Wereldenergievoorziening

Wereldenergievoorziening bestaat uit het wereldwijd winnen en gebruiksklaar maken van brand- en splijtstoffen, het opwekken van elektriciteit, en het energietransport.

Inleiding

De mensheid heeft altijd al brandstof gebruikt. Het begon al met het gebruik van vuur. Steenkool- en oliewinning zijn ook heel oud. Ook wind en water hebben al duizenden jaren mensen aan meer energie geholpen dan hun eigen spierkracht opbrengt. Te denken valt aan windmolens, zeilschepen en het gebruik van waterkracht. Ongeveer aan het begin van de 19e eeuw is met het grootschalig delven van bruin- en steenkool veel meer brandstof beschikbaar gekomen, zodat de industrialisatie kon beginnen. Elektriciteit wordt in centrales opgewekt sinds 1882 en het gebruik groeit sindsdien sterk.

Pas sinds het einde van de negentiende eeuw is er sprake van een wereldwijde energiemarkt, met het vervoer van steenkool over langere afstanden. Tot dan toe werd brandstof, hoofdzakelijk brandhout voor keukengebruik, lokaal verzameld. Voor de steden werd vanuit het platteland brandhout en indien lokaal aanwezig, steenkool of bruinkool aangevoerd. Veel brandhout werd eerst omgevormd tot houtskool voor gemakkelijker transport. De steenkool die nodig was voor metaalproductie werd lokaal gewonnen. Alleen op de plaatsen waar zowel ertsen als steenkool redelijk dichtbij waren was sprake van metaalproductie, mogelijk in verband met de hoge transportkosten. Petroleum werd verhandeld als brandstof voor koken en verlichting. Met de introductie van elektriciteit ontstond een energiemarkt op industriële schaal. Eerst alleen lokale centrale, maar later op internationale elektriciteitsnetwerken, waarbij elektriciteit ook over lange afstanden vervoerd kan worden.

De huidige energievoorziening maakt ca 10% uit van alle bestedingen in de wereld en is van groot belang voor economie en leefbaarheid. Zoals blijkt uit de volgende paragrafen produceren betrekkelijk weinig van de meer dan 190 landen in de wereld het overgrote deel van de energie. Veel landen moeten energie importeren. De geproduceerde energie, bijv. aardolie, moet nog geconverteerd worden voor het geschikt is voor eindgebruik. Tussen productie en eindgebruik vindt dus veel conversie en handel plaats. Conversie en transport kost veel energie zodat uiteindelijk maar ca 60% beschikbaar komt voor de eindgebruikers.

Tenslotte wordt de verwachting van het IEA van het energiegebruik tot 2040 samengevat en mogelijke aanpassingen van het energiebeleid om te voldoen aan het Parijse klimaatverdrag.

Energieproductie

Wereldwijde primaire energieproductie

██ Wereld (1015 Btu) ██  China ██  Rusland ██  Afrika ██  Verenigde Staten ██  Europa ██  Centraal en zuid Amerika Let op de verschillende y-as voor wereld (links) en regionale (rechts) productie

Wereldwijd wordt primaire energie gewonnen uit fossiele, nucleaire en duurzame bronnen. Primair betekent: direct gewonnen uit natuurlijke bronnen, niet geraffineerd of geconverteerd. Vooral in China is de energieproductie sterk toegenomen.

• Fossiel: steen- en bruinkool, aardolie en aardgas
• Nucleair: uranium
• Duurzaam: onder andere waterkracht, biomassa, wind- en zonne-energie

De statistiek van primaire energie volgt bepaalde regels die gericht zijn op eenvoudige meetbaarheid en vergelijkbaarheid van energie soorten.

In de tabel staat de wereld-energieproductie en de landen/regio's die het grootste deel (90%) daarvan winnen.

De hoeveelheden zijn uitgedrukt in miljoen ton olie equivalent per jaar (1 Mtoe/a = 11,63 terawattuur per jaar = 1,327 gigawatt). De data zijn van 2015.

Klik op een kolomkop om landen/regio's te rangschikken naar die energie soort.

	Totaal	Kolen	Olie & Gas	Nucleair	Duurzaam
WERELD	13790	3870	7390	671	1854
China	2496	1868	328	45	256
Verenigde Staten	2019	431	1218	216	152
Midden-Oosten	1884	1	1880	1	2
Rusland	1334	200	1060	51	22
Afrika	1118	155	567	3	392
Europese Unie	771	145	183	223	218
India	554	263	68	10	213
Canada	471	31	365	26	50
Indonesië	426	244	105	0	75
Australië	381	299	74	0	8
Brazilië	279	3	153	4	120
Noorwegen	208	1	194	0	13
Mexico	192	8	165	3	16
Venezuela	183	1	175	0	7
Kazachstan	164	47	116	0	1

In het Midden-Oosten produceren de Perzische Golfstaten Iran, Irak, Koeweit, Oman, Qatar, Saoedi-Arabië en de Verenigde Arabische Emiraten het meest. In mindere mate ook Bahrein, Jordanië, Libanon, Syrië en Jemen in deze regio.

De grootste producenten in Afrika zijn Nigeria (254), Z-Afrika (167), Algerije (143) en Angola (100).

In de Europese Unie produceren Frankrijk (138, vooral nucleair), Duitsland (120), Ver. Koninkrijk (119), Polen (68, vooral kolen) en Nederland (48, vooral aardgas) het meest.

Van de duurzame productie in de wereld is 1319 biobrandstof en afval, grotendeels in ontwikkelingslanden. 334 is gegenereerd met waterkracht en 200 met de overige duurzame bronnen.

In 2016 was de wereldenergieproductie 1% minder dan in 2015. In China -6%, Ver.Staten -5%, Midden-Oosten +8%.

Trend

Van 2010 tot 2015 nam de wereldwijde productie 8% toe. Een klein deel van de duurzame energie, zon en wind, groeide veel harder, een factor 3, dat is gemiddeld 25% per jaar, overeenkomend met de exponentiële groei sinds 1990.

In China groeide in die periode niet alleen zon en wind snel (5 maal), maar ook kernenergie, 130%.

Tussen productie en eindgebruik

	Export minus Import
Midden-Oosten	1216
Rusland	610
Afrika	317
Australië	250
Indonesië	200
Canada	200
Noorwegen	177
Z-Korea	-237
Verenigde Staten	-258
India	-307
Japan	-410
China	-489
Europese Unie	-706

De primaire energie wordt op vele manieren geconverteerd voor het geschikt is voor eindgebruik.

• Bruin- en steenkool gaat grotendeels naar elektriciteitscentrales. Kolen gaan ook naar een cokesfabriek.
• Aardolie wordt geraffineerd, zie Aardoliedestillaat.
• Nucleaire reactie hitte wordt gebruikt in kerncentrales.
• Biomassa wordt verwerkt tot biobrandstof, zoals biodiesel.

Elektriciteit wordt opgewekt met een wisselstroomgenerator die mechanisch gekoppeld is aan

• een stoom- of gasturbine in een thermische centrale,
• of een hydraulische turbine in een waterkrachtcentrale,
• of een windturbine, alleenstaand of in een windpark.

Na de uitvinding van de silicium PV cel in 1954 begon de elektriciteitsopwekking met zonnepanelen, verbonden met een DC/AC convertor. Pas rond 2000 werd door massaproductie van panelen zonnestroom economisch.

Van de primaire en geconverteerde energie wordt ca 5350 Mtoe wereldwijd verhandeld tussen landen, vooral olie en gas. In de tabel staat van enkele landen en regio's de export verminderd met de import. Een negatieve waarde betekent dat daar veel energie geïmporteerd wordt voor de economie. De hoeveelheden zijn uitgedrukt in Mtoe/a en de data zijn van 2015.

Groot energietransport wordt gedaan met olie- en gastankers, tankauto's, gasnetwerken, elektriciteitsnetten, zie Hoogspanning (elektriciteit).

Van de primaire energieproductie wordt 32% gebruikt bij conversie en transport en 6% voor niet-energetische producten zoals smeermiddelen, asfalt en petrochemicaliën. Voor energie eindgebruikers resteert 62%.

Eindgebruik

Het bestaat uit brandstof (80%) en elektriciteit (20%). De tabellen bevatten hoeveelheden, uitgedrukt in miljoen ton olie equivalent per jaar (1 Mtoe = 11,63 TWh), hoeveel daarvan duurzaam is, en het gebruik per persoon per jaar. De data zijn van 2015.

Brandstof:

• fossiel: aardgas, brandstof geproduceerd uit aardolie (LPG, benzine, kerosine, diesel, stookolie), uit kolen (antraciet, cokes).
• duurzaam: biobrandstof en brandstof geproduceerd uit afval.
• voor warmtedistributie.

De hoeveelheden zijn gebaseerd op netto calorische waarde.

Elektriciteit: Zie Wereldelektriciteitsgebruik voor meer details.

In de eerste tabel staat het wereldwijd eindgebruik en landen/regio's die het meest (83%) gebruiken. In ontwikkelingslanden is het gebruik per persoon laag en het brandstofgebruik relatief duurzaam. Canada, Venezuela en Brazilië wekken elektriciteit grotendeels duurzaam op met waterkracht.

	Brandstof Mtoe/a	waarvan duurzaam	Elektriciteit Mtoe/a	waarvan duurzaam	Energie pp toe/a
WERELD	6810	16%	1737	21%	1,2
China	1330	9%	419	24%	1,3
Ver. Staten	1072	7%	325	14%	4,4
Europese Unie	801	10%	236	30%	2,0
Afrika	502	62%	53	18%	0,5
India	444	40%	88	15%	0,4
Rusland	316	1%	62	16%	2,6
Japan	191	2%	82	17%	1,9
Brazilië	170	36%	42	74%	1,0
Indonesië	139	40%	17	11%	0,6
Canada	129	9%	43	63%	4,8
Iran	130	0%	18	5%	1,9
Mexico	93	8%	22	14%	1,0
Z-Korea	84	6%	43	3%	2,5
Australië	59	8%	18	13%	3,2
Oekraïne	38	3%	10	5%	1,1
Argentinië	46	2%	11	29%	1,3
Venezuela	30	2%	6	64%	1,2

De volgende tabel toont een aantal van de 28 landen van de Europese Unie die het grootste deel (83%) gebruiken, en Noorwegen. In de laatste vier landen wordt elektriciteit grotendeels duurzaam opgewekt.

	Brandstof Mtoe/a	waarvan duurzaam	Elektriciteit Mtoe/a	waarvan duurzaam	Energie pp toe/a
Duitsland	155	10%	44	31%	2,4
Frankrijk	98	12%	37	17%	2,0
Ver. Koninkrijk	91	4%	26	27%	1,8
Italië	87	9%	25	40%	1,8
Spanje	56	9%	20	34%	1,7
Polen	49	12%	11	14%	1,6
Nederland	35	3%	9	15%	2,6
België	26	7%	7	24%	3,1
Zweden	19	35%	11	64%	3.1
Portugal	11	20%	4	52%	1,5
Denemarken	10	14%	3	69%	2,3
Noorwegen	9	10%	10	98%	3,8

De grootste eindgebruikers in Afrika zijn Nigeria 119, Z-Afrika 70 en Egypte 50. Van de 48 Afrikaanse landen zijn er 32 in een energie crisis volgens de Wereld Bank.

Energie voor energie

Brandstof en elektriciteit wordt deels gebruikt voor constructie, onderhoud en sloop/hergebruik van installaties die brandstof en elektriciteit produceren, zoals olieboortorens, uranium isotoopscheiding en windturbines. Voor het nuttig effect van deze producenten moet de verhouding van de energieopbrengst tot de energiekosten groot genoeg zijn (Engels: EROEI energy returned on energy invested of EROI energy return on investment). Er is weinig overeenstemming in de technische literatuur over methoden en resultaten van berekening van deze verhoudingen, maar waarschijnlijk is de EROEI voor fossiele en nucleaire brandstof, waterkracht en windturbines minstens 10, voor zonnepanelen ongeveer 7 en voor zonnecollectoren (heet water) maar 2. In zuidelijke Europese landen is de zonne-EROEI meer dan tien maar noordelijker is het minder omdat het terugwinnen van de geïnvesteerde energie een groter deel van de levensduur van de panelen beslaat.

Verwachting tot 2040

Op basis van onderzoek van Huidig beleid verwacht het IEA toenemende spanningen in bijna alle aspecten van energiezekerheid. Inclusief nieuw aangekondigd beleid en doelen, het Nieuw beleid Scenario, schat het IEA dat de wereldwijde vraag naar energie in 2040 met meer dan een kwart is toegenomen door ontwikkelingslanden onder leiding van India. Hernieuwbare energie levert bijna 40% van deze groei, het olie- en gasverbruik stijgt met 50% en het gebruik van kolen zal niet groeien. De wereldwijde energiegerelateerde CO₂ emissies nemen licht toe. Het IEA noemt dit scenario ver uit de buurt van wat wetenschappelijke kennis zegt vereist zal zijn om de klimaatverandering aan te pakken.

Het Duurzame ontwikkeling scenario van het IEA voldoet volgens de onderzoekers aan de internationaal overeengekomen doelstelling voor klimaat verandering, lucht kwaliteit en universele toegang tot moderne energie. De grafiek toont dat de totale vraag naar primaire energie in 2040 op het huidige niveau kan worden gehouden (door de efficiëntie te verhogen), hernieuwbare bronnen kunnen hun aandeel vergroten tot ca 30% waarvan de helft zonne- en windenergie is, kernenergie stijgt naar ca 10% (door groei in Azië), aardgas stijgt licht, olie piekt snel, steenkool daalt onmiddellijk, fossiele brandstoffen zullen ca 60% van de totale vraag dekken (terug van 82% nu). CO₂ emissie kan teruglopen door afvang en opslag, afnemende methaanemissies en het elimineren van affakkelen (p.7) van 33 gigaton in 2017 naar 18 Gt in 2040 (Table 1.5). De wereldwijde gemiddelde jaarlijkse energie-investering in de periode 2026-40 zou $ 3,3 biljoen kunnen bedragen, waarvan $ 0,7 biljoen voor hernieuwbare energiebronnen (Table 1.7). Maar de acties van overheden zullen doorslaggevend zijn.

Alternatieve Doel Parijse Klimaatverdrag scenarios zijn ontwikkeld door een team van 20 wetenschappers aan de University of Technology Sydney, het Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, en de University of Melbourne, met IEA data maar gericht op overgang naar bijna 100% duurzaame energie in 2050, en door middel van bv. herbebossing. Kernenergie en kooldioxide afvang zijn uitgesloten in deze scenario's (blz.3). De kosten zouden veel minder zijn dan de 5 biljoen dollar per jaar die regeringen nu besteden aan subsidies voor de fossiele brandstof industrie die verantwoordelijk is voor klimaat verandering (blz.ix).

In het +2.0 C (opwarming) Scenario kan de wereldwijde primaire energie productie in 2040 450 EJ = 10755 Mtoe zjn, of 400 EJ = 9560 Mtoe in het +1.5 Scenario, veel lager dan nu. Duurzame bronnen kunnen hun aandeel vergroten tot 300 EJ in het +2.0 C Scenario of 330 PJ in het +1.5 Scenario in 2040. In 2050 kan duurzame energie bijna alle energievraag dekken. Niet-energetisch gebruik zal nog fossiele brandstof nodig hebben. Zie Fig.5 op p.xxvii in het Executive Summary.

Duurzame energie bronnen zullen in de wereld 88% van de elektriciteit opwekken in 2040 en 100% in 2050 in de alternatieve scenarios. “Nieuwe” duurzamen — grotendeels wind, zon en geothermie — zullen 83% bijdragen aan alle electriciteitsopwekking (p.xxiv). De gemiddelde jaarlijkse investering die is vereist tussen 2015 en 2050, inclusief kosten voor extra energiecentrales voor de productie van waterstof en synthetische brandstoffen en voor vervanging van centrales, zal ongeveer $ 1,4 biljoen bedragen (p.182).

Verschuivingen zijn nodig van de binnenlandse luchtvaart naar het spoor en van weg naar spoor. Personenauto gebruik moet in de OESO-landen na 2020 afnemen (maar zal toenemen in ontwikkelingslanden). De afname van personenauto gebruik zal gedeeltelijk worden gecompenseerd door een sterke toename van het openbaar vervoer per spoor en bussystemen. Zie Fig.4 on p.xxii.

CO₂ emissie kan verminderen van 32 Gt in 2015 tot 7 Gt (+2.0 Scenario) of 2.7 Gt (+1.5 Scenario) in 2040, en tot nul in 2050 (p.xxviii).

Zie ook

• Milieu-effect: Opwarming van de Aarde, Fossiele brandstof
• Energiebeleid: Energiesubsidie
• Mark Jacobson
• Wereldenergievoorziening met wind, water en zon
• Energie-unie

Bronvermelding

Bronnen, noten en/of referenties:

De data in dit artikel zijn afkomstig van experts van het Internationaal Energieagentschap e.a. grote organisaties die deze periodiek verzamelen, analyseren en publiceren.