Energie in beeld

De moderne wetenschap draait niet alleen meer om het produceren van gegevens. Het is net zo belangrijk informatie te halen uit publieke ‘Big Data’. Chris Davis van het Energy and Sustainability Research Institute Groningen gebruikte anderhalf miljoen gegevens die de elektriciteitsproductie in alle Amerikaanse staten beschrijven om te bepalen hoe groot de impact van het Clean Power Plan zullen zijn. Deze maatregel moet de emissie van kooldioxide in de VS naar beneden brengen.

Het Clean Power Plan (CPP) moet de uitstoot van het broeikasgas kooldioxide door Amerikaanse energieproducenten terugdringen. ‘In tegenstelling tot Europa had de VS geen landelijk beleid om de uitstoot te beperken’, vertelt Chris Davis. Verschillende staten hebben een verschillend beleid, iets waar het CPP een einde aan moet maken.

Davis, assistant professor Energie Informatica en Modellering, maakt digitale instrumenten om grote (en doorgaans publieke) sets met gegevens uit de energiesector door te spitten. Hij deed dat met publieke informatie over de energieproductie tussen 2001 en 2014 in alle Amerikaanse staten. ‘Ik wilde een kaart maken die mensen laat zien wat er precies gebeurt.’

Het resultaat is een artikel dat in juli verschijnt in het tijdschrift Renewable and Sustainable Energy Reviews, maar nu al online staat. Het artikel laat zien dat de uitstoot van kooldioxide nu al afneemt. ‘Dus kan president Obama, die het initiatief tot de CPP nam, de eer opstrijken voor veranderingen die toch al plaatsvonden’, lacht hij. Maar het werk van Davis laat ook andere, interessante details zien.

Fracken

Een belangrijke factor in het verlagen van de koolstofuitstoot door de energiesector is het toegenomen gebruik van gas, vooral schaliegas dat via het controversiële ‘fracken’ wordt gewonnen. ‘Er is een verschuiving van kolen naar gas, en gas produceert bij verbranding half zoveel kooldioxide als steenkool.’

In zijn artikel laat Davis zien hoeveel energie de staten produceren via verschillende methoden, zoals kerncentrales, kolen, gas, wind, water of zon. Dat levert een complexe verzameling plaatjes op. ‘Wat interessant is, is dat in een groot aantal conservatieve staten windenergie juist sterk toeneemt. De reden is dat boeren ontdekken dat ze extra geld kunnen verdienen met plaatsen van een windturbine.’ De motivatie is vooral een economisch, milieuoverwegingen spelen minder mee.

Maar Davis laat ook zien dat de staat Iowa, waar energieproductie uit wind sterk stijgt, de kolencentrales niet heeft gesloten. ‘Die energie exporteren ze nu naar andere staten. Het is nu eenmaal efficiënter om een kolencentrale continue te laten draaien, dan om de capaciteit steeds bij te stellen als de wind afneemt of toeneemt.’ En in Wyoming wordt steeds meer groene energie opgewekt, maar tegelijkertijd is de staat de grootste leverancier van kolen, goed voor 38 procent van het totale gebruik van Amerikaanse kolencentrales.

Over het geheel genomen is er al een jaar of tien een toename van energie uit wind, zon en waterkracht. Zelfs zonder het CPP gaat de uitstoot van kooldioxide omlaag. ‘Maar niet overal’, merkt Davis op. Omdat het CPP de uitstoot in 2030 wil terugbrengen tot 32 procent van het niveau van 2005 zal het dus zeker een extra impact hebben.

Onhaalbaar

Davis toont nog een figuur uit zijn artikel: de daling van uitstoot die iedere staat volgens het CPP moet bereiken. Vele staten kunnen dat doel halen door simpelweg over te schakelen van kool naar (schalie)gas. De grote vraag is alleen hoeveel gas er nog is. ‘Als de schaliegasproductie instort is er een probleem.’ Toch zijn ook meer duurzame energiebronnen in opkomst. En er is nog veel ruimte voor verbetering. ‘De totale capaciteit aan offshore windmolens van de VS bestaat uit één turbine, met een vermogen van 20 kilowatt’, zegt Davis. Een typische Nederlandse turbine produceert 75 tot 100 keer zoveel.

Er zijn nog veel meer conclusies te trekken uit de plaatjes waarin Davis de Amerikaanse energiemarkt heeft gevangen. ‘Ik wilde de complexiteit zichtbaar maken, zodat je er een tijd naar kunt staren zodat de ‘persoonlijkheid’ van de staten tot je gaat doordringen.’ De grafieken laten ook variatie gedurende het jaar zien. Sommige staten produceren in bepaalde perioden bijna 100 procent duurzame stroom. ‘Maar wind, zon en smeltwater voor watercentrales zijn doorgaans niet in alle seizoenen beschikbaar. Dus het hele jaar 100 procent hernieuwbare productie lijkt onhaalbaar, zonder de mogelijkheid tot opslag of import uit andere staten.’ De vraag is ook seizoensgebonden, de plaatjes tonen zomerse pieken in het stroomverbruik van zuidelijke staten als Texas. ‘Grotendeels veroorzaakt door de airconditioning.’

De analyse die Davis heeft gemaakt is uniek. Want hoewel de gegevens vrij beschikbaar waren, heet nog niemand ze in zo’n visueel overzicht bij elkaar gebracht. ‘Hiermee laat ik het grote plaatje zien. En ik toon aan dat deze databestanden onvoldoende worden gebruikt.’ Hij toont een korte animatie die hij maakte, waarin lichtjes aangaan door heel Duitsland. ‘Alle zonnepanelen zijn bij plaatsing geregistreerd op postcode’, legt Davis uit. ‘Dus je kunt heel gemakkelijk de toename in zonne-energie zichtbaar maken, in dit geval tussen 2009 en 2015.’

Dit is typische de manier waarop Davis werkt. ‘Een van mijn master studenten heeft alle informatie over stroomproductie en hoogspanningslijnen uit OpenStreetMap gehaald. Hij verwerkte de gegevens op zo’n manier dat hij er de gaten in de officiële informatie mee kon opvullen en hij kon er het hoogspanningsnet mee simuleren. Dit laat zien hoe het stroomnet werkt, en wat er nodig is om het stabiel te houden als er meer duurzame energie wordt geproduceerd. Er zijn nog heel veel gegevens beschikbaar, een goudmijn voor energieonderzoek.