TU Delft presenteert acht beste klimaat- en energiepublicaties
Recordtemperaturen, overstromingen en smeltend zee-ijs: radicale weersomstandigheden komen steeds vaker voor en hebben een verwoestend effect op onze planeet én ons leven. Met het versnellen van de energietransitie en klimaatactie probeert TU Delft, samen met haar partners, klimaatverandering te voorkomen en de gevolgen ervan binnen de perken te houden. Met de verkiezing van de Beste Climate & Energy Paper brengt TU Delft een aantal grote en kleine innovaties, die daaraan een bijdrage leveren, nog eens extra onder de aandacht.
Met zo’n duizend klimaat- en energiewetenschappers is TU Delft een van de grootste onderzoeksinstituten in Europa op dit gebied. Een belangrijke taak: het klimaatprobleem is immers complex en urgent. Omdat TU Delft zich zorgen maakt om het veranderende klimaat, is in 2021 besloten de daarop volgende tien jaar €22 miljoen uit te trekken voor het Climate Action-programma. Daarnaast investeert TU Delft nog eens €100 miljoen in het verduurzamen van de campus. En dan zijn er ook nog duizenden studenten, promovendi en postdocs dankzij wie slimme ideeën nog slimmer worden, en daarna slimme oplossingen.
Tijdens de Beste Climate Action & Energy Paper Award-ceremonie, die op woensdag 15 maart plaatsvindt, pitchen acht jonge wetenschappers die als eerste auteur aan een publicatie hebben gewerkt, hun onderzoeksresultaten. Zoals hieronder te lezen is, zijn hun oplossingen net zo creatief en veelzijdig als dat het klimaatprobleem veelkoppig is.
Climate Action
Zoals het ingenieurs betaamt, willen we de klimaatproblematiek eerst goed begrijpen (Climate Science). Zo blijk je met een neurologisch machine learning model uitstekend het klimaateffect van de luchtvaart in kaart te kunnen brengen. Hebben we eenmaal voldoende kennis, dan werken we vervolgens aan oplossingen die de impact van klimaatverandering zoveel mogelijk beperken (Climate Mitigation). Als je zonnepanelen op drie of vier meter hoogte hangt, hoeven we ons bijvoorbeeld niet meer af te vragen of een akker beter voor landbouw ingezet kan worden, of voor het opwekken van zonne-energie. We doen het allebei tegelijk.
Waar nodig zullen we ons aan klimaatverandering moeten aanpassen (Climate Adaptation). Zo kunnen we de juiste maatregelen nemen door eerst heel gericht de risico’s en de kosten in te schatten, bijvoorbeeld van overstromingen in Venetië. En natuurlijk moet het ons mogelijk gemaakt worden om de juiste klimaatmaatregelen te nemen, zodat alle slimme oplossingen ook echt tot hun recht kunnen komen (Climate Governance). Dan helpt het om het volledige web aan belanghebbenden, regels en strategieën nauwkeurig in kaart te kunnen brengen.
Energie
Ook op het gebied van energie zijn er het afgelopen jaar weer legio uitdagingen opgepakt, met soms verrassende inzichten tot gevolg. Natuurlijk gaan we verwarming op gas uitfaseren, maar dat betekent niet dat we nu allemaal meteen op een warmtepomp moeten overstappen (Urban Energy). Een mix van verwarmingstechnieken kan optimaal zijn om de CO2-uitstoot voor verwarming tot 2050 zoveel mogelijk te beperken. Dat nog los van de vraag of ons elektriciteitsnetwerk wel op al die verwarming op groene energie voorbereid is. Wat daar dan weer aantoonbaar bij helpt, is als we waterbeheer slim aanpakken: pompen als er veel groene energie beschikbaar is (PowerWeb). Dat spaart ook nog eens energie en geld.
Sowieso zijn er veel interessante ontwikkelingen op het gebied van groene energie. Zo kan het slim optimaliseren van windparken zo maar een extra windturbine opleveren, zonder dat deze aan de horizon te zien is (Wind Energy). En als klap op de vuurpijl blijkt een thermodynamische (bijna-)onmogelijkheid toch opeens haalbaar: elektriciteit uit lage temperatuur restwarmte met een slim batterij-ontwerp (e-Refinery).
Aanwakkeren
Haast is geboden om de voor 2050 gestelde klimaatdoelen te halen, en het gaat nog lang niet snel genoeg. Maar op woensdag 15 maart nemen we heel even “pauze” en richten we de schijnwerpers op enkele van de kleinere en grotere oplossingen die samen klimaatactie en de energietransitie aanwakkeren.
De Best Climate and Energy Paper Award 2022 Ceremony vindt op woensdag 15 maart plaats.
Locatie: Het Co-Creation Center of The Green Village op de TU Delft Campus.
Aanvangstijd: 15:00 uur
Wilt u zich hier nog voor aanmelden, dan kan dat hier.
Wilt u een van de finalisten interviewen, of meer weten over de Delftse klimaat- en energieambities, neem dan gerust contact op met:
- Dave Boomkens, wetenschapsvoorlichter Climate & Energy, 06 3408 1461 d.j.boomkens@tudelft.nl
- Inge Snijder, wetenschapsvoorlichter Climate & Energy, 015 27 87538, i.snijder@tudelft.nl
Klimaatneurowetenschappen voor de luchtvaart
Er is een kenniskloof als het gaat om klimaateffecten van de niet-CO2 uitstoot van de luchtvaart. Jin Maruhashi onderzocht het effect van stikstofoxiden (NOx) op de opwarming van de aarde, dat allesbehalve verwaarloosbaar is en vooralsnog grote onzekerheden kent. Zijn gedetailleerde simulaties op wereldschaal creëerden terabytes aan data. Om hier patronen in te vinden, voegde hij een klimaat-opwarmende component toe aan een tot dan toe puur geometrisch machine learning algoritme dat door neurowetenschappers wordt gebruikt om zenuwbanen in de hersenen bloot te leggen. Zijn analyse toonde bijvoorbeeld aan dat seizoenseffecten een belangrijke rol spelen en dat vliegroutes bij neerwaartse atmosferische luchtstromen een kleinere bijdrage leveren aan het opwarmen van de aarde. Dit onderzoek kan er uiteindelijk toe leiden dat niet alleen brandstofverbruik maar ook het klimaateffect wordt meegenomen bij het optimaliseren van vliegroutes en vlieghoogtes. Zijn volgende stap is om dezelfde methodologie toe te passen op de nog-minder-begrepen klimaatimpact van aerosolen.
Jin Maruhashi (LR)
Transport patterns of global aviation NOx and their short-term O3 radiative forcing –a machine learning approach
Vruchtbare bodem: zonnepanelen en landbouw ineen
Met de productie van zowel zonne-energie als voedsel brengt Agrivoltaics het beste van twee werelden samen. Zonnepanelen op enkele meters hoogte geven ruim baan aan landbouwmachines. Bovendien beschermen ze onderliggende gewassen tegen schadelijke effecten van klimaatverandering, zoals wereldwijd stijgende temperaturen, wisselende weersomstandigheden en waterschaarste. Afhankelijk van het gewas, het ontwerp van het zonnepanelenpark en het lokale klimaat kan er sprake van een win-winsituatie zijn. Alex Katsikogiannis ontwikkelde een meerschalig model voor het optimaliseren van de zonnepanelen en het zonnepark. Speciale tweezijdige zonnepanelen, die zowel aan de voor- als achterkant licht absorberen, blijken een goede oplossing in combinatie met gewasteelt. Zo verhoogt het toepassen van Agrivoltaics bij het verbouwen van bosbessen in Boston, VS, de energieopbrengst per zonnepaneel, terwijl de opbrengst van de onderliggende landbouwgrond met 50% stijgt – ten opzichte van als ze los van elkaar worden toegepast. Agrivoltaics blijkt ook mogelijk in gematigdere klimaten, zoals dat van Nederland.
Alex Katsikogiannis (EWI)
Integration of bifacial photovoltaics in agrivoltaic systems: A synergistic design approach
Scherp zicht op waterschade in Venetië
Als hij geheel gesloten is, beschermt de recent in gebruik genomen MOSE-barrière het werelderfgoed Venetië tegen stormvloeden tot drie meter hoog. Maar met een stijgende zeespiegel, steeds meer stormen, en incidenteel damonderhoud is er nog steeds behoefte aan risicomodellen voor overstromingen en mogelijke schade. In plaats van aannemen dat het waterniveau voor de hele binnenstad overal gelijk is, ontwikkelde Julius Schlumberger voor Venetië een hydrodynamisch model dat berekent hoe hoogwater door de nauwe straten opkomt en weer wegtrekt, wat tot verschillen in de waterstand leidt. Voor maximaal inzicht in de beschermende waarde van individuele overstromingsvoorbereiding combineerde hij dit met een schademodel dat huizen in onderdelen opdeelt, zoals deuren en pleisterwerk. Met dit risico-inschattingsmodel kunnen voor diverse toekomstscenario’s de gevolgen van overstromingen worden ingeschat. Zo kan het bijdragen aan het managen van hoogwaterbescherming, op zowel systematisch als individueel niveau, voor het culturele erfgoed van Venetië.
Julius Schlumberger (CiTG)
Developing a framework for the assessment of current and future flood risk in Venice, Italy
Met ontward bestuur op weg naar klimaatbestendigheid
Met zijn verscheidenheid aan transportmodaliteiten is de haven van Rotterdam extra kwetsbaar voor extreme weersomstandigheden. En met de combinatie aan regels, normen, strategieën, eigenaren en belanghebbenden is het niet ondenkbaar dat er obstakels zijn bij het klimaatbestendig maken van deze regio. Met haar Institutional Network Analysis-aanpak geeft Batoul Mesdahi een vrijwel compleet beeld van het institutionele landschap. Het toont namelijk niet alleen de connecties tussen verschillende belanghebbenden, maar geeft tegelijk ook inzicht in hun relatie op basis van de verschillende formele en informele regels, normen en strategieën. Vervolgens paste zij dit toe op de Botlek-Vondelingenplaat, waarmee ze enkele hiaten en aandachtspunten in het besluitvormingsproces blootlegde die nadelig kunnen uitpakken bij klimaatadaptatie. Klimaatverandering is al een enorme uitdaging vanuit puur technisch perspectief. Belangrijk dus dat haar aanpak een waardevol instrument biedt om de weg voorwaarts van bestuurlijke hobbels te ontdoen.
Batoul Mesdaghi (TBM)
Institutional dependencies in climate adaptation of transport infrastructures: an Institutional Network Analysis approach
Iedereen een warmtepomp? Niet per se!
In 2050 stoppen we met het verwarmen van onze huizen met aardgas. Maar daarvóór willen we de CO2-uitstoot ook al zoveel mogelijk verminderen om verdere klimaatverandering tegen te gaan. Chelsea Kaandorp modelleerde de warmtevraag voor Amsterdamse wijken als de Molenwijk en de Prinses Irenebuurt tot op het niveau van individuele huizen. Ook berekende ze het CO2-zuinigste alternatief voor verschillende ambitieniveau’s van isolatie-inspanning en vergroening van de elektriciteitsproductie. Ze vond dat de CO2-uitstoot in de meest ambitieuze scenario’s wel tien keer minder kan zijn, en dat all-electric oplossingen vooral in deze scenario’s toepasbaar zijn. In andere gevallen kunnen hybride strategieën de beste uitkomst bieden. Warmtenetten hebben ook zin, maar alleen bij een bepaalde minimum warmtevraag in een wijk, wat verdere isolatiemaatregelen, en dus CO2-besparing, kan ontmoedigen – een carbon lock-in dus. Deze studie biedt beleidsmakers een zeer nuttig handvat voor hoe ze de warmtetransitie op wijkniveau kunnen aanpakken, zowel binnen als buiten Nederland.
Chelsea Kaandorp (CiTG)
Reducing committed emissions of heating towards 2050: Analysis of scenarios for the insulation of buildings and the decarbonisation of electricity generation
Slim pompen voor waterbeheer
Omdat Nederland zo laag ligt, verbruiken de waterschappen veel energie om onze voeten droog te houden. Slim pompen, dus energie verbruiken op momenten van veel zon en wind (Demand Response), verlaagt de kosten en de CO2-uitstoot hiervan, en kan zelfs helpen bij het balanceren van het electriciteitsnetwerk. Maar ja, niets is zo veranderlijk als het weer, dus ontwikkelde Ties van der Heijden een aanpak die tegelijk op energiemarkten van verschillende tijdschalen opereert. Met zijn slimme optimalisatiealgoritmes toonde hij vervolgens aan dat de kosten met 15% teruggebracht kunnen worden. En zelfs met 50% als we straks, net als Duitsland, een veel grotere capaciteit voor groene elektriciteit hebben. In zijn studie beperkte hij zich tot het Amsterdam-Rijnkanaal/Noordzeekanaal-gebied, maar het geldt natuurlijk voor heel Nederland en andere laagliggende gebieden. En de onderliggende optimalisatietechnieken zijn op bijna alles dat energie verbruikt toepasbaar – tot aan je koelkast aan toe.
Ties van der Heijden (CiTG en EWI)
Multi-market demand response from pump-controlled open canal systems: an economic MPC approach to pump-scheduling
Een optimaal kluitje van windturbines
De wind verandert voortdurend van kracht en richting. Daardoor komen windturbines in elkaars “windschaduw” te staan, wat hun energieopbrengst beperkt. Er is dus een grote behoefte aan het tegelijk en in real-time optimaliseren van de stand van alle turbines in een windpark als geheel. Maarten van den Broek ontwikkelde een algoritme dat dicht bij de fysica van windwervelingen blijft en toch heel snel is. Het is zowel geschikt om de rotor te sturen, zodat de schaduw zich verplaatst, als om de stand van individuele rotorbladen bij te stellen. Onder ideale statische omstandigheden kan dit een paar tot tientallen procenten hogere energieopbrengst opleveren. Over een heel jaar, waarin de wind continu fluctueert, is het misschien evenveel als een extra windturbine op een park. Groot voordeel is dat het (uiteindelijke) algoritme, omdat het van de fysica uitgaat, direct op alle windparken toegepast kan worden. Genoeg interesse dus van grote energiebedrijven.
Maarten van den Broek (3mE)
Adjoint optimisation for wind farm flow control with a free-vortex wake model
Electriciteit uit het (bijna) niets
Van alle energie die we verbruiken gaat ruim de helft verloren aan warmte. Met warmte boven de 100 graden kun je uit stoom electriciteit genereren. Maar bij lagere temperaturen zijn daar nog nauwelijks technologieën voor. Jorrit Bleeker ontwikkelde een systeem dat uit twee vloeibare batterijen bestaat, verbonden door warmtewisselaars. Een ervan staat in een warme omgeving, de andere in een koude(re). De elektrolyten laadt je op bij hoge temperatuur, en bij ontladen op een lagere temperatuur krijg je vervolgens extra elektriciteit terug. Grootste doorbraak was de juiste elektrolyten vinden, zodat het commercieel interessant kan worden om electriciteit te genereren uit een constante warmtestroom. Ook daarmee wordt het niet heel efficiënt, maar 1% van een megaWatt is nog steeds heel veel energie. Denk aan al die datacenters in Nederland die gekoeld moeten worden en die gezamenlijk 3,2 miljard kWh per jaar aan stroom verbruiken. En laat er nou ook heel veel interesse zijn in het omgekeerde proces dat een hele efficiënte warmtepomp kan opleveren.
Jorrit Bleeker (TNW)
Thermo‐electrochemical redox flow cycle for continuous conversion of low‐grade waste heat to power