerd is dat een utopische wens en een onmogelijke eis. Er is waarschijnlijk geen enkele plaats meer op aarde waar dat natuurlijk evenwicht in volkomen ongerepte toestand voorkomt: zelfs ver afgelegen en onbewoonde eilanden en poolgebieden ondergaan nu reeds op meetbare wijze de invloed van de luchtvervuiling die door onze energieproduktie en andere industrieën veroorzaakt wordt. Wel zijn er nog relatief ongerepte gebieden die ons hebben geleerd wat zo'n louter natuurlijk evenwicht nu eigenlijk voorstelt en behelst. Het gaat dan steeds om vrij grote en afgezonderde gebieden, waar ofwel (haast) geen mensen wonen, ofwel slechts kleine populaties van vruchtenverzamelaars en jagers een nomadisch bestaan leiden binnen grote ruimten. Voorbeelden daarvan zijn (of waren veeleer) de pygmeeën van het Afrikaanse oerwoud, de eskimo's van de Noordpoolgebieden. De eveneens nomadische herders, die in koude of warme steppegebieden heuse kudden hebben, kunnen reeds de definitieve breuk inleiden met het louter natuurlijke evenwicht door een overmatige, want geplande en beschutte aangroei van dieren en mensen, waartegen bodem en klimaat mettertijd niet opgewassen zijn. Waar de mens aan landbouw begint te doen en vaste nederzettingen vestigt, is vanzelfsprekend het natuurlijke even-

[p. 133]

wicht voorgoed verstoord¹⁰. Historische voorbeelden van beide laatste processen zijn legio: werd het onvermijdelijk verloren gegane natuurlijke evenwicht niet tijdig vervangen door een aan de menselijke behoeften aangepast en tegelijk door de mens beheerd nieuw ecologisch evenwicht, dan konden catastrofen als desertificatie, onomkeerbare bodemerosie en dergelijke niet uitblijven¹¹.

Hoe ziet zo'n louter natuurlijk evenwicht eruit? Om te beginnen bestaat het maar en houdt het zich slechts in stand dank zij de energiestroom die de zon onophoudelijk naar de aarde zendt. Die primaire stralingsenergie heeft als warmtestraling en als lichtstraling twee reeksen effecten, die voor de ontwikkeling van het leven op aarde, sinds honderden miljoenen jaren, doorslaggevend geweest zijn. De warmtestraling bezorgt aan de milieus van water en land de optimale, goede of ten minste minimale temperaturen waarin levende wezens überhaupt kunnen gedijen. Niet minder belangrijk zijn de effecten afgeleid van de primaire warmtestraling: door verdamping en neerslag bezorgen zij alle zoet water op aarde, en in combinatie met de aardrotatie, de transporten van warmte en water van oceaanstromingen en winden. De lichtstraling (van bepaalde golflengten) bezorgt, via de fotosynthetische werking van de groene planten, de omzetting van louter minerale en anorganische in ‘levende’ en organische structuren van vegetatieve aard, waarop alle andere levensvormen op aarde voor hun bestaan en voortbestaan aangewezen zijn.

Waar nu binnen een relatief gesloten natuurgebied nog geen ingrijpende wijzigingen of verstoringen door de mens zijn aangebracht, blijkt zich een vrijwel autonoom en heel stabiel systeem van veelvuldige energie- en materieuitwisselingen te hebben ontwikkeld, dat voor ‘onbepaalde’ tijd verzekerd is zolang althans de zon voor een ononderbroken ‘input’ van energie blijft instaan. Op die meestal volgens seizoenen wisselende energiestroom en alle daarvan afgeleide effecten spelen de organismen binnen het systeem in, volgens een met verloop van tijd optimaal ontwikkelde aanpassing aan gunstige, minder gunstige en zelfs extreem ongunstige klimaat- en bodemtypes en waterhuishoudingen. Toen W. Disney zijn eerste natuurfilm uitbracht, was het voor de meeste bioscoopbezoekers een openbaring dat die film The ‘Living’ Desert heette. Hoe ingewikkeld en complex zo'n natuurlijk evenwichtssysteem ook is - dagelijks ontdekt men daarin nieuwe

10 Cfr. H.J.M. Thiadens, Vroegtijdige verstoringen van het ecologisch evenwicht (in Zuid-Nederland), in Streven, april 1980, pp. 661-665.

11 Cfr. H. Jans, Het zand der gramschap: door de mens geschapen woestijnen, in Streven, december 1979, pp. 243-261.

[p. 134]

en vaak verrassende interdependenties - toch vertoont het als geheel een heel duidelijke ‘piramidale’ structuur, die in het concept ‘voedselpiramide’ allang een vertrouwd begrip geworden is.

De voedselpiramide bevat en omvat een weliswaar aan schommelingen onderhevige maar over langere periodes vrijwel constante biomassa, die volgens een ingewikkeld netwerk van verbindingen over alle levende wezens is verdeeld. De brede basis van de piramide is van (overwegend) plantaardige aard en bestaat uit een meestal rijke verscheidenheid van soorten, die heel veel individuen tellen. De hele wereld van lagere en hogere dieren (planteneters, alleseters, vleeseters) teert op die vegetatieve overvloed en vertoont een gestructureerde samenhang die grosso modo als volgt is opgebouwd: hoe kleiner de individuen van een soort zijn, des te talrijker komen ze voor in de lagere zones van de piramide en des te talrijker zijn ook, in gunstige omstandigheden, de soorten zelf. Grotere dieren, die aan hun milieu veel hogere energie- en materie-eisen stellen, komen met veel minder individuen voor in de hogere (smallere) zones van de piramide¹². Aan de top van de piramide bevinden zich de relatief weinige individuen van soorten die nagenoeg geen ‘natuurlijke vijanden’ hebben, maar die voor hun bestaan en voortbestaan aangewezen zijn op een rijke fauna en flora. Opvallend is dan ook dat de soorten aan de top van de piramide een (vaak uiterst) langzame voortplantingscyclus hebben en zelfs, in tijden van relatieve schaarste, van alle voortplanting afzien. In een toestand van natuurlijk evenwicht kunnen de soorten aan de top (om het even of het nu om walvissen, olifanten, leeuwen of arenden gaat...) zich nooit op buitensporige wijze vermeerderen omdat zij, mochten zij dit doen, hun eigen bestaansgrond zouden vernietigen. In dit summiere overzicht moeten wij volledigheidshalve nog de ongemeen belangrijke rol vermelden die de talloze micro-organismen spelen binnen het hele systeem: bacteriën, eencelligen, schimmels.... bezorgen, al bezitten zij meestal niet zelf het fotosynthetisch vermogen van de hogere planten, de voortdurende opbouw en/of recyclage van het organisch materiaal, niet alleen in de bodem maar ook in de stofwisselingsprocessen van de hogere dieren zelf. En om het nog maar eens te herhalen: het hele systeem, hoe gesloten en bestendig het ook lijkt, is een open en afhankelijk systeem, dat berust op de continue aanvoer van de zonne-energie.

12 Voor een indringende studie van deze relaties cfr. R.H. Peters, The Ecological Implications of Body Size, Cambridge University Press, 1984.

[p. 135]

Natuurlijk evenwicht en onnatuurlijke energiebehoeften

Sinds ten minste een paar duizend jaar gedraagt de mens zich, op steeds meer plaatsen en in versneld tempo, als de biologische soort die aan de top van de piramide staat. Van zodra hij extensieve en vooral intensieve landbouw en veeteelt ging bedrijven, doorbrak hij de eeuwenoude ijzeren ‘natuurwet’, dat een soort aan de top slechts relatief weinig individuen telt, op straffe van de vernietiging van haar eigen bestaansgrond. Door de voortschrijdende ontwikkeling van beschaving, cultuur en economie, is niet alleen de globale demografische druk op het milieu toegenomen, maar zijn ook de energie- en materie-eisen per hoofd van de bevolking buitensporig hoog opgelopen, althans in de rijke industrielanden van de wereld. Voor de ontdekking en het veralgemeend gebruik van steenkool hadden de demografische explosie en de veel hogere eisen die per hoofd van de bevolking aan het milieu werden gesteld reeds tot een ernstige impasse en heuse energiecrisis geleid in de westerse wereld. Exemplarisch voor wat ook op het Europese continnt aan de gang was, is de ontwikkeling van die crisis in Groot-Brittannië, waaraan John U. Nef een uitvoerige en indringende studie heeft gewijd¹³. Niet zozeer de ‘ontdekking’ van de al eeuwen bekende steenkool als wel het groeiend inzicht in de bruikbaarheid en overvloed ervan kwam in Groot-Brittannië maar net op tijd om een ineenstorting van het hele economische bestel te verhinderen en zorgde er tegelijk voor dat dit land aan het begin van de 19e eeuw de koploper werd van de eerste industriële revolutie.

Er had om te beginnen een demografische explosie en concentratie van nooit geziene omvang plaatsgevonden. Tussen 1530 en 1690 verdubbelde de bevolking van Engeland en Wales (van 3 tot 6 miljoen). Tussen 1534 en 1696 groeide de bevolking van Londen aan van 60.000 tot 530.000. Was in de jaren 1530 nog slechts één Brit op tien een stadsbewoner, dan bedroeg die proportie in 1690 reeds één op vier. Het voeden, huisvesten, vervoeren, verwarmen en tewerkstellen van die groeiende bevolking gebeurde haast

13 John U. Nef, The Rise of the British Coal Industry, Vols I, II, George Routledge & Sons, 1932; J.U. Nef, An Early Energy Crisis and its Consequences, in Scientific American, november 1977, pp. 140-151.

[p. 136]

uitsluitend ten koste van het aanvankelijk onuitputtelijk geachte¹⁴ en vaak eeuwenoude bosbestand van het eiland. Tegelijk had men alsmaar meer hout nodig ten behoeve van de scheepsbouw en van het vervoer over land (met wagens en de bio-energie van lastdieren). Tenslotte werd de warmteenergie voor brouwerijen, glasblazerijen maar vooral de metaalindustrie, zoals overal elders in de westerse wereld, uitsluitend uit houtskool verkregen.

Het globale resultaat van de roofbouw op de in het hout verpakte zonneenergie was, dat het onder de regeringen van Elisabeth I (1552-1603) en James I (1603-1625) uit alle delen van het koninkrijk klachten begon te regenen over het nijpende gebrek aan hout en de buitensporig opgelopen houtprijzen. Een koninklijke proclamatie van 1615 klaagde de ontbossing aan als een ernstige bedreiging van ‘Engelands goddelijke roeping van machtig zeevarend volk tot dan toe door de Voorzienigheid begiftigd met de geschikte middelen’. Op het einde van de 17e eeuw had het Verenigd Koninkrijk zijn bossen vrijwel volledig uitgeroeid en moest het zich zien te behelpen met hout dat uit de Scandinaafse landen en de nieuwe Amerikaanse kolonies werd ingevoerd. Niemand minder dan Adam Smith in zijn Wealth of Nations merkte op dat er in Edinburg ‘misschien geen stokje Schots hout meer te vinden is’! Ondanks het vernuftig en veelvuldig gebruik van (wind- en waterkracht wind- en watermolens, zeilschepen...) hadden de groeiende materiaal- en energiebehoeften op het einde van de 17e eeuw geleid tot de uitputting van de in het houtbestand van Engeland opgeslagen zonne-energie.

Dat dit proces desondanks niet uitliep op een catastrofale energiecrisis had Engeland te danken aan de fossiele energie van de steenkool. Steenkool was al sinds de middeleeuwen bekend, maar gold als een ‘vuile’ walmende delfstof, die slechts in beperkte mate en op lokaal vlak als een surrogaatbrandstof was gebruikt. Het nijpend tekort aan hout bracht evenwel de Britten ertoe, lang vóór de bewoners van het continent, de steenkoolproduktie voor huisbrand en sommige industriële processen op te drijven tot het tienvoudige en meer tussen 1550 en 1700. Er ontstondzelfs een bloeiende exporthandel van steenkool naar landen van het continent.

14 De Italiaanse metaalkundige en kanonnengieter Biringuccio (1480-1539) schreef in zijn Pirotechnia o.m.: ‘Overal zijn dermate grote wouden voorhanden dat men mag aannemen dat de mens ze nooit zal kunnen opgebruiken... Daarenboven doet de zeer vrijgevige natuur er elke dag nieuwe ontstaan... Al heeft de veel voorkomende “zwarte steen” het karakter van echte houtskool, de overvloedige bomen ontslaan ons van de noodzaak om het gebruik van die buitennissige brandstof te overwegen’.

[p. 137]

De vervanging van houtskool door steenkool in de metaalindustrie was evenwel een bijzonder moeizaam en langzaam proces, omdat het fundamentele technologische vernieuwingen van de fabrikageprocédés behelsde. Pas door Derby's uitvinding van de cokesbereiding (1709) en H. Corts uitvinding van de puddeloven (1784) kwam de weg vrij voor de definitieve vervanging van houtskool door steenkool in de ijzer- en staalindustrie. Vanaf het begin van de 19e eeuw voerde Engeland dan met zijn steenkool ook de verworven technologische kennis uit naar de rest van de wereld. Merkwaardig is alleszins dat W.S. Jevans reeds in 1865 in The Coal Question zijn landgenoten voorhield dat ook de steenkool geen onuitputtelijke energiebron was!

Wij gaan hier niet de genoegzaam bekende geschiedenis herschrijven van de triomfantelijke opmars van steenkool, staal (en stoommachine) als motor van de eerste industriële revolutie. Noch die van de ons nog beter vertrouwde aflossing van de steenkool door aardolie en aardgas (van ontploffingsmotor en elektrische energie) in de 20e eeuw. Door die stormachtige ontwikkelingen raakten de ‘zachte energieën’ van weleer (wind- en waterkracht) vrijwel geheel in onbruik, met uitzondering van de waterkracht ten behoeve van de elektriciteitsproduktie, die nu echter wel gepaard ging met ingrijpende wijzigingen en/of verstoringen van het landschap en de waterhuishouding. De ontdekking van de kernenergie werd aanvankelijk met net hetzelfde euforische enthousiasme begroet als destijds die van de fossiele brandstoffen: net op tijd zou het menselijk vernuft een onuitputtelijke energiebron ontsloten hebben, die nu eens echt voorgoed in alle energiebehoeften van de mensheid kon voorzien. Alsof de mensheid alleen maar energiebehoeften had! De optimistische prognose viel samen met de groeiende ecologische inzichten in de schade die de ongebreidelde energiehonger reeds heeft aangericht: landschapsverwoesting, water- en luchtvervuiling, bodemerosie en -verarming, desertificatie... De auteurs van Natuur is duur somden volkomen terecht niet minder dan 16 functies op die ‘hout’ (bos en vegetatie) voor het zijn en welzijn van de mens vervult, gaande van de invloed op klimaat en bodem tot toerisme, gezondheid en recreatie, en waarvan hout als ‘energiebron én grondstof’ slechts één van die 16 functies was¹⁵. En dan is hout, in tegenstelling met de fossiele brandstoffen en mits verstandig beheer, nog een hernieuwbare resource! Vergeten wij bovendien niet dat in vele delen van de Derde Wereld hout nog steeds de enige brandstof is, wat niet alleen de

15 W. van Dieren & M.G. Hummelinck, Natuur is duur, Het Wereldvenster, Baarn, 1977, pp. 108-124.

[p. 138]

prijzen ervan (ook voor de armsten) de hoogte injaagt, maar tegelijk (samen met het rooien ten behoeve van de landbouw) tot een ontbossing leidt, waarvan de blijvende, schadelijke gevolgen nog veel aanzienlijker zijn en kunnen worden dan in de zones met een gematigd klimaat. Bedenkelijk stemt ook het feit dat de spectaculaire resultaten van de zogeheten agro-industrie in de VS slechts mogelijk waren dank zij een zowel in absolute cijfers als in relatief rendement steeds hoger verbruik van overwegend fossiele energie. Om bij het voorbeeld van de maïsteelt te blijven: gemeten in kilocalorieën die de maïsproduktie vertegenwoordigt, steeg de opbrengst van 3.427.200 kcal. in 1945 tot 8.164.000 kcal. in 1970 (een toename van 238 %), maar ging gepaard met een verbruik van fossiele energie (voor machines, meststoffen, pesticiden, irrigatie...) van 913.000 kcal. in 1945 en van 2.891.000 kcal. in 1970 (een toename van 317 %). De verhouding tussen de gewonnen bio-energie van de maïs tot de in de produktie ervan geïnvesteerde fossiele energie bedroeg derhalve in 1945 nog 3,7 en in 1970 nog slechts 2,82, zodat de netto-energiewinst, na aftrek van de telkenmale geïnvesteerde energie, tussen 1945 en 1970 niet 238 % maar 210 % bedroeg¹⁶. Vanuit hetzelfde ecologische standpunt tenslotte is het minste wat men over de kernenergie kan zeggen, dat ze vooralsnog niet die probleemloze definitieve energiebron lijkt te zijn waarvoor men ze aanvankelijk hield.

Of beheerste kernfusie, dank zij een geslaagde verdere ontwikkeling van het voor het eerst in de USSR beproefde, zogeheten tokamak-procédé, ooit die schier onuitputtelijke en voor het milieu acceptabele energiebron van de toekomst wordt, is op dit ogenblik nog niet uit te maken of te voorspellen. De ironie van de hele situatie is wel dat de tokamak-techniek probeert in het klein na te bootsen wat de zon in het heel groot doet. De hele zonne-energie spruit inderdaad voort uit een ontzaglijk en continu kernfusieproces, dat ons tenslotte onze dagelijkse portie warmte- en lichtenergie bezorgt zonder enige noemenswaardige radio-actieve bijmenging of besmetting van water en lucht (waarvan de geringe natuurlijke radioactiviteit overwegend afkomstig is van de zeer zwakke, gemiddelde radioactiviteit van de gesteenten). Die geringe natuurlijke radio-activiteit is wel, op goed meetbare wijze, met een paar procent toegenomen tijdens de glansperiode van de herhaalde proeven met atoombommen¹⁷.

16 Global 2000, p. 622; cfr. H. Jans, Van bodem tot bord: energieverbruik bij de voeding, in Streven, oktober 1978, pp. 76-77.

17 J. Bartels, o.c., pp. 52-54.

[p. 139]

Eenmalige (fossiele) en continue zonne-energie

Dat de mens nu al ruim twee eeuwen lang zo overvloedig fossiele (zonne)energie heeft kunnen verbruiken, was te danken aan een hoogst merkwaardig proces uit het geologisch verleden van onze planeet. Na de ‘uitvinding’ van de fotosynthese door de groene planten (op zijn minst sinds 2 miljard jaar) werd de continue ontwikkeling van de hele biomassa op aarde beheerst door de koolstofcyclus (lucht, plantaardig en dierlijk leven). Van de aldus voortdurend geproduceerde biomassa werd echter een aanzienlijke hoeveelheid definitief aan de levensprocessen onttrokken en voorgoed in de sedimenten begraven, waar zij zonder de recente tussenkomst van de mens nooit meer enige rol van betekenis zou hebben gespeeld. Recent onderzoek heeft inderdaad uitgewezen dat koolstof van organische oorsprong niet alleen in steenkool, aardolie en aardgas wordt aangetroffen, maar in fijnverdeelde toestand in alle sedimenten voorkomt. De totale hoeveelheid van de in de sedimenten opgeborgen organische koolstof wordt op 10¹⁶ ton geraamd, zegge ongeveer 10.000 maal meer dan in de hele biomassa van de thans levende wereld. Het opmerkelijkste resultaat van het recente onderzoek was de bevestiging van de echt organische oorsprong van alle koolstof(verbindingen) in de sedimenten (de carbonaten van de kalksteen buiten beschouwing gelaten). Zowel in steenkool en aardolie als in aardgas en de diffuus verspreide koolstofhoudende afzettingen werden een groot aantal gemeenschappelijke en bijzonder typische koolwaterstof verbindingen geïdentificeerd (zogeheten hopanoïden), die ondubbelzinnig het produkt zijn van bacteriële en microbiële omzetting van organisch afval¹⁸.

Wat derhalve in de loop van miljoenen jaren aan de koolstofcyclus onttrokken en ‘werkeloos’ in de sedimenten opgeborgen was, wordt sinds een paar eeuwen en in versneld tempo definitief door de mens opgebruikt en wel op een wijze die veelvuldige en nooit eerder voorgekomen schade aan het milieu berokkent (met zure regen als het meest recente voorbeeld). De huidige ramingen van de reserves op wereldschaal van de fossiele energiebronnen zijn alleen geruststellend in deze zin, dat die reserves nog wel enkele eeuwen in de energiebehoeften van de mensheid kunnen voorzien, al zullen de exploitatiekosten waarschijnlijk blijven stijgen¹⁹. De reden

18 Cfr. Guy Orisson, Pierre Albrecht & Michel Rohmer, The Microbial Origin of Fossil Fuels, in Scientific American, augustus 1984, pp. 34-41.

19 H. Jans, Vernieuwde aandacht voor fossiele brandstoffen, in Streven, juni 1984, pp. 830-841.

[p. 140]

waarom men dan toch naar een efficiënter gebruik van de actuele zonneenergie blijft zoeken, is de wetenschap dat onze hele energie-produktie (uit vooral fossiele energiebronnen en kernenergie) slechts een geringe fractie is van de energiestroom die dagelijks vanuit de zon onze aarde bereikt.

Vooralsnog gelooft slechts een kleine minderheid van de deskundigen dat wij op relatief korte tijd voor het grotere of grootste deel van onze energiebehoeften op zonne-energie zullen (kunnen) overschakelen. Dat zou nog te duur uitvallen en een echt nieuwe technologische doorbraak vereisen. Er bestaat wel een vrij algemene consensus over de wenselijkheid, de reële mogelijkheden die de zonne-energie ons reeds biedt veel consequenter te benutten: elk procent van ons energieverbruik dat langs die weg verkregen kan worden is beslist de moeite waard, niet het minst in vele landen van de Derde Wereld waar zowel het klimaat als de behoeften van een sterk verspreide bevolking voor de veelvuldige, kleinschalige toepassing van de reeds bekende technieken pleiten.

De al toegepaste of grotendeels slechts overwogen technieken kunnen grosso modo in twee categorieën ondergebracht worden, al naargelang zij gebruik maken van de van de zonnestraling afgeleide fysische (klassieke waterkracht, temperatuurverschillen tussen waterlagen, windkracht) en chemische (fotosynthese der planten) energievormen of van de rechtstreekse warmte- en/of lichtenergie van de zonnestraling²⁰.

De klassieke waterkracht is voldoende bekend. Volgens de eveneens klassieke thermodynamica kan energie gewonnen worden uit het temperatuurverschil tussen twee ‘media’, en wel met een des te groter rendement naarmate dit verschil groter is (het principe van de stoommachine). Nu komt er in de tropen een vrijwel constant temperatuurverschil van ongeveer 20° C voor tussen de oppervlakte- en de diepere lagen van de oceanen. Reeds in 1929 ontwierp G. Claude een thermische turbine van 22 kilowatt die dit temperatuurverschil benutte met een uiteraard gering rendement van 2 tot 3 %. Met windkracht voor de elektriciteitsproduktie wordt al jarenlang druk geëxperimenteerd. Naast het bezwaar van het intermittent karakter van deze energiebron, zijn er ook nog de geluids- en gezichtshinder en de grote bezetting van de ruimte die ermee gepaard gaan. Windturbines van 56 meter hoog, ten getale van 16 per vierkante mijl, en gespreid over een oppervlakte van de staat Utah (2,5 % van de VS) zouden (slechts) 10 %

20 Voor de mogelijkheden en beperkingen van zonne-energie in een land als Nederland cfr. S.H.A. Begemann, Toekomst zonne-energie in Nederland, in Streven, november 1979, pp. 166-176.

[p. 141]

opleveren van het totale elektriciteitsverbruik van de VS in 1972²¹. Wat niet wil zeggen dat windturbines niet op vele plaatsen voor een geschikte, kleinschalige en autonome energievoorziening kunnen instaan.

De in de biomassa verpakte zonne-energie is een andere, voortdurend hernieuwbare energiebron. Het meest voor de hand liggende gebruik daarvan is de afvalverwerking (verbranding), die in de industrielanden het groeiend probleem van de afvalstockering zou helpen oplossen. Daarnaast staan een aantal veel grootser en meer gedurfde plannen op stapel om aan energy farming te gaan doen, de natuurlijke fotosynthese te gebruiken om daaruit gasvormige of vloeibare brandstoffen te bekomen. Bekend en zelfs berucht zijn de al ten dele uitgevoerde plannen van de Braziliaanse regering om op grote schaal de suikerrietproduktie te stimuleren, niet langer voor de menselijke voeding maar als grondstof voor de bereiding van brandstof voor de voertuigen. Hier stelt zich dan een levensgroot, o.i. ook ethisch probleem van de prioriteiten die men bij het bodemgebruik wenst te hanteren! Het dunbevolkte, dichtbeboste en van een lange kustlijn voorziene Zweden heeft in 1978 een origineel energieplan uitgewerkt dat op de intensieve en extensieve exploitatie van de vegetale biomassa te land en in de zee berust. Te land zouden 3 miljoen hectare worden beplant met snel groeiende houtgewassen die op geregelde tijden gerooid en tot houtgas verwerkt zouden worden. In zee zou men overgaan tot een heuse cultuur van zeewier dat, regelmatig geoogst, door microbiële omzetting de brandstof methaan zou moeten leveren²². Dergelijke, ook in Canada en de VS overwogen projecten werpen niet alleen het probleem op van de technische en economische haalbaarheid. In alle scherpte stelt zich ook hier weer de kwestie van de prioriteiten. Wij vermeldden reeds dat bos en vegetatie nog heel wat andere, voor het welzijn van de mens minstens even vitale functies vervullen dan hun blote bestaan als mogelijke leveranciers van brandstof. En de ecosystemen van de kustwateren zijn voor de visstand en dus ook de voedselbevoorrading van de mens te belangrijk om zomaar uitsluitend aan zijn brandstofhonger opgeofferd te worden.

De rechtstreekse zonnestraling ten slotte kan de mens zich te nutte maken door de energie ervan te concentreren en/of in elektrische stroom om te zetten. Zonne-collectoren trachten zo veel mogelijk van de warmte-energie te absorberen en te concentreren ten behoeve van huisverwarming, warm water-voorzieningen en zelfs (thermische) elektriciteitsproduktie. Fotocel-

21 Global 2000, pp. 454.

22 Thomas B. Johannson & Peter Steen, Solar Sweden: An Outline to a Renewable Energy System, Secretarial for Futures Studies, Stockholm, 1978.

[p. 142]

len bezorgen de rechtstreekse (fotovoltaïsche) omzetting van het zonnelicht in elektrische energie volgens technieken die vooral ten behoeve van de ruimtevaart een snelle ontwikkeling hebben gekend. Ook deze technieken nemen veel ruimte in beslag, zijn vrij duur in de aanmaak van de materialen en hebben een vooralsnog (te) gering rendement, dat bovendien in sterk wisselende mate van het klimaat afhankelijk is. Dat neemt niet weg dat min of meer kleinschalige toepassingen ervan, in afgezonderde gebieden en geschikte klimaatzones, een aantal infrastructuren van de energie-aanvoer uit veraf gelegen en uiteraard grote energiecentrales, overbodig zouden maken.

Conclusies of perspectieven

Wij willen de summiere verkenning van het belang en de bruikbaarheid van de zonne-energie nog even afronden met een viertal conclusies of perspectieven, zoals die - op één na wellicht - door vrijwel alle deskundigen onderschreven worden.

Voorop staat hun overtuiging dat de demografische druk van de menselijke bevolking op het beperkte planetaire milieu tot een impasse moet leiden, indien de proliferatie van de mens aan de top van de ‘piramide’ niet bedwongen en beheerst wordt. Ten bate van de mens zelf, zijn welzijn en zijn toekomst dient men dringend te streven naar een nieuw soort steady state-systeem. Zo'n systeem zal weliswaar nooit (meer) louter ‘natuurlijk’ zijn, omdat het is afgestemd op de specifieke en gerechtvaardigde eisen van menselijke gezondheid, beschaving, cultuur,... maar moet toch een originele en nieuwe symbiose beogen tussen menselijke populatie en de rest van de biosfeer. Beide samen hebben geen andere toekomst dan het ‘verstandig’, tegelijk optimaal en omzichtig gebruik van die éne, zekere energiebron die de zon al miljoenen jaren is.

De tweede conclusie, niet door àlle deskundigen van de ‘rijke’ landen onderschreven, betreft de energiebehoeften per hoofd van de menselijke bevolkingen. De industrielanden hebben die behoeften buitensporig opgevoerd, en lang niet alleen ter bevrediging van echte, vitale en welvaartsnoden maar ook om te voldoen aan kunstmatig in het leven geroepen en opgedreven, overbodige en in een aantal effecten bovendien schadelijke ‘behoeften’. De tijd dat stijging van de welvaart, zonder meer en vanzelfsprekend, met een jaarlijks fors stijgend energieverbruik werd gecorreleerd, is onherroepelijk voorbij, of dient dat ten minste te zijn. Het feit alleen al dat de VS in 1975 voor hun welvaart per hoofd van de bevolking

[p. 143]

tweeëneenhalve maal meer energie verbruikten dan West-Europa, dat op zijn beurt 12,4 maal meer energie per hoofd verbruikt dan het gemiddelde verbruik in de ontwikkelingslanden... toont overduidelijk aan dat de westerse groei- en welvaartsmodellen zelfs voor de bestaande wereldbevolking én vanuit louter energetisch standpunt gewoon niet haalbaar zijn.

De derde conclusie, voor de onmiddellijke toekomst, kan worden samengevat in het parool: diversificatie van de beschikbare energiebronnen. De pijnlijke ervaringen reeds opgedaan met het exclusief vertrouwen op tijdelijk overvloedige en goedkope brandstoffen, moet ons ertoe brengen verwaarloosde of tot nog toe ongebruikte energievormen te herwaarderen en te stimuleren, waarbij de al vaker vermelde toepassingsmogelijkheden van kleinschalige(r), gespreide en autonome energieverzorging met behulp van zonne-energie het verdienen optimaal ontwikkeld te worden.

De vierde conclusie betreft de eveneens reeds gesignaleerde kwestie van de prioriteiten, die men bij het gebruik van - en de omgang met - bodem en water, lucht en landschap wenst te hanteren. De reële of vermeende energiebehoeften mogen niet langer, zoals al te vaak is gebeurd, de enige of de doorslaggevende reden zijn voor ingrepen in de ‘natuur’ die niet alleen aan die natuur maar aan de reële en redelijke gebruiksmogelijkheden ervan door de mens onherstelbare schade kunnen berokkenen, tot en met de onomkeerbare en definitieve onbruikbaarheid ervan.

Waarschijnlijk zal niemand van de thans levende aardbewoners oud genoeg worden om aan de weet te komen of die weinige onderzoekers zoals b.v. A.B. Lovins²³ het bij het rechte eind hebben, wanneer zij stellen dat de mensheid ooit overwegend of geheel op de zonne-energie zal aangewezen zijn om haar energiebehoeften te bevredigen. De kans dat zij gelijk hebben is niet zo verzwindend klein als nog veelal wordt aangenomen. Die omschakeling zal waarschijnlijk wel gepaard gaan met een beschavingsrevolutie, die wij ons niet of nauwelijks kunnen voorstellen. Men kan alleen hopen dat zij zich, naar het voorbeeld van wat de zonne-energie al miljoenen jaren heeft gepresteerd, op geleidelijke en ‘zachte’ manier kan voltrekken.

23 A.B. Lovins, Energy Strategy. The Road not Taken? in Foreign Affairs, oktober 1976, pp. 65-96; Soft Energy Paths. Toward a Durable Peace, Ballinger, Cambridge, Massachusetts, 1977.