The risk to renewable electricity from volcanic eruptions
Deze studie gebruikt de Tambora-eruptie van 1815 als analogie om aan te tonen dat een grote vulkanische gebeurtenis een gelijktijdige, aanhoudende wereldwijde afname van wind- en zonnebronnen kan veroorzaken, wat leidt tot significante verliezen in de elektriciteitsproductie en economische kosten die de dringende noodzaak benadrukken om dergelijke laagfrequente klimaatshocks op te nemen in de langetermijnenergieplanning.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
De wereld verschuift haar energiebronnen, weg van het verbranden van fossiele brandstoffen naar energie die wordt opgevangen uit de wind en de zon. Deze hernieuwbare bronnen zijn schoon en essentieel voor een stabiel klimaat, maar ze hebben een verborgen kwetsbaarheid: ze zijn volledig afhankelijk van het weer. Als de wind stopt met waaien of wolken de zon te lang blokkeren, kunnen de lichten uitgaan. Wetenschappers bestuderen al lang hoe dagelijkse stormen of seizoensgebonden verschuivingen de elektriciteitsnetten beïnvloeden, maar er is een veel zeldzamer, dramatischer type weerevenement dat grotendeels is genegeerd in de energieplanning. Dit is een massale vulkaanuitbarsting. Wanneer een vulkaan van voldoende omvang uitbarst, schiet hij enorme hoeveelheden gas en as hoog in de bovenste atmosfeer, waar ze zich verspreiden om een wereldwijde waas te vormen. Deze waas werkt als een dunne, zonblokkerende sluier die jarenlang kan aanhouden, de planeet kan afkoelen en windpatronen kan veranderen. Hoewel de effecten van dergelde erupties op de wereldwijde temperaturen bekend zijn, heeft niemand eerder berekend hoe deze specifieke vorm van atmosferische verstoring de elektriciteit zou beïnvloeden waar we dagelijks op vertrouwen.
Een team van onderzoekers zette zich in om dit gat te vullen door te simuleren wat er zou gebeuren als een vulkaan even krachtig als die van 1815 vandaag de dag zou uitbarsten. Ze kozen de eruptie van de Mount Tambora in 1815 als hun model, omdat dit een van de meest significante erupties in de geschreven geschiedenis was, die een "jaar zonder zomer" veroorzaakte dat wereldwijd oogsten verwoestte. Met behulp van een geavanceerd computermodel van de aardatmosfeer recreëerden de wetenschappers de omstandigheden van die eruptie en observeerden zij hoe de resulterende wolk van aerosolen — minuscule zwaveldeeltjes die zonlicht reflecteren — zou interageren met de wind- en zonnebronnen die beschikbaar zijn voor moderne elektriciteitscentrales. Ze voerden honderden simulaties uit om er zeker van te zijn dat de resultaten niet slechts een toevalstreffer waren van de computercode, waarbij ze testten hoe de eruptie zou reageren onder verschillende achtergrondklimaten, incluser een warmere toekomstige wereld en tijdens natuurlijke weercycli zoals El Niño.
De simulaties onthulden een sober realiteit: een vulkanisch evenement van deze omvang zou over de hele wereld leiden tot een gelijktijdige daling van zowel de wind- als de zonne-energieproductie. De waas blokkeert het zonlicht, wat de energie die zonnepanelen kunnen oogsten direct vermindert. Tegelijkertijd zou het koelingseffect van de aerosolen de grootschalige atmosferische circulatie die de wind aandrijft, verzwakken, wat leidt tot stillere lucht in veel van de beste windparkregio's ter wereld. Deze dubbele klap zou geen korte onderbreking zijn; de modellen toonden aan dat de vermindering van energiebronnen tot wel twintig maanden zou aanhouden. Gemiddeld vond de studie dat de wereldwijde wind- en zonnebronnen gedurende deze periode met ongeveer 3,6 procent zouden dalen. Hoewel een paar procent klein mag klinken, betekent dit, gezien de enorme schaal van het wereldwijde energiesysteem, een massaal verlies aan elektriciteit.
Toen de onderzoekers deze fysieke veranderingen vertaalden naar de taal van moderne elektriciteitsnetten, werden de cijfers nijpend. Gebaseerd op de geïnstalleerde wind- en zonnecapaciteit rond de hele wereld in 2024, zou een enkele eruptie van de grootte van de Tambora resulteren in een verlies van ongeveer 216,9 terawattuur aan elektriciteit over die twintig maanden. Om dit in perspectief te plaatsen: dat is de hoeveelheid elektriciteit die de gehele staat Californië in een jaar verbruikt. De financiële kosten van deze verloren energie, berekend met de huidige prijzen voor het opwekken van stroom, zouden ongeveer 9,2 miljard Amerikaanse dollar bedragen. De impact zou echter niet overal gelijk worden gevoeld. De studie benadrukte een cruciale discrepantie tussen de plaatsen waar het weer het slechtst is en waar de schade het meest ernstig is. Zo zouden Zuid-Amerika en Afrika de grootste procentuele dalingen in wind en zon ervaren, waardoor zij de meest fysiek gevoelige regio's zijn. Echter, omdat Azië momenteel de grootste concentratie wind- en zonneparken heeft, zou het de grootste absolute loss aan elektriciteit lijden, namelijk meer dan 111 terawattuur. Europa en Noord-Amerika zouden ook aanzienlijke verliezen moeten tegemoet zien, hoewel iets minder dan Azië.
De onderzoekers keken ook naar de onderliggende fysica om te begrijpen waarom de wind en de zon zich zo gedroegen. Ze ontdekten dat de vulkanische waas de tropische atmosfeer afkoelt, wat de Hadley-circulatie verzwakt — een gigantische motor die warmte van de evenaar naar de polen verplaatst. Deze verzwakking vermindert de windsnelheden in de subtropen, waar veel windparken zich bevinden. Interessant genoeg lieten de modellen zien dat de windsnelheden in sommige hogere breedtegraden daadwerkelijk toenamen, maar deze winsten waren niet voldoende om de brede verliezen elders te compenseren. Voor zonne-energie was het verhaal iets complexer. Hoewel de vulkanische deeltjes het directe zonlicht blokkeerden, zorgde het koelingseffect er ook voor dat de bewolking in sommige gebieden afnam, waardoor er iets meer licht doorheen kon komen. Deze afname van bewolking compenseerde de duisternis veroorzaakt door de as gedeeltelijk, maar niet genoeg om een netto verlies in zonne-energie te voorkomen. De studie suggereert dat deze fysische mechanismen robuust zijn, wat betekent dat ze waarschijnlijk ook zouden optreden in een warmere toekomstige klimaat of tijdens een andere natuurlijke weerfase.
Dit werk dient als een waarschuwing voor de toekomst van de energieplanning. Naarmate de wereld afhankelijker wordt van het weer, worden de risico's van zeldzame, hoog-impact klimaatshocks kritischer. De studie benadrukt dat de huidige energiesystemen niet zijn ontworpen om een periode van twee jaar met verminderde wind en zon te kunnen hanteren, en dat standaard batterijopslag niet voldoende is om een dergelijk lange kloof te overbruggen. Bovendien hebben de bevindingen implicaties voor een controversieel idee dat bekend staat als zonne-geoengineering, waarbij mensen opzettelijk aerosolen in de atmosfeer injecteren om de planeet af te koelen. De studie suggereert dat hoewel een dergelijke interventie de wereldwijde temperaturen zou kunnen verlagen, het onbedoeld de opwekking van hernieuwbare energie zou kunnen onderdrukken, wat een nieuw conflict creëert tussen klimaatmitigatie en energiezekerheid. De onderzoekers concluderen dat hoewel een massale vulkaanuitbarsting een gebeurtenis met een lage waarschijnlijkheid is, de potentie om het wereldwijde elektriciteitsnet te verstoren groot genoeg is om opgenomen te worden in langetermijnplannen voor een veerkrachtige, koolstofarme toekomst.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.