Exergie: Het ongebruikte onderdeel van Energie

Exergie: Het ongebruikte onderdeel van Energie

Als er over energie gesproken wordt in de media of de politiek dan gaat het altijd over de hoeveelheid energie, de kwantiteit. Voor het gemak zijn dan alle soorten energie (elektriciteit, warmte en brandstoffen) bij elkaar opgeteld en op een bult geveegd. Er wordt geen onderscheid gemaakt in het verschil van kwaliteit van verschillende energievormen. Met een oog op het ontstaan van het huidige energiesysteem is deze denk methode niet vreemd. In de afgelopen eeuw was de bron voor alle energie, fossiele brandstof. Deze energie was uitbundig voorhanden en het optimale gebruik van energie had toen geen hoge prioriteit.

De energietransitie is in volle gang en het optimale gebruik van energie begint een steeds groter belang te krijgen. Het wordt tijd om meer aandacht te geven aan een belangrijk aspect van energie. De kwaliteit van energie! Dit wordt ook wel exergie genoemd. Exergie is de hoeveelheid arbeid die we met een eenheid energie gedaan kunnen krijgen. Alle soorten energie behalve warmte energie kunnen in theorie zonder verlies omgezet worden in een andere energie soort.

Hoewel brandstof eigenlijk chemische energie is, zegt het woord het al. Om bruikbare energie uit brandstoffen te halen moet het verbrand worden. En moet er warmte (wat altijd een relatief lage exergie waarde heeft) omgezet worden in een andere energie vorm. Duurzame energie bronnen produceren vaak elektriciteit. Elektriciteit heeft een hoge exergie waarde. En hoewel in werkelijkheid altijd verliezen optreden doordat geen enkele machine perfect is, kan door het gebruik van een andere energiesoort de efficiëntie al erg verbeteren. Een mooi voorbeeld van een machine die goed gebruikt maakt van de exergie van elektriciteit is de elektromotor. Hier wordt 90% van de elektrische energie omgezet in bewegingsenergie. Als we dit vergelijken met de brandstofmotor, waarin chemische energie omgezet wordt naar warmte en vervolgens naar bewegingsenergie, dan houden we nog grofweg 25% van de energie over.

Wanneer er gepraat wordt over energiegebruik klinkt het als of de energie verbruikt wordt, terwijl in werkelijkheid de energie blijft bestaan en alleen wordt omgevormd van de ene soort naar de andere. Dit zijn de basis principes van de thermodynamica. Tot dat het uiteindelijk overblijft als lage temperatuur warmte.


Figuur 1: Energie en Exergie gebruik bij aardgas verwarming

 

 

Lage temperatuur warmte heeft een erg lage exergie waarde. Het is eigenlijk ook zonde dat we energie gebruiken met een hoge kwaliteit voor het verwarmen van onze huizen. In Nederland gebruiken we hiervoor aardgas. Ook al wordt alle energie die zich in aardgas bevind gebruikt voor de verwarming van huizen. Zoals in figuur 1 te zien valt, wordt er maar een klein gedeelte van de exergie gebruikt als gas gebruikt wordt voor het verwarmen van huizen. Als het gas anders gebruikt was had het veel meer arbeid kunnen verrichten. Aardgas kan voor veel industriële processen gebruikt worden, maar met de warmte in de woonkamer kan nog geen ei gekookt worden.

 

Bron: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland

 


Figuur 2: Energie en exergie van een warmtepomp

 

Voor het opwekken van elektriciteit wordt in Nederland nog vaak aardgas gebruikt. Als we dit als uitgangspunt gebruiken dan valt in figuur 2 te zien dat verwarmen met een warmtepomp al iets beter de exergie gebruikt dan een HR ketel. Maar dit niveau is nog steeds erg laag. Met de temperatuur warmte die een warmte pomp produceert kunnen weinig processen nog volbracht worden. De potentie van de energie word nog nauwelijks gebruikt, maar de kwantiteit wel volledig. Verspilling van exergie betekent eigenlijk dat er in theorie meer arbeid verricht had kunnen worden met dezelfde hoeveelheid energie.

 

 

 

 

Bron: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland


 

Figuur 3: Een schematische weergave waarbij meerdere processen worden volbracht door dezelfde energie

Met de temperatuur warmte die een warmte pomp produceert kunnen weinig processen nog volbracht worden. De potentie van de energie word nog nauwelijks gebruikt, maar de kwantiteit wel volledig. Verspilling van exergie betekent eigenlijk dat er in theorie meer arbeid verricht had kunnen worden met dezelfde hoeveelheid energie.

Als de energietransitie kans van slagen wil hebben zullen we naar deze manier van denken moeten. In plaats dat we energie met een hoge kwaliteit gebruiken voor alle toepassingen en het daarna laten vervliegen, zouden we energie net als in figuur 3 opnieuw moeten inzetten voor een proces. Bij elk proces zou de kwaliteit van de energie lager worden, maar als dit voldoende is voor het proces dan maakt dat niet uit. Om dit te kunnen doen zal er waarschijnlijk nagedacht moeten worden over welke processen waar worden volbracht. Voor het vervoer van energie moet namelijk ook een infrastructuur worden aangelegd en zal er energie verloren gaan. Ondanks de grote winsten die te halen vallen is het nog niet zo makkelijk om optimaal gebruik te maken van de exergie.

 

Bron: Energieboek, Teus van Eck

 

Paul

Exergie: Het ongebruikte onderdeel van Energie
← Op naar minder voedselverspilling! Op naar een Plasticvrije Waddenzee | KNN Blog →
Tweet
Share
Share