Geschiedenis van de toekomst: de zonnetoren

Een curieus boekje uit 1931. In hundert Jahren ('Over honderd jaar') gaat over de toekomst van de energievoorziening. Het middeleeuwse lettertype staat in scherp contrast met de futuristische inhoud. Volgens auteur Hanns Günther – pseudoniem van Walter de Haas (1886–1969) – nadert de dag dat de wereldvoorraad kolen en olie uitgeput raakt.

Alleen al met die vaststelling loopt de Duitser ruim veertig jaar voor op het rapport Grenzen aan de Groei van de Club van Rome. Maar nog opmerkelijker zijn de oplossingen die hij aandraagt. Variërend van het niet erg realistische idee om de Straat van Gibraltar af te dammen ten bate van een gigantische waterkrachtcentrale tot visionaire ideeën voor aardwarmte- en golfslagcentrales.

In het hoofdstuk 'Getemde cyclonen' focust de auteur op het soort energiecentrale dat in het Nederlands 'zonnewindtoren' of kortweg 'zonnetoren’ wordt genoemd. Zo'n solar updraft tower (SUT) lijkt in niets op de moderne opwekking van elektriciteit met zonnecellen en werkt ook totaal anders dan de gangbare vormen van thermische zonne-energie.

1896

In hundert Jahren was geheel gebaseerd op bestaande ideeën, die Günther in heldere taal en met inzichtelijke illustraties heeft geïnventariseerd. Het hoofdstuk over de zonnetoren heeft hij gebaseerd op het werk van de Franse natuurkundige Bernard Dubos die in 1926 zijn idee voorlegde aan de prestigieuze Académie des Sciences.

Men neme een ongeveer 1.000 meter lange, aan beide uiteindes open pijp en zette die in een hete omgeving – bijvoorbeeld de Sahara – tegen een bergflank. Onderaan wordt de pijp tot een reusachtige trechter verwijd, een broeikasachtige warmtecollector. Het temperatuurverschil onder- en bovenaan de schoorsteen zal de opstijgende lucht in de schoorsteen een snelheid van een orkaan geven, waarmee een turbine en een generator worden aangedreven. 'Ein Ei des Kolumbus', volgens Günther.

Wat Günther over het hoofd zag, was dat Dubos niet de werkelijke vader van het idee was. Al in 1896 patenteerde de Britse elektrotechnicus Alfred Rosling Bennett zijn convection mill,  die volgens hetzelfde principe werkt. In 1919 maakte een instrumentenmaker een model van de uitvinding dat nog altijd in het bezit is van het Science Museum in Londen. Ook de Spaanse kolonel Isidoro Cabanyes beschreef in 1903 al een vergelijkbare motor solar in het vaktijdschrift La Energía Eléctrica. De illustratie bij dat artikel laat zien dat Cabanyes' idee niet anders was dan dat van Dubos 23 jaar later. De praktijk bleek evenwel weerbarstiger dan deze theoretici van de zonnetoren zich hadden voorgesteld.

Spankabels

Wie op Google Maps tien kilometer ten oosten van het Spaanse plaatsje Manzanares een kijkje neemt, ziet vage ronde contouren op de plek waar in de jaren tachtig de eerste, 195 meter hoge, zonnetoren ter wereld stond. De door de Duitse overheid gefinancierde energiecentrale werd in 1982 in werking gesteld. Het lag in de bedoeling de centrale gedurende drie jaar te testen. Pas vanaf 1986 functioneerde ze zoals gepland en was goed voor een vermogen van 50 kilowatt, vergelijkbaar met een kleine windturbine. Als gevolg van doorgeroeste spankabels bezweek de toren in 1989 tijdens een storm alsnog.

Slurf

In het nieuwe millennium zijn diverse pogingen gedaan zonnetorens te verwezenlijken. Maar er lijkt geen zegen op te rusten. Met veel bombarie aangekondigde plannen voor zonnetorens in Namibië (meer dan 1.500 meter hoog), Australië, Texas en Arizona liepen telkens stuk op de financiering. In 2010 werd in het Chinese Binnen-Mongolië een prototype van een kleine zonnetoren daadwerkelijk in bedrijf genomen. Maar de 50 meter hoge schoorsteen, met een bescheiden vermogen van 200 kilowatt, kampte van meet af aan met constructieproblemen.

De Zweedse luchtvaartingenieur Per Lindstrand, vooral bekend van zijn ballonvluchten met Virgin-baas Richard Branson, was er in 2014 van overtuigd dat hij de oplossing had gevonden voor het probleem van de hoge constructiekosten. Met helium gevulde opblaas-zonnetorens moesten de bouwkosten flink kunnen drukken. In de Chileense Atacama-woestijn zou zo'n slurfachtige constructie het grootste astronomische observatorium ter wereld (ALMA) van duurzame energie moeten voorzien. Uiteindelijk had een kilometer hoge slurf de rol moeten overnemen van dorstige en vervuilende dieselgeneratoren. Het baanbrekende plan is evenwel nooit van de grond gekomen. De website van luchtballonfabrikant Lindstrand rept er met geen woord meer over.

Megapowerproject

Een ander aan de zonnetoren verwant systeem van energieopwekking werd op 7 december 1995 gelanceerd in de Brabanthallen in Den Bosch. Het Nederlandse Megapowerproject overtrof qua omvang en ambitie alle bovengenoemde plannen: een metalen toren op de Noordzee, vijf kilometer hoog en overeind gehouden met acht kilometer lange, op de zeebodem verankerde, tuikabels.

Net als de zonnetoren maakt het Megapowerproject gebruik van het temperatuurverschil tussen laag en hoog. De toren wordt onderaan gevuld met ammoniakgas dat opstijgt en bovenin condenseert. Op zeeniveau zou de vallende vloeistof elektriciteit opwekken. Volgens de plannenmakers zou de energiecentrale een vermogen hebben van 7.000 megawatt, evenveel als twaalf kolencentrales.

Het plan kwam uit de koker van uitvinder Frank Hoos (1946), maar werd ondersteund door Novem (Nederlandse Organisatie voor Energie en Milieu), een agentschap van het ministerie van Economische Zaken. Ook gerenommeerde bedrijven als Hoogovens, Stork Ketels in Hengelo en de Duitse producent van industrieel gas Linde AG waren betrokken bij het project. De royale aandacht van serieuze kranten en vakbladen (waaronder Trouw, NRC-Handelsblad en De Ingenieur) gaven het extra prestige. Toch is het Megapower een snelle en stille dood gestorven. Na de presentatie in de Brabanthallen en de daarop volgende publiciteit is er niets meer van vernomen.

Evolutie

De technologische survival of the fittest kent meer verliezers dan winnaars. Misschien moeten we na ruim een eeuw concluderen dat de zonnetoren niet levensvatbaar is. Het concept heeft in toenemende mate te kampen met wat in evolutiebiologisch jargon ‘competitieve uitsluiting' heet. Het principe dat twee soorten die dezelfde ecologische niche bezetten niet stabiel naast elkaar kunnen voortbestaan. De soort die efficiënter gebruikmaakt van de omstandigheden, verdringt de andere soort of smoort haar ontwikkeling in de kiem. Het moet raar lopen, wil de zonnetoren ooit nog kunnen opboksen tegen het indrukwekkende succes van zonnecellen.