Zonne-energie: van hernieuwbaar naar duurzaam

Voor mens en planeet

In de paper ‘Tijd voor duurzame zonne-energie’ laat TNO zien wat er nodig is om op langere termijn de opwekcapaciteit van zonnestroom, ook wel zon-pv genoemd, enorm te vergroten op een voor mens en planeet verantwoorde manier. Op dit moment staat er mondiaal 700 gigawattpiek (GWp) opgesteld, goed voor nog maar vier procent van de totale vraag naar elektriciteit.

Drie stappen voor duurzame zonne-energie

Duurzaam is meer dan hernieuwbaar

“Naast lage kosten is duurzaamheid een essentiële voorwaarde om zonne-energie op zeer grote schaal toe te passen. En dat is nodig willen we de internationaal geformuleerde doelstellingen halen om klimaatverandering binnen de perken te houden. Hernieuwbaar is mooi, maar daarmee is zonne-energie nog niet duurzaam, oftewel tot in lengte van tijden houdbaar voor aarde en mens”, aldus prof. Wim Sinke, hoofdonderzoeker zonne-energie bij TNO.

Richtinggevend bijdragen

Na de spectaculaire daling van de kosten is het volgens TNO hoog tijd fors in te zetten op vermindering van de CO2-voetafdruk van zonne-energie, op hergebruik van materialen en circulariteit, ecologie, biodiversiteit en maatschappelijke inbedding. Die gaat spelers in de hele keten aan, van grondstoffen, fabricage, installatie, gebruik, reparatie, hergebruik, detailhandel tot consument.

TNO werkt in verschillende nationale en internationale projecten aan technologieën en processen om daadwerkelijk duurzame zonne-energie dichterbij te brengen. Het gaat hier onder meer om de ontwikkeling van nieuwe materialen en productieprocessen, verhoging van de opbrengst van de zonnepanelen en het verwerken van zonnecellen en zonnefolies in bouwelementen. TNO wil samen met het bedrijfsleven richtinggevend bijdragen aan duurzame zonne-energie.

Hoeveelheid materialen en energie omlaag

Zonnestroom is op veel plekken in de wereld al goedkoper dan elektriciteit die is opgewekt uit fossiele bronnen. Op korte termijn groeit de 700 GWp uit tot een terawattpiek, gelijk aan drie miljard zonnepanelen op bij elkaar vijfduizend vierkante kilometer. Toch is dit nog maar het begin.

In 2050 en daarna wordt een opgesteld vermogen van 60 tot meer dan 100 TWp voorzien. Dat is ook broodnodig wanneer procesindustrie, transport en verwarming van de gebouwde omgeving niet langer op fossiel maar op elektriciteit draaien. Het betekent dat er gigantische hoeveelheden materialen en energie nodig zijn om die opwek te realiseren. En dus moet dat alles fors omlaag.

Recycling en circulariteit

Er valt veel winst te behalen met het hergebruik van materialen uit zonnepanelen aan het einde van hun levensduur. Schaarse en waardevolle materialen als silicium, zilver en koper worden tot nog toe nauwelijks teruggewonnen.

TNO werkt met partners aan oplossingen om hergebruik van zonnemodules technisch en economisch haalbaar te maken. Zo zijn door een herzien ontwerp vrijwel alle materialen aan het einde van de levensduur terug te winnen en weer te gebruiken voor andere hoogwaardige toepassingen. De hele keten van ontwerp en productie tot afdank moet circulair worden georganiseerd.

Perovskiet veelbelovend

Daarnaast ontwikkelt TNO met onderzoekinstituten en bedrijven in het samenwerkingsverband Solliance een geheel nieuwe dunnefilmtechnologie. Het veelbelovende materiaal perovskiet kan zelfstandig worden gebruikt voor zonnefolies of worden gecombineerd met silicium of een andere dunne film in zogenaamde tandems om een veel hogere opbrengst te realiseren.

Perovskiet bevat geen schaarse materialen, voor de productie is minder energie nodig en de folies hebben daarom een veel kleinere CO2-voetafdruk. Ze zijn met snelle en relatief goedkope processen op uiteenlopende materialen te deponeren of daarin te verwerken. Bij grootschalige productie kunnen de kosten daarom heel laag zijn.

Duurzame toepassingen

Duurzaamheid van zonne-energie omvat meer dan de zonnecellen, -panelen en -folies alleen. Het gaat ook over duurzame toepassingsvormen, waarbij het opwekken van zonnestroom hand in hand gaat met ander gebruik van oppervlakken, met respect voor mens en milieu. Dat kennen we van zonne-energie op daken en gevels van gebouwen, maar zonne-energie kan ook worden gecombineerd met natuurbeheer, land- en tuinbouw en infrastructuur zoals wegen en spoorlijnen.

Om al die toepassingen mogelijk, aantrekkelijk én betaalbaar te maken werken TNO en partners aan oplossingen die zonne-energie in elk gewenst formaat, vorm en kleur beschikbaar maken. Deze zogenaamde laminaten zijn naar keuze nagenoeg onzichtbaar of juist decoratief in daken, gevels, ramen, wegen, geluidsschermen en zelfs auto’s te integreren.

Klimaatneutrale toekomst

“Door in te blijven zetten op onderzoek en ontwikkeling kan zonnestroom nog veel efficiënter, goedkoper en bovendien duurzamer worden. Als we dit alles voortvarend en ambitieus aanpakken kan zonne-energie wereldwijd een hoofdrol spelen in de duurzame en klimaatneutrale energievoorziening”, aldus Wim Sinke.