Circular part 3: “ReStore” : Circulaire Energie

Maar hoe zou je dat dan kunnen doen, een sluitende keten maken van mineralen of metalen?

Het toeval wilde dat ik afgelopen week deelnam aan de “Exergy, LCA & Sustainability” conference, ELCAS, de 5e editie, voortkomend uit een eerder EU Cost netwerk. En ik daar een paper presenteerde ( met co-auteurs)  precies over dit onderwerp, met het sluiten van kringlopen als thema, onder de titel, Circular energy, the missing Link” [1] . De wetenschap worstelt al jaren met de manier waarop uitputting van “ non renewables” in rekening gebracht moet worden. Dat “ Exergy” hierin een sleutelrol kan spelen is wel duidelijk, maar hoe precies? Zoals onderzoeker Amini het formuleerde : “ We (on earth) are in a proces of Exergy Countdown”. [2]

De paper behandelt een  “ CouterEntropy” benadering, als “Circulaire Energie” (CE). Het heeft even geduurd voordat het beeld zich vormde. Het punt is ,we kijken steeds naar een product of dienst. Maar dat is niet het juiste moment. Als je grondstof ketens wil evalueren moet je naar grondstoffen kijken, niet naar dat toevallige ene moment in de keten dat die verzameling grondstoffen een product of dienst oplevert. Maar naar het proces waarmee grondstoffen door het systeem passeren. En het principe daarachter is dat van de thermodynamica: Dat bronnen van binnen een systeem, naar grotere entropie evalueren: de chaos in de moleculen wordt groter zogezegd, de verspreiding en verdunning neemt toe, tot het moment dat het compleet in equilibrium is met zijn omgeving: dat er geen werk of prestatie meer aan te ‘onttrekken’ valt, omdat er geen verschil meer is: denk aan water dat boven aan een berg nog energie kan opwekken, maar eenmaal naar beneden gestroomd en in de oceaan niet meer ( afgezien van andere effecten) Het zelfde met Warmte: Als die verdwijnt door de muren van een gebouw en zich buiten vermengd met de lucht, is de energie niet verdwenen, alleen het vermogen om te verwarmen is weg, er is geen verschil meer.

Datzelfde geldt voor vaste grondstoffen: Je zou denken dat een spijker waardevol is in een gebouw-evaluatie Hij heeft immers een prestatie geleverd door zijn gebruik om timmerwerk bijeen te houden. Maar in een grondstof keten is de waarde juist al aanzienlijk gedaald: miljoenen spijkers zijn na productie verdeeld over honderden projecten of, zoals in een globale economie, over tientallen landen: de concentratie van ijzer, de grondstof , is nu al sterk verdund in het systeem aanwezig. Ga ze maar weer eens verzamelen om geconcentreerde grondstoffen te krijgen… En ook als je ze hergebruikt, worden de overgebleven spijkers weer opnieuw herverdeeld en ondergaan ze een volgende verdunnings-ronde. En intussen raken er verloren ( dat zijn aanzienlijke kilo’s op een bouwplaats), andere verroest. Onvermijdelijk dus, neemt de kwaliteit, het vermogen om er veranderingen meet te bewerkstelligen, af.

Of neem een auto, als mensen waarderen we dat als een hoogwaardig product, maar als materialen , thermodynamisch gezien, is het het al grotendeels afgewaardeerd: immers: er zijn tientallen verschillende, wat we noemen hoogwaardige , materialen voor gebruikt, die weer over miljoenen auto’s en locaties verspreid zijn: de eerste verdunning in ‘de natuur’ heeft al plaatsgevonden. Die auto’s zelf zijn zo complex dat we ze zouden kunnen zien als kleine grondstof mijnen: Er is veel energie voor nodig om weer afzonderlijke grondstoffen terug te winnen,( en in zeer kleine hoeveelheden), net zo goed als de oorspronkelijk ertsen ook eerst ‘ontrafeld’ moesten worden. Van een rijke en geconcentreerde oorspronkelijke mijn, hebben wij er weer miljoenen kleine en verspreide mijnen van gemaakt. Met andere woorden, de grondstof keten is een ander dan de produkt of functie keten.

Dus we raken alleen maar grondstof kwaliteit kwijt, tenzij we daar wat aan doen: de herstel stap is voor biotisch zichtbaar , maar voor abiotisch niet. Toch, om kwaliteit in systeem te handhaven, moet ook voor die abiotische stoffen de kringloop sluitend gemaakt worden, dus met herstel. Ook al om reden van grondstof racisme, zoals eerder beschreven. Dat is de enige manier om een volhoudbare systeem balans te creëren.

Praktisch is dat als volgt te zien: De referentie is een maximaal chaotische/verdunde situatie: mbt biotische of organische grondstoffen is dat een gekapt bos: bomen weg, de nutriënten verdwenen, en er is slechts braak liggend land. Daar begint het proces opnieuw: er waaien weer zaadjes voorbij en via regen worden weer nutriënten toegevoegd, alsmede door wormen activiteit, en er gaat onder invloed van zonne-energie weer een nieuw bos groeien. Dat kan je wat versnellen door zelf al jonge scheuten te planten, maar dat is detail. De braakliggende ha is de referentie, en het kost zeg maar 40 jaar tijd, plus de hoeveelheid zonne energie daarop, om voor herstel te zorgen. Zo kan er rond de 5 ton hout per jaar per hectare geoogst worden . Ofwel 1 kg hout vereist 2 m2-jaar . Dat is de ruimte-tijd relatie van een grondstof. Ofwel de Circulaire Energie ‘CE’ , binnen het ‘aarde-zonnesysteem’.

Let op: een groot deel van de circulaire prestatie wordt hier geleverd door de zon, van buiten ons aardse , voor wat betreft grondstoffen, gesloten systeem. (dat kost niets, behalve de ruimte tijd daarvoor nodig. Als we daar fossiele brandstoffen voor zouden gebruiken is dat het paard achter de wagen spannen: we putten de ene bron uit om de andere op te waarderen.

De energie, en materiaal impact van de hele (grondstof) keten kan dan beschreven worden door: CE + EE + OE: Embodied energie, geïnvesteerd om de materialen voor gebruik geschikt te maken of te houden, (maar dus als grondstof materiaal te degraderen(!), en Circulaire Energie om die degradatie ongedaan te maken, de voorraad weer te herstellen. Operationele energie komt allen in beeld als er om een functie te vervullen nog eens extra energie nodig is. ( en in geval van een ZEB is die nul, maar is EE toegenomen door de materiaal inzet voor oa PV)

Voor niet organische stoffen , zoals metalen, is de gangbare referentie, gehanteerd in thermodynamische beschouwingen , de oceaan: dat is de laagste kwaliteits-toestand binnen systeem aarde van ijzer moleculen, de hoogst verdunde toestand, waarin vrijwel alle metaal moleculen via rivieren uiteindelijk in uitlogen.

Om dus de keten te herstellen is het nodig de voorraden te compenseren, voor zover die sneller uitgeput raken dan aangevuld, en kunnen bijv. metaal ionen weer uit zeewater gewonnen worden. Dat kan oa via filterinstallaties, zoals ook voor desalinatie van zeewater voor drinkwater in gebruik is. Met andere woorden, daar moet energie aan toegevoerd voor voor pompen en filtering. Die hoeveelheid energie is dan de maat voor Circulaire Energie van dat metaal. Die energie daarvoor nodig relateren we uiteraard weer aan zonne energie, anders zouden we daarvoor weer een andere grondstof binnen aards systeem moeten uitputten. En dat geeft ons weer dezelfde maat als voor biotische materialen: bijvoorbeeld via de omrekening naar zonnecellen: hoeveel m2 zonnecel(-land) is nodig ( en de opbrengst daarvan per jaar) , om de energie op te wekken voor 1 kg metaal vanuit de hoogste entropie toestand, terug geconcentreerd beschikbaar te krijgen. Op vergelijkbare wijze kan een dergelijke route voor alle mineralen en metalen berekend worden.

Er komen hoge getallen uit , veel hoger dan voor de circulaire route van organische of biobased materialen. Eens te meer is daarmee aangetoond dat het niet in rekening brengen van die circulaire route de mineralen en metalen een onevenredig en onterecht voordeel geeft. Het laat ook zien dat mineralen maar vooral metalen zo veel mogelijk vermeden moeten worden ( tenzij er wellicht geen echt alternatief is. ( maar in de bouw kan alle aluminium en bijna alle ijzer vermeden worden) Voor de geïnteresseerden: meer details in de paper, en de website . [1][3]

Het klinkt wellicht erg theoretisch, maar dat is de enig juiste wetenschappelijk manier. Natuurlijk, zijn bij wijze van spreken de rotsen om te bouwen morgen niet op. Maar het systeem degradeert wel versneld, en het is niet meer dan normaal dat de effecten zichtbaar gemaakt worden en eerlijk vergeleken. En ja, niet hernieuwbaren kunnen dus wel worden hernieuwd. Het is alleen niet vanzelf in gang gezet door wat wormen en wat zonne straling, zoals voor hernieuwbare of organische bronnen. Het vergt enige menselijke interactie. Wat in feite hetzelfde is. De natuur maakt daar geen verschil tussen: Wij als mens zijn zogezegd, luie wormen , die hun rotzooi niet opruimen en hun habitat niet herstellen. Daarom , waar anderen spreken van hernieuwbaren en niet-hernieuwbaren prefereer ik te spreken van hergroeibaren en hernieuwbaren . ( wat nog steeds niet betekent dat het vanzelf gebeurt, voor beide bedoel ik)

Of een overheid bijvoorbeeld besluit dat wel of niet mee te rekenen in regelgeving, is een andere vraag en discussie, maar de onderliggende cijfers waarop besluiten gebaseerd worden moeten juist zijn, en niet verhullend. Anders is ‘Volhoudbaarheid’ uit beeld.

Noot:

de “ koninklijke route” stelt dat alle materiaal altijd gecompenseerd moet worden via Circulaire Energie. Maarde situatie is in de praktijk minder beroerd als in de paper geschetst: Michiel Ritzen werkt aan een publicatie ( onderdeel van zijn promotieonderzoek) waarin hij recycling en hergebruik weet te waarderen binnen deze benadering, als reductie op herstel. (Overigens blijven de trends dan gelijk) [4]

[1] Circular Energy: the missing link, R.Rovers , M.Ritzen, J.Houben, V.Rovers, paper for Exergy, LCA&Sustainability conference, ELCAS 5 , Nisyros Greece, 9-11 July 2017. accesible via : https://www.researchgate.net/publication/318318419_Closing_Cycles_Circular_Energy_the_missing_link

[2] Quantifying the quality loss and resource efficiency of recycling by means of exergy analysis, S.H. Amini , J.A.M. Remmerswaal , M.B. Castro , M.A. Reuter , Journal of Cleaner Production 15 (2007) 907-913

[3] see the website www.maxergy.org , (downloads)

[4] Carrying capacity based environmental impact assessment of Building Integrated Photovoltaics , Michiel Ritzen, to be published

LinkedInFacebookShare

admin