Energie is smeerolie voor economische activiteit, persoonlijke ontwikkeling en het bijdragen aan onze sociale gemeenschap. Voor Zofia Lukszo, professor Smart Energy Systems, draait de energietransitie dan ook om veel meer dan CO2-reductie. ‘Naast duurzaam moet ons toekomstige energiesysteem vooral ook inclusief zijn – betrouwbaar, beschikbaar en betaalbaar voor iedereen.’
Ja, ze heeft nu twee kleinkinderen, en ook jonge promovendi uit alle mogelijke windstreken waar het leven soms makkelijk is en soms niet. Maar een grote maatschappelijke betrokkenheid had Zofia al toen ze tegelijk wiskunde als filosofie studeerde. ‘Dat heeft mijn ingenieursdenken gevormd,’ zegt ze. ‘Wiskunde leerde me om complexiteit tot de essentie terug te brengen, en dankzij de filosofie leerde ik over ethische systemen en andere culturen.’ Een perfecte basis voor haar onderzoek in Complex Socio-Technical Systems Engineering.
Meer dan technologie
‘Grote transformaties, zoals de energietransitie, vergen veel meer dan alleen het toevoegen of veranderen van technologie. Denk aan economie, cybersecurity, sociale waarden en beleid; hoe wordt die technologie geopereerd, bewaakt en gemanaged?’ Bovendien zijn er naast concurrerende technologieën ook hele sectoren die met elkaar concurreren, bijvoorbeeld de transportsector en de procesindustrie die allebei op (schaarse) groene waterstof willen overstappen. Zofia: ‘Het is dan ook heel belangrijk om de regels te onderzoeken die er binnen dat speelveld gaan gelden, en hoe de verschillende actoren daarop reageren – tot aan de individuele consument aan toe.’ Geen wonder dus dat ze zich aan de faculteit Techniek, Bestuur en Management van de TU Delft als een vis in het water voelt.
Zofia Lukszo
Tegen de stroom in
Wat Zofia betreft is ons toekomstige duurzame energiesysteem een geïntegreerd energie-waterstof systeem. ‘In waterstof kan je energie opslaan en je kunt het relatief makkelijk van A naar B transporteren,’ zegt ze. ‘Daardoor kunnen we fluctuaties in wind- en zonne-energie opvangen. Waterstof kan ook als brandstof dienen voor de (zware) transportsector en als energiebron voor bijvoorbeeld de staalindustrie. Daarnaast kan het samen met teruggewonnen CO2 als grondstof dienen voor de vervaardiging van kunststoffen, en zo de industriële afhankelijkheid van aardolie terugdringen.
Een tikkeltje eigenwijs en tegen de stroom in diende ze tien jaar geleden een onderzoeksproject naar waterstof in, waarbij auto’s op waterstof bijvoorbeeld ook als energiecentrale zouden kunnen fungeren in een stedelijke omgeving, of als noodaggregaten voor ziekenhuizen. ‘Toen dacht men nog dat waterstof helemaal geen rol zou gaan spelen in ons energie- en transportsysteem. Maar dat denken is in korte tijd helemaal veranderd omdat we voor bepaalde toepassingen, zoals zwaar transport, groen staal en als bouwsteen voor de petrochemische industrie nauwelijks een elektrische oplossing voorhanden is.’
Tien jaar geleden dacht men nog dat waterstof helemaal geen rol zou gaan spelen in ons energie- en transportsysteem
Gedragsmodellen
In haar huidige onderzoek ontwikkelt ze modellen voor de productie, opslag en transport van waterstof, in symbiose met het al bestaande elektriciteitsnetwerk. Dat zijn modellen die uitgaan van de natuurwetten (zoals het behoud van energie), maar juist ook modellen waarmee zowel technologie als het gedrag van de verschillende actoren zijn te modelleren. ‘Beleidsdoelen en regelgeving zijn daarin de randvoorwaarden waaronder de actoren opereren en waar ze hun gedrag op aanpassen. Wat gebeurt er als we bijvoorbeeld het CO2-emissiehandelssysteem – dat de uitstoot van CO2 belast en zo investeringen in duurzaamheid bevordert – herorganiseren? Of als we een waterstofbank oprichten die gegarandeerd de opgewekte groene waterstof afneemt en daarmee de productie ervan aanjaagt?’
Met haar onderzoek wil Zofia de interactie tussen technologie, actoren en regelgeving verbeteren zodat we komen waar we willen zijn. ‘In de woorden van Ursula von der Leyen is dat een energieneutraal Europa in 2050,’ zegt ze. ‘En wat mij betreft pakken we dan gelijk ook de grote verschillen in de maatschappij aan. Er zijn in Nederland hele groepen die moeite hebben voldoende energie aan te schaffen om in hun behoeftes te voorzien. Energiearmoede dus. Die term gebruikte ik al vóór de oorlog in Oekraïne en dat probleem is alleen maar urgenter geworden.’
Behalve duurzaam moet het toekomstige energiesysteem vooral ook inclusief zijn – betrouwbaar, beschikbaar en betaalbaar voor iedereen
Waterstof op zee
Ze is co-redacteur van een boek over een inclusieve energietransitie# waarin het onder andere draait om het feit dat energiearme huishoudens veel harder geraakt worden door de stijgende energieprijzen. Des te meer reden om te onderzoeken hoe de energieprijzen ook na de transitie betaalbaar kunnen blijven. Zo hebben Zofia en haar collega’s in een nog lopend project bijvoorbeeld gekeken naar de inrichting van windparken op zee, om te bepalen waar de opgewekte energie het beste in waterstof kan worden omgezet. Hun model omvatte lokale windsnelheden, de locatie van bestaande onderzeese gas- en elektriciteitsleidingen, waterdieptes, meerjarige voorspellingen over de vraag naar elektriciteit en waterstof, noem maar op.
Het bleek dat met name de kosten voor het meermaals omvormen van elektriciteit bepalend waren – van gelijkspanning naar wisselspanning en van laag voltage naar hoog voltage, en weer terug. ‘Tot 75 kilometer uit de kust kun je het beste elektriciteit naar land transporteren en deze zo nodig daar in waterstof omzetten. Maar bij meer dan 100 km afstand is het efficiënter en voordeliger om elektrolyse-apparatuur in de afzonderlijke windturbines zelf te integreren en de opgewekte energie als waterstof naar het land te transporteren.’
Onzekerheden meewegen
In het recent gefinancierde HyChain-ESI project kijkt ze juist naar de opkomende waterstofeconomie als geheel binnen de context van de industrie, zwaar transport, maar ook bijvoorbeeld de bebouwde omgeving. Daarbij onderzoekt ze hoe zo’n geïntegreerd energie- en waterstofsysteem er technisch uit moet komen te zien. Maar ze kijkt ook naar de impact van systeemonzekerheden – in bijvoorbeeld de productiecapaciteit van waterstof, de afname ervan, en de prijzen – en of de opslag ervan bijvoorbeeld het beste op nationale of Europese schaal kan plaatsvinden. ‘Dit betreft een wiskundige benadering, over de robuustheid van de ontwerpen en oplossingen.’
In onze modellen nemen we ook onzekerheden mee, zodat we tot robuuste oplossingen komen
Schouders eronder
Nieuwe technologieën, toekomstige onzekerheden, concurrentie, energiearmoede – en dan moet de energietransitie ook nog eens onder grote tijdsdruk plaatsvinden. Je kunt er moedeloos van worden, maar voor Zofia werkt het stimulerend. ‘Sommigen zeggen dat dit niet mogelijk is. Dan zeg ik: probeer te kijken naar wat er moet gebeuren zodat het wel mogelijk is. Daarbij is het ook heel belangrijk dat we nadenken over hoe we onderzoeksresultaten naar het onderwijs vertalen. Bovendien, als je studenten als gelijken beschouwt, dan komen zij ook nog eens met vragen en commentaren die erg inspirerend kunnen zijn.’ Naast het mede-ontwerpen van het toekomstige, inclusieve energiesysteem geeft ze dus ook haar kennis en drive door aan de volgende generatie(s). ‘Nogmaals, met alleen methodes en algoritmes kun je een groot systeem niet veranderen. We moeten iedereen meenemen.’
#Het boek “Shaping an Inclusive Energy Transition” kan hier gratis worden gedownload.