In het tijdperk voor de Industriële Revolutie werd hernieuwbare energie alleen maar gebruikt als ze beschikbaar was. Als er geen wind was, dan lagen windmolens en zeilschepen stil.

Dezelfde strategie zou ook vandaag heel nuttig kunnen zijn, zeker als we ze verbeteren met behulp van moderne kennis en technologie. Bijvoorbeeld fabrieken, schepen en vrachttreinen zouden alleen maar gebruikt kunnen worden als het waait of als de zon schijnt. De energievraag aanpassen aan het wisselende aanbod van zon en wind zou de transitie naar hernieuwbare energie veel duurzamer, sneller en goedkoper maken.

Windenergie: een lange geschiedenis

Watermolens, windmolens en zeilboten zijn al in gebruik sinds de Oudheid, maar het waren de Europeanen die deze technologieën tot hun volle ontwikkeling brachten vanaf de vijftiende eeuw. Op het hoogtepunt, vlak voor de Industriële Revolutie, telde Europa naar schatting 200.000 windmolens en 500.000 watermolens.

De belangrijkste toepassing van wind- en watermolens was het vermalen van granen, een arbeidsintensieve taak die eeuwenlang met de hand gebeurde. Tot in 1900 werd de volledige tarweoogst van Noord-Europa vermalen door windmolens in Nederland, Denemarken en Duitsland.

Gaandeweg werden ook steeds meer andere productiemethoden afhankelijk van wind- of watermolens: het zagen van hout, het vermalen van mortel, het maken van papier, het polijsten van glas, het boren van waterleidingen, de productie van textiel, het slaan van munten, enzovoort. ¹²³

Het gebruik van windenergie voor transport – in de vorm van de zeilboot – nam een hoge vlucht toen de Europeanen nieuwe werelddelen ‘ontdekten’. Vanaf de middeleeuwen tot aan de twintigste eeuw ondersteunden zeilboten een robuust, divers en globaal handelsnetwerk in zowel bulkgoederen (graan, wijn, hout, metaal, keramiek of gedroogde vis), luxegoederen (edele metalen, dierenhuiden, kruiden, ivoor, zijde, medicijnen), dieren, en menselijke slaven. ⁴

Deze internationale handel was cruciaal voor de economie van heel wat landen. Bijvoorbeeld de Nederlandse scheepsbouwindustrie, met haar 450 door wind aangedreven zaagmolens, importeerde alle benodigde materialen (hout, teer, ijzer, hennep en vlas) uit de Baltische regio. Ook de voedselbevoorrading kon afhankelijk zijn van zeilboten: naar het einde van de zestiende eeuw importeerden de Nederlanders 2000 scheepsladingen graan per jaar vanuit Gdansk. ⁴ Zeilboten waren ook van groot belang voor de visserij.

Wat als er geen wind was?

Hoewel variabele energiebronnen cruciaal waren voor de Europese samenleving in de 500 jaar voorafgaande aan de Industriële Revolutie, hadden onze voorouders geen chemische batterijen, geen elektrische transmissielijnen, en geen balanscapaciteit van fossiele brandstofcentrales om de variabiliteit van wind en zon op te vangen. Dus wat deden ze als het niet waaide?

Tot op zekere hoogte rekenden onze voorouders op technologische oplossingen waarmee ze probeerden het aanbod van energie altijd af te stemmen op de vraag ernaar – net zoals wij dat vandaag doen. Vanaf de middeleeuwen werden dammen gebouwd waarmee kleine stuwmeren werden aangelegd, een vorm van energieopslag die lijkt op de huidige pompcentrales. ² Dankzij deze waterreservoirs konden de wijzigingen in het waterpeil – afhankelijk van het weer en de seizoenen – worden opgevangen.

Windenergie kon echter niet worden opgeslagen. Eén oplossing was de rosmolen, waarin paarden, ossen of ezels energie leverden als er geen wind was. Toch gebeurde dat alleen voor levensnoodzakelijke productieprocessen (vooral het malen van graan), of in kleine werkplaatsen waar lastdieren ook als energieproducent werden ingezet. ¹ De rosmolen was duur en inefficiënt in gebruik, omdat het voeden van een paard een stuk landbouwgrond vereiste dat ook acht mensen kon voeden. ⁵

Rosmolens waren evenmin een oplossing voor zeilboten. In principe kon een zeilboot terugvallen op menselijke spierkracht als er geen wind was. Maar een voldoende grote roeibemanning heeft veel extra water en voedsel nodig, waardoor ofwel het laadvermogen ofwel het bereik van een zeilboot wordt beperkt. Bijgevolg werd roeien uitsluitend gebruikt voor oorlogsschepen en voor kleinere boten.

Geen wind, geen werk

Gezien hun beperkte technologische opties voor het opslaan of transporten van hernieuwbare energie stemden onze voorouders hun energieverbruik af op het wisselende aanbod. Met andere woorden: ze accepteerden dat hernieuwbare energie niet altijd beschikbaar was en handelden daarnaar.

Windmolens en zeilboten werden niet gebruikt als er geen wind was. Een windmolenaar werkte altijd als het waaide, ook al moest hij dag en nacht werken. Zo onthult een document dat een windmolenaar in Cranbrook, Engeland, slechts drie uur sliep op een winderige periode van 60 uur. ³

In vroegere tijden werd de molenaar gestraft voor het werken op zondag, maar daar trok hij zich niet altijd iets van aan. Toen er geprotesteerd werd tegen een Engelse molenaar uit Norfolk, antwoordde die: “Als de heer goed genoeg is om mij wind te sturen op een zondag, dan gebruik ik die ook”. ⁶

Langs de andere kant: als er geen wind was, dan deden windmolenaars ander werk, zoals het onderhoud van hun machines, of namen ze tijd vrij. Noah Edwards, de laatste windmolenaar van de windmolen in Arkley, zat bij mooi weer op de staart van zijn windmolen en speelde viool. ⁶

Geen wind, geen transport

Met zeilboten gebeurde hetzelfde. Als er geen wind was, dan bleven zeelieden aan de wal. Ze repareerden en onderhielden hun schepen, of ze deden andere dingen. Toch was hun werk niet zo onvoorspelbaar. Zeelieden planden hun vertrek alnaargelang de seizoenen. De wind op zee is niet alleen veel sterker dan op land, maar ook veel voorspelbaarder.

De lagere atmosfeer van de planeet wordt omcirkeld door zes grote windzones, drie in elke hemisfeer. Vanaf de equator tot de polen zijn deze heersende winden de passaatwinden, de westenwindgordels, en de polaire oosterwinden. Deze windzones bewegen zich noordwaarts tijdens de noordelijke zomer en zuidwaarts tijdens de zuidelijke zomer. Vijf grote zeestromingen zijn gecorreleerd aan de dominante windstromen.

Gaandeweg ontcijferden de Europese zeelieden het globale patroon van winden en stromingen, wat leidde tot nieuwe zeilroutes over de gehele wereld. Begin zestiende eeuw had Christopher Columbus uitgedokterd dat de combinatie van passaatwinden en westenwindgordels een retourroute mogelijk maakte voor het oversteken van de Atlantische Oceaan.

De passaatwinden bereiken hun meest noorderlijke lengtegraad op het eind van de zomer, wat ze in het bereik brengt van Spanje en Portugal. De wind blaast dan bijna rechtstreeks van Europa naar de Caraïben en Zuid-Amerika. Dezelfde route op de terugweg zou bijna onmogelijk zijn. In plaats daarvan zeilden Spanjaarden en Portugezen eerst noordwaarts, richting passaatwinden die op het eind van de winter hun meest zuidelijke locatie bereiken. Deze heersende winden brachten de zeelieden bijna rechtstreeks naar huis.

Iets later ontdekte de Bask Andrés de Urdaneta een gelijkaardige route in de Sille Oceaan. Het mee surfen met heersende winden maakte de reistijden van zeilboten relatief voorspelbaar. “Ocean Passages for the World” vermeldt dat de typische reistijd van New York naar het Engelse kanaal 25 tot 30 dagen bedroeg (voor een zeilschip uit de tweede helft van de negentiende eeuw). ⁷

Tussen 1818 en 1832 was de snelste overtocht 21 dagen, terwijl de traagste overtocht 29 dagen bedroeg. De reis van het kanaal naar New York duurde 35-40 dagen in de winter en 40-50 dagen in de zomer. ⁷ Dat is twee tot drie keer trager dan de huidige containerschepen, waarvan de snelheid varieert alnaargelang de brandstofprijzen en de economische activiteit.

Oude aanpak, nieuwe technologie

Opnieuw kiezen om het energieverbruik af te stemmen op het wisselende aanbod van hernieuwbare energie, betekent niet dat we terug moeten grijpen naar pre-industriële middelen. We hebben veel betere technologie beschikbaar, waarmee we de economie makkelijker kunnen afstemmen op de grillen van het weer.

Op een wereldwijde schaal is industriële activiteit goed voor ongeveer de helft van al het energieverbruik. Veel mechanische processen die vroeger ook door windmolens werden uitgevoerd, zijn nog steeds essentieel: zagen, snijden, boren, vergruizelen, polijsten, enzovoort.

Deze bewerkingen zouden net zo goed opnieuw met een variabele energiebron kunnen gebeuren. Onderbrekingen in het productieproces hebben geen enkele invloed op de kwaliteit ervan, ze beïnvloedden alleen de productiesnelheid. Hetzelfde geldt voor veel voedselbewerkingsprocessen, mijnbouwactiviteiten of textielproductie.

Een traditionele windmolen had constant aandacht nodig, maar moderne windturbines werken geheel automatisch. Niet alleen zijn windturbines en waterturbines praktischer en krachtiger dan in vroegere tijden, we kunnen ook gebruik maken van zonne-energie om mechanische energie te produceren. Dit gebeurt meestal met fotovoltaische panelen, die zonlicht omzetten in elektriciteit waarmee dan elektrische motoren worden aangedreven.

Bijgevolg kan een fabriek die mechanische energie nodig heeft, gerund worden op een combinatie van windenergie en zonne-energie, wat de kansen verhoogt dat er voldoende energie is om de machines te doen werken. De mogelijkheid om zonne-energie te gebruiken is een enorm voordeel omdat de zon met grote voorsprong de meest overvloedige hernieuwbare energiebron is. De meeste capaciteit voor waterkracht is al ingenomen.

Ook voor thermische energie

Een ander cruciaal verschil met vroeger is dat we dezelfde strategie ook kunnen toepassen op industriële processen die met thermische energie werken. Warmte domineert het industriële energieverbruik, bijvoorbeeld voor het maken van chemicaliën en microchips, of voor het smelten van metalen.

In de pre-industriële tijd werden er bij deze productieprocessen biomassa, turf of steenkool verbrand. Het gebruik van deze energiebronnen veroorzaakte problemen op grote schaal: ontbossing, verlies van land, luchtvervuiling. Hoewel zonne-energie ook werd ingezet, bijvoorbeeld voor het verdampen van zout langs de kust, het drogen van gewassen om ze langer te bewaren, of het in de zon bakken van stenen, was het gebruik ervan beperkt tot processen die relatief lage temperaturen vereisten.

Vandaag kunnen we gebruik maken van andere energiebronnen dan biomassa om thermische energie te produceren. Ten eerste kunnen we windturbines, waterturbines of zonnepanelen gebruiken om elektriciteit op te wekken, die in warmte kan worden omgezet door middel van een elektrische weerstand. Dit was niet mogelijk in de pre-industriële tijd, want we konden geen elektriciteit maken.

Ten tweede kunnen we zonne-energie ook direct toepassen, door het gebruik van vlakkeplaatcollectoren en vacuümbuissystemen (de zogenaamde “zonneboilers”), die zonnestraling uit alle richtingen opnemen en temperaturen kunnen bereiken van 120 °C , of door middel van geconcentreerde collectoren, die de zon volgen, het zonlicht concentreren, en veel hogere temperaturen halen. Deze technologie – zeer geschikt voor industriële toepassingen – ontstond pas op het einde van de negentiende eeuw, als gevolg van verbeteringen in de productiemethoden voor glas en spiegels.

Beperkte energieopslag

Fabrieken laten draaien op variabele energiebronnen betekent niet dat energieopslag of andere methoden taboe worden. Ze kunnen een ondersteunende rol spelen, bijvoorbeeld voor het aandrijven van productieprocessen die niet onderbroken kunnen worden, of voor productieprocessen die te belangrijk zijn om stil te liggen (voedsel, medicijnen, enzovoort). Een beperkte energie-opslag is ook nodig voor computergestuurde processen.

Ook op het vlak van energieopslag hebben we veel betere technologie. We kunnen biomassa gebruiken als een betrouwbare bron van mechanische energie, iets wat pre-industriele molenaars niet konden doen omdat er voor de komst van de stoommachine geen manier was om biomassa in mechanische energie om te zetten. We hebben ook chemische batterijen, en we hebben lowtech systemen zoals vliegwielen, persluchtopslag, hydraulische accumulatoren, en pompcentrales. Al deze opslagtechnieken zouden tekort schieten als ze een grote hoeveelheid hernieuwbare energie zouden moeten opvangen, maar ze kunnen zeer nuttig zijn op een kleine schaal.

Een nieuwe toekomst voor de zeilvaart

Goederentransport is een andere kandidaat voor het gebruik van variabele energiebronnen. Dit ligt het meest voor de hand voor de scheepvaart. Schepen vervoeren nog altijd 90% van de wereldhandel en hoewel het schip de meest energie-efficiënte manier van vervoer is per ton-kilometer, is het totale energieverbruik hoog en zijn hedendaagse schepen extreem vervuilend.

Een high-tech idee is het installeren van windturbines in zee en de elektriciteit daarvan om te zetten in waterstof, die vervolgens dient als brandstof voor zeeschepen. Maar het is natuurlijk veel praktischer en efficiënter om de schepen rechtstreeks aan te drijven met de wind, zoals we duizenden jaren hebben gedaan.

Bovendien liggen containerschepen soms dagenlang of wekenlang voor anker in of voor een haven eer ze binnen of buiten kunnen, wat de relatieve onbetrouwbaarheid van zeilboten minder problematisch maakt.

Net zoals in het geval van industriële productie hebben we nu veel betere technologie en kennis ter beschikking om een wereldwijde zeilvaart op touw te zetten. We hebben nieuwe materialen om betere schepen en zeilen te bouwen met een langere levensduur, we hebben accuratere navigatie- en communicatie-instrumenten, we hebben betere weersvoorspellingen, we kunnen gebruik maken van zonnepanelen aan boord, en we hebben meer kennis over winden en stromingen.

In feite werden de globale winden en stromingen pas volledig in kaart gebracht toen de tijd van de commerciele zeilvaart bijna voorbij was. Tussen 1842 en 1861 verzamelde de Amerikaanse zeevaarder Matthew Fontained Maury een enorme hoeveelheid gegevens, wat het mogelijk maakte om de reisduur van heel wat routes in the korten. Zo werd een reis van New York naar Rio de Janerio verkort van 55 tot 23 dagen, terwijl de reisduur van Melbourne naar Liverpool werd gehalveerd tot 63 dagen. ⁸

Recenter heeft ook de sport heel wat innovaties meegebracht die nooit zijn toegepast in de commerciele zeilvaart. Het Emirates Team Nieuw Zeeland introduceerde in de America’s Cup 2017 het gebruik van stationaire fietsen voor de besturing van het hydraulische systeem dat de boot bestuurt. Normaal worden daar handslingers voor gebruikt, maar onze benen zijn sterker dan onze armen. Deze techniek laat toe om sneller overstag te gaan en te gijpen, maar ze kan ook nuttig zijn om het aandeel menskracht te reduceren in de commerciale zeilvaart. ⁹

Snelheidsrecords zijn ook veelzeggend. De snelste zeilboot in 1972 haalde niet eens 50 km/u, terwijl de huidige recordhouder – de Vestas Sailrocket 2 – meer dan 120 km/u haalde in 2012. Deze schepen zijn niet praktisch om goederen mee te vervoeren, maar ze zouden andere ontwerpen kunnen inspireren die dat wel zijn.

Treinen op wind en zonne-energie

Dezelfde strategie kan ook werken voor transport over land, in de vorm van door wind en zon aangedreven vrachttreinen. Treinen zouden alleen maar rijden als er hernieuwbare energie is, vergelijkbaar met zeilboten. Uiteraard is het niet de bedoeling om treinen uit te rusten met zeilen, wel om ze te doen rijden op elektriciteit die gemaakt is door zonnepanelen of windturbines langs de rails.

Dat zou een geheel nieuwe toepassing zijn van een eeuwenoude strategie om met variabele energiebronnen om te gaan, mogelijk gemaakt door de uitvinding van elektriciteit.

Goederentreinen rijden vaak ‘s nachts, wanneer er vaak meer wind is en wanneer het energieverbruik op zijn laagst is. En net zoals vrachtschepen hebben goederentreinen onregelmatige uurroosters omdat ze vaak stilstaan op rangeerterreinen, wachtend op extra vracht.

Zelfs de snelheid van de treinen zou geregeld kunnen worden door de beschikbare energie, net zoals de snelheid van een zeilschip wordt bepaald door de heersende windkracht. Een gelijkaardige aanpak zou ook kunnen werken voor andere elektrische transportsystemen, zoals trolleyboten of kabelspoorbanen.

Het combineren van goederentreinen met fabrieken creëert extra mogelijkheden. Bijvoorbeeld, op het eerste gezicht lijken passagierstreinen op zon of wind onmogelijk, omdat mensen minder flexibel zijn dan goederen. Als een op zon rijdende trein niet rijdt of te traag rijdt, dan moet een afspraak mogelijk op het allerlaatste moment worden verzet. Op bewolkte dagen zouden de meeste pendelaars niet of veel te laat op kantoor raken.

Dit zou kunnen worden opgelost door dezelfde hernieuwbare energiebronnen te gebruiken voor fabrieken en voor passagierstreinen. De zonnepanelen die langs de spoorlijnen staan opgesteld zijn gedimensioneerd op bewolkte dagen, en garanderen zodoende een hoeveelheid energie voor een minimumdienst van passagierstreinen (maar geen industriele productie). Op zonnige dagen wordt de extra energie dan gebruikt om de fabrieken langs de spoorlijnen te doen werken, of om extra goederen- of passagierstreinen te laten rijden.

Gevolgen voor de samenleving: consumptie en productie

Als industriële productie en goederentransport volledig afhankelijk zouden worden van hernieuwbare energie, dan zouden we nog steeds in staat zijn om een grote diversiteit aan consumentengoederen te produceren, en die vervolgens over heel de aardbol te transporteren. Maar niet alle producten zouden altijd beschikbaar zijn.

Als ik nieuwe schoenen wil kopen, dan moet ik mogelijk wachten op het juiste seizoen om ze geproduceerd en geleverd te kunnen krijgen. Productie en consumptie zouden afhankelijk worden van het weer en de seizoenen. Op zonne-energie draaiende fabrieken zullen meer produceren in de zomermaanden, terwijl op wind draaiende fabrieken meer zullen produceren in de wintermaanden. Seizoenswinden zullen leveringstermijnen beïnvloeden.

In principe hoeft deze aanpak niet tot een lagere productie te leiden. De jaarlijkse energieproductie van alle geïnstalleerde windturbines en zonnepanelen blijft in theorie immers volledig beschikbaar. Producenten zouden dus seizoenstekorten kunnen opvangen door producten ‘in het seizoen’ te produceren en ze dan dicht bij consumenten te stockeren voor verkoop ‘buiten het seizoen’. In feite vervullen de producten in dit scenario zelf de rol van energieopslag.

In praktijk is de kans groot dat een direct gebruik van hernieuwbare energie tot een lagere productie zal leiden. Overproductie in tijden van veel energie vereist immers grote productiefaciliteiten en opslagplaatsen, die vervolgens voor het grootste gedeelte van de tijd onderbenut zouden zijn. Om kosten-efficient te produceren, zullen producenten compromissen moeten sluiten.

Van tijd tot tijd zullen deze compromissen tot productietekorten leiden, die op hun beurt mensen kunnen aanzetten om andere oplossingen te overwegen, zoals reparatie en hergebruik van bestaande producten, ambachtelijk gemaakte producten, doe-het-zelf oplossingen of het uitwisselen en delen van goederen.

Gevolgen voor de werknemers

De energievraag aanpassen aan het energieaanbod impliceert ook dat de werknemers zich aan het weer aanpassen. Als een fabriek op zonne-energie draait, dan komt de beschikbaarheid van energie heel goed overeen met menselijke ritmes. Maar als een fabriek of een trein op windenergie rijdt, dan zouden mensen ook ‘s nachts moeten werken, wat als ongezond wordt beschouwd. Als een fabriek of een transportsysteem alleen op wind of zon draait, dan zouden werknemers ook te maken hebben met onzekerheid over hun werkuren.

Maar het zijn niet enkel de hernieuwbare energiecentrales die intussen geautomatiseerd zijn. Hetzelfde geldt in grote mate voor de fabrieken zelf. De laatste eeuw heeft een steeds toenemende automatisering van productieprocessen gezien, gebaseerd op computers en robots. Als een fabriek geen werknemers heeft, dan maakt het niet uit wanneer ze draait.

Bovendien draaien veel fabrieken al 24 uur per dag, deels bediend door miljoenen nachtwerkers. Voor deze mensen zou het nachtwerk alleen maar afnemen, want hun fabrieken zouden alleen nog maar ‘s nachts draaien als er wind is.

Tot slot zouden we ook de industriële productie en het goederentransport kunnen beperken tot normale werkuren, ook als het daarna blijft waaien. In dat geval zouden we gewoon minder spullen hebben, en meer vakantie. Er zou ook nood aan andere jobs zijn, zoals ambachtslui en zeelieden.

Wat met het internet?

Conclusie: zowel industrie als goederentransport – over land als over het water – zouden bijna volledig op variabele energiebronnen kunnen werken, zonder grootschalige infrastructuur voor energieopslag of transmissie, zonder balanscapaciteit van fossiele brandstoffen of kernenergie, en zonder het overdimensioneren van de generatiecapaciteit zonnepanelen en windturbines.

Deze infrastructuur is noodzakelijk als het aanbod ten allen prijze aan de vraag moet kunnen voldoen, en maakt van hernieuwbare energieproductie een complexe, dure en vooral onduurzame onderneming.

Tot slot, wat kan werken voor industrie en goederentransport is niet noodzakelijk geldig in elke andere context. Hoewel het internet volledig op variabele energiebronnen zou kunnen werken, door het gebruik van asynchorne netwerken en software, zouden veel nieuwe toepassingen dan verdwijnen.

Thuis kunnen we wellicht niet verlangen dat mensen in het donker zitten of geen eten klaarmaken als er geen hernieuwbare energie is. En mensen gaan niet alleen naar het ziekenhuis komen als de zon schijnt. In die omstandigheden is er dus een grotere nood aan energieopslag of andere maatregelen.