„Nederland kan uitgroeien tot 'OPEC-land' van de toekomst”

Elektriciteitscentrale aan een lijntje

Wind bevat enorm veel energie. Dat bewijzen diverse windmolens al eeuwenlang. Een modernere variant hiervan is de windturbine die windenergie op milieuvriendelijke wijze omzet in elektriciteit. Zo op het eerste gezicht de ideale elektriciteitsproducent. Een windturbine verbruikt namelijk geen fossiele brandstoffen, zoals olie, gas of kolen. Probleem is dat de voorraden fossiele brandstoffen in de bodem beperkt zijn. Tegelijkertijd komen bij de verbranding ervan verschillende vervuilende stoffen vrij.

Drempel
Een eenvoudig rekensommetje leert dat de wind door een verticaal vlak van 3 bij 3 kilometer net zo veel energie bevat als het totale productievermogen van de Nederlandse elektriciteitscentrales. Er is dus voldoende energie beschikbaar. Windturbines nemen echter nog maar een beperkt deel van de elektriciteitsproductie voor hun rekening.

Ondanks alle stimulerende maatregelen blijven de aantallen geplaatste windturbines achter bij de ramingen van het ministerie van economische zaken. Eén reden is dat een windturbine en de bijbehorende infrastructuur meestal kostbaar zijn. Daarnaast moet er ter plaatse op een hoogte tussen 20 en 80 meter voldoende windaanbod zijn.

De laatste drempel is dat Nederlanders positief denken over windenergie, zolang er maar geen windturbine in het gezichtsveld komt te staan. Is dat wel het geval, dan produceert ze ineens veel lawaai of is ze verantwoordelijk voor horizonvervuiling: het “not in my backyard”-syndroom. Nieuwe initiatieven zijn nodig om de huidige patstelling te doorbreken. Een windturbinepark in zee is daar een voorbeeld van.

Vlieger
Prof. dr. Wubbo Ockels denkt met zijn geesteskind, de laddermolen, een impuls te kunnen geven aan de toepassing van windenergie. Voorlopig is deze vinding nog niet meer dan een concept op papier waaraan verschillende studenten en wetenschappers gerekend hebben.

De laddermolen bestaat uit een lange ketting van vleugels of vliegers die onder invloed van de wind een draaiende beweging maakt. Door deze beweging wordt een groot uitgevallen dynamo aangedreven, die vervolgens elektriciteit produceert.

Hoe werkt dit futuristische idee? „Aan een kabel of ketting zitten tientallen vleugelprofielen, als kralen aan een ketting. Als deze ketting omhoog gebracht wordt zal de wind de vleugels omhoogduwen, net als bij een vlieger. De kabel draait op de grond rond een wiel. Door de windkracht wordt de ketting naar boven getrokken.

Aan de bovenkant van de ketting verandert de stand van de vleugels. Hierdoor valt een groot deel van de opwaartse kracht weg. Onderaan de ketting gebeurt vervolgens het tegenovergestelde: de vleugel verandert van positie en draagt weer bij aan een opwaartse beweging”, legt Wubbo Ockels uit.

Gunstig windregime
In de huidige ideeën kan de afstand tussen de grond en de top van de laddermolen variëren van een paar honderd meter tot enkele kilometers. De laddermolen telt dan 52 tot ruim 400 vleugels. Het voordeel van deze constructie is dat het windaanbod op grotere hoogte veel constanter is dan dicht bij het aardoppervlak. Tegelijkertijd bevat de wind op die hoogte meer energie.

„Je praat dan over een factor 10 tot 20 keer zo groot in vergelijking met de hoogte waarop de bestaande windturbines hun energie opvangen”, aldus Ockels. Een aardig detail is dat met name Nederland en Schotland een heel gunstig windregime hebben. „Beide landen hebben de mogelijkheid om uit te groeien tot de 'OPEC-landen' van de windenergie”, aldus de hoogleraar van de TU Delft en wetenschappelijk medewerker van Estec, het onderzoekscentrum van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA.

Hoe is het idee voor de laddermolen ontstaan? „Het is het resultaat van een combinatie van verschillende interesses. In mijn jeugd was ik al gebiologeerd door vliegeren. Prachtig was dat, het feit dat je als jochie in staat was om een stuk materie omhoog te krijgen en door middel van een kilometerslang touw te besturen”.

Ook na zijn studententijd bleven vliegers fascineren. Daar kwamen de opleiding tot piloot en de ruimtevlucht met de spaceshuttle nog een keer bij. Na zijn benoeming tot deeltijdhoogleraar aan de TU Delft ontwikkelde hij plannen voor zweefvliegen op grote hoogte. Vervolgens werd hij geconfronteerd met het idee dat de wind op grotere hoogte enorm veel energie bevat. „Op een gegeven moment vielen de stukjes van de puzzel op de juiste plaats: met vliegers omhoog, als vliegtuigen naar beneden en de beweging omzetten in elektriciteit”, vertelt een enthousiaste Ockels.

Uitdagingen
Met behulp van een zelfgeschreven computerprogramma rekende Ockels het concept door. De TU Delft en ECN in Petten voerden eveneens modelberekeningen uit. De resultaten gaven geen aanleiding tot het bijstellen van het optimisme. Samen hebben de broers Wubbo en Jan Hendrik Ockels het bedrijf O-Mill opgericht dat de belangen van de laddermolen behartigt.

Ockels weet de verschillende voordelen van de laddermolen enthousiast op te sommen. Toch blijft hij met beide benen op de grond staan. „Nadeel is dat de komende jaren veel inspanning nodig zal zijn om een goed functionerend testmodel te ontwerpen. Je praat bijvoorbeeld al gauw over enkele honderden vleugels die onafhankelijk van elkaar bestuurd moeten worden. Aan de andere kant biedt de hoge nieuwswaarde verschillende uitdagingen, waardoor het voor een wetenschapper of techneut ook weer leuk wordt om er de tanden in te zetten”.

Concurrerend
Zal de laddermolen uiteindelijk niet geconfronteerd worden met dezelfde problemen als de huidige windturbines? De complexe constructie zal niet goedkoop zijn, terwijl een honderden meters hoog gevaarte waarschijnlijk niet op enthousiasme van de omwonenden hoeft te rekenen? „Natuurlijk zullen de kosten voor een laddermolen aanzienlijk hoger zijn dan die van een windturbine. Daar staat echter een veel hogere elektriciteitsopbrengst tegenover”, aldus de TUD-hoogleraar.

„We hebben kostprijsanalyses uitgevoerd op basis van bestaande constructies uit de vliegtuigbouw. Daaruit bleek dat bij de duurste constructie de kosten per kilowatt elektrisch vermogen gelijk zijn aan die van een moderne windturbine. Je praat dan over de ongunstigste situatie voor de laddermolen”. Ockels gaat ervan uit dat zijn molen zelfs goed moet kunnen concurreren met de bestaande, conventionele vormen van elektriciteitsopwekking.

Rest nog het probleem van horizonvervuiling? „Op de TU Delft is een werkgroep opgericht. Hierin hebben dertien hoogleraren van verschillende faculteiten en onderzoeksgroepen zitting. Iedereen levert een eigen specialistische inbreng bij de ontwikkeling van de laddermolen. Mijn architectuurcollega was heel erg enthousiast over de elegantie van de lichtgewichtconstructie en de gracieuze manier om energie uit de lucht te plukken. Daarnaast maakt een laddermolen nauwelijks lawaai en is hij verticaal gericht. Om dezelfde hoeveelheid elektriciteit op te wekken moet een groot aantal windturbines in een horizontaal vlak geplaatst worden”.

Gedurfd
Het concept van de laddermolen is er. Enkele details, zoals het grondstation, de bevestiging van de vleugels en de vleugelconstructie, liggen al redelijk vast. De komende jaren worden benut om het idee compleet uit te werken.

Wetenschappers en studenten van de TU Delft zullen daaraan een belangrijke bijdrage leveren. „Met de laddermolen zetten we een paar flinke stappen richting de toekomst. Het idee heeft alles in zich wat interessant is voor een technische universiteit”, vindt prof. dr. ir. A. J. Berkhout, verantwoordelijk voor het researchbeleid van de TU Delft. „Het is een onderwerp op energiegebied, een speerpunt van de TU Delft, het vraagt om een brede aanpak vanuit verschillende vakgebieden en het is nieuw”.

Op dit moment wordt gewerkt aan de samenstelling van een projectteam dat de opdracht krijgt om „in de nabije toekomst” een schaalmodel te ontwikkelen. Het is de bedoeling dat de TU Delft de laddermolen in 2000 op de Wereldexpo in Hannover zal presenteren als een goed onderbouwd concept dat door de industrie verder opgepakt kan worden. „We willen daar laten zien dat we in Nederland serieus naar energievraagstukken kijken en dat we de moed en visie hebben om aan nieuwe, gedurfde concepten te werken”, aldus Berkhout.

Spin-off
Ockels verwacht dat over een jaar of vijf de eerste experimentele laddermolen opgelaten zal worden. Verlopen deze proeven goed, dan kan de molen vijf jaar later seriematig geproduceerd worden. Zijn collega Berkhout is wat voorzichtiger. „Ik ben al tevreden als we op de Wereldexpo een technisch en wetenschappelijk goed onderbouwd concept kunnen presenteren, waarmee we de industrie enthousiast kunnen maken”.

En als over een paar jaar blijkt dat de laddermolen een aardig idee was waaraan te veel technische of economische haken en ogen zaten? „Het concept lijkt nog steeds goed realiseerbaar. En als het niet zo is? Dan zijn verschillende technieken, materialen en constructies ontwikkeld die voor andere doeleinden ingezet worden. Dit project moet een enorme spin-off opleveren”, aldus Ockels. „Voorlopig ga ik er nog steeds van uit dat over vijf jaar een experimentele laddermolen z'n rondjes draait”.