Duurzaam en veilig leven

Nieuws | de redactie
12 mei 2015 | Hoe houden we onze energievoorzieing duurzaam? Hoe houden we de wereld leefbaar als meer en meer mensen naar de stad trekken? Welke rol speelt het verkeer daarin? De 3TU kijkt in een aantal position papers vooruit op de rol van technologische ontwikkelingen in de Wetenschapsagenda.

In de aanloop naar de 3TU. Innovation & Technology Conference op 18 mei kijken de technische universiteiten in tien verschillende position papers vooruit op de uitdagingen waar kennis en maatschappij zich voor zien en die derhalve een centrale plek in de Wetenschapsagenda verdienen. Vier van deze position papers inzake energievoorziening en een duurzame leefomgeving leest u hieronder.

Decentrale, duurzame energiesystemen en -opslag 

Nederland staat voor de uitdaging om de energievoorziening duurzaam te maken, dat wil zeggen dat we op termijn naar een energiesysteem moeten evolueren dat CO2-neutraal is en waarbij we minder afhankelijk worden van fossiele brandstoffen. Een energiesysteem waarbij grootschalige, centrale opwekking efficiënt gecombineerd wordt met decentrale, kleinschaliger opwekking. Een belangrijke uitdaging daarbij is dat bij decentrale opwekking, uit bijvoorbeeld wind en zon, er sprake is van een fluctuerend aanbod van energie, dat niet altijd en overal precies past op de vraag. Hiervoor zijn, anders dan in het huidige systeem, technieken zoals decentrale aanbod sturing en opslag van energie nodig. 

Radicale verandering van ons energiesysteem 

In 2050 zal ons energiesysteem radicaal veranderd zijn. De gebouwde omgeving zal een belangrijke katalysator zijn naar die totale duurzame energievoorziening, omdat in de gebouwde omgeving veel energie wordt gebruikt én opgewekt en omdat daar grote kansen liggen om een voortrekkersrol te spelen. Aan de basis van de noodzakelijke innovatie ligt onderzoek naar energietechnologieën en materialen: nieuwe zonnecellen, solar fuels, membranen. Daarvoor is verder onderzoek naar nieuwe vormen van energieproductie, energieopslag en de benodigde real-time computing power nodig. 

Decentralisatie

Bij de decentralisering van energieopwekking spelen smartgrids en ICT een belangrijke rol want zij moeten vraag en aanbod lokaal op elkaar afstemmen. Bovendien kan ICT ook een belangrijke bijdrage leveren aan het verbeteren van de energiezuinigheid. Zuinige ICT systemen zijn dus belangrijk voor het reduceren van de totale maatschappelijke energiebehoefte. Maar met deze ICT en data-intensivering komen ook uitdagingen naar boven op het vlak van toename in energieverbruik van ICT, acceptatie, privacy en het eigendomsrecht van de grote hoeveelheid gegenereerde data: we moeten hier op zoek naar maatschappelijk verantwoorde innovaties. Bovendien moeten dit soort systemen uiterst betrouwbaar werken en bestand zijn tegen cyberaanvallen. 

Duurzame energieproductie op basis van zon en wind is lastig voorspelbaar en er ligt een uitdagende vernieuwingsopgave om op hoog geografisch detailniveau voor kleine tijdstappen een goede zon- en windvoorspelling te doen. Deze voorspelling moet (real-time) gaan dienen als input voor het optimaliseren van het netgebruik of het maximaliseren van de maatschappelijke waarde. 

Op het niveau van een woonwijk of zelfs een straat vindt integratie plaats: elektrische auto’s worden waarschijnlijk allereerst in bepaalde wijken of straten opgeladen en daar zullen dan ook op korte termijn de eerste problemen ontstaan ten aanzien van energie-opslag of netwerkcapaciteit. En op de langere termijn is de vraag hoe systemen als een ‘car-as -power-plant’ in een lokaal energiesysteem gaan opereren. Hiervoor is kennisontwikkeling nodig om dit technisch adequaat op te lossen. 

Een belangrijke slotvraag is hoe toekomstige decentrale energiesystemen een integraal deel van ons leven worden? Hoe gaan mensen om met deze nieuwe technologie, en hoe begrijpen en beïnvloeden we gebruikersgedrag op een ethisch verantwoorde manier? 

Smart Vehicles, Smart Traffic: Naar een nieuwe mobiliteit 

In ons kleine en drukke Nederland is vlot en veilig verkeer belangrijk. Daarin is nog veel te verbeteren. Nederlanders staan samen zo’n 43 miljoen uur per jaar in file, het equivalent van 26 duizend full-time banen. Het aantal verkeersdoden neemt af, maar het aantal ernstig gewonden neemt juist toe. Emissies door rijdend en stilstaand verkeer zorgen op veel plaatsen voor een slechte luchtkwaliteit. De toepassing van innovatieve technologie zal leiden tot ingrijpende veranderingen in het vervoer van mensen en goederen. Te denken valt aan systemen die de bestuurder helpen ongevallen te vermijden of systemen die leiden tot betere afwikkeling van verkeersstromen. 

Cooperative and autonomous mobility 

Onder de noemer cooperative and autonomous mobility is een reeks van nieuwe technologische ontwikkelingen ingezet, die de wegcapaciteit, verkeersveiligheid en het comfort zullen verhogen. Coöperatief rijden focust op mobiliteit waarin de weg, voertuigen en weggebruikers onderling informatie uitwisselen. Dit kan een bijdrage leveren aan het verhogen van de wegcapaciteit doordat voertuigen dezelfde snelheid aannemen en dichter op elkaar kunnen rijden in een ‘treintje’. Bij autonomous mobility of automatisch rijden gaat het om het steeds verder automatiseren van de beweging van voertuigen. Automatisch inparkeren en de automatische noodstop zijn bekende voorbeelden, evenals adaptive cruise control waarbij gebruik gemaakt wordt van sensoren om automatisch de snelheid en volgafstand van een voertuig te regelen. 

Communicatie: Al in 2030 zal de verkeersinfrastructuur van Nederland er anders uitzien: onze auto’s en vrachtwagens communiceren met elkaar en met de wegkant, plannen efficiënt onze reis, houden het overzicht, voeren moeilijke manoeuvres uit, behoeden ons voor ongelukken en zorgen samen voor minder files en uitstoot. De matrixborden zijn niet meer nodig: het aantal files zal lager zijn en de bestuurder krijgt de informatie rechtstreeks in de auto. Stuur en gaspedaal kunnen worden losgelaten als de auto zich aansluit in een treintje van auto’s die dezelfde route volgen. Betrouwbaar, schoon, veilig en efficiënt: het mobiliteitssysteem in 2030. 

Living lab: Om daar te komen zijn al flinke stappen gezet: het technologisch onderzoek heeft al veelbelovende concepten in ontwikkeling en Nederland heeft zich opgeworpen als living lab voor coöperatief rijden. Maar er zijn nog veel stappen te zetten. Allereerst in het onderzoek zelf: sensortechnologie, communicatiemechanismen, big data, algoritmes voor verkeersmanagement en interactie tussen mechanica en datastromen. Kortom: de beheersing van de complexiteit van datastromen, de vertaling daarvan in de aansturing van het voertuig en het bieden van een goed werkend mobiliteitssysteem op het niveau van het voertuig, groepen van voertuigen en het systeem als geheel. 

Wet- en regelgeving: Daarnaast liggen er buiten de technologie nog vele urgente vragen, variërend van de noodzakelijke keuzes voor standaarden in de industrie en op te leggen regels voor communicatie tussen auto’s tot aan juridische kaders voor aansprakelijkheid en privacy. Worden deze zaken niet gerealiseerd, dan zullen de noodzakelijke investeringen in innovatie niet gedaan worden. 

Gedrag: De mens blijft centraal staan. Ook op dat vlak liggen nog vele fundamentele vragen. Hoe gaan we om met automatische “robotauto’s”? Zal het ons gedrag sterk beïnvloeden en onze kijk op mobiliteit doen veranderen? De gebruiker zal voor een belangrijk deel de innovatie aansturen. Ook daarom is het nodig om de burger en maatschappelijke organisaties in deze ontwikkelingen te betrekken. 

Leefbaarheid grote steden 

Sinds enkele jaren wonen er wereldwijd meer mensen in een stad dan op het platteland en dat percentage groeit nog steeds. Elke week komen er acht miljoen stadsbewoners bij. Naar verwachting zal in 2050 driekwart van de wereldbevolking (bijna 7 van de 9 miljard mensen) in een stad wonen. Voor Nederland is dat nu al meer dan 80 procent. 

De uitdaging is hoe de leefbaarheid van groeiende steden te bevorderen in het licht van grote maatschappelijke veranderingen, zoals urbanisatie en vergrijzing, fysieke veranderingen zoals klimaatverandering en bodemdaling en van de technologische vernieuwingen die zich aandienen op gebieden als energievoorziening, mobiliteit, sociale media en ‘big data’. 

Goed functionerend ecosysteem

Nederland is vanaf de vroege Middeleeuwen een land van steden. Omdat een uitgebreid ambtelijk apparaat ontbrak, was het stadsbestuur aangewezen op samenwerking met lokale instellingen en burgers. De stad van de toekomst is een goed functionerend ecosysteem dat flexibel inspeelt op demografische veranderingen, klimatologische veranderingen en technologische ontwikkelingen. De stad van de toekomst is ook broedplaats voor kennisontwikkeling en innovatie. Een economische motor die ruimte biedt aan interactie tussen onderzoek en toepassing, tussen oude en nieuwe bedrijvigheid en die efficiënt omgaat met energie, grondstoffen en ruimte. De stad van de toekomst is niet in de laatste plaats ook een gemeenschap van mensen die actief betrokken zijn bij hun fysieke en sociale leefomgeving en daar ook zelf vorm aan geven. Om die visie te realiseren zijn volgende onderzoeksvragen van belang: 

Optimaliseren: Het goed in kaart brengen van de energie- en stofstromen in de stad. Wat gaat erin aan energie, (regen)water en voedsel en wat komt er uit aan producten en afval. Daarbij kan het concept van de ‘smart city’ goede diensten bewijzen. De stad raakt steeds meer bedekt met een laag van sensoren en netwerken, die het mogelijk maakt om de dynamiek real time in kaart te brengen. 

Big Data: Hoe kan je op basis van ‘big data’ problemen aan gaan pakken, zoals lokale wateroverlast, verkeerscongestie, en nieuwe initiatieven kunt ontplooien, zoals de aanleg van veilige fiets- en voetpaden, ontwikkeling van stadslandbouw, hergebruik van leegstaande kantoren en fabriekspanden en de ontwikkeling van ‘smart industries’, die gekoppeld in een virtueel netwerk energie en materiaal uitwisselen en kringlopen sluiten. 

Wie? Is het de overheid die big data gebruikt om een eigen beleid uit te voeren? Of krijgen burgers de beschikking over die data en daarmee ook de zeggenschap over de inrichting van hun eigen leefomgeving en voorzieningenniveau. Een belangrijk aspect is hoe dat te realiseren zonder dat daardoor de betrouwbaarheid van voorzieningen zoals de energielevering in het geding komt. 

Kwetsbare groepen: Worden er, en zo ja welke groepen uitgesloten (ouderen, immigranten, armen) en hoe dat is te voorkomen. De manier waarop smart cities sociaal gestalte krijgen is sterk afhankelijk van de vraag hoe en door wie de gegevens worden gebruikt. 

De stad vraagt als economische motor ook om een flexibele fysieke infrastructuur en om ontmoetingsplaatsen die zich voor meerdere doeleinden laten gebruiken, variërend van werk- en vergaderplekken tot bedrijvenparken voor open innovatie. 

Integraal Waterbeheer 

Waterovervloed en watertekort: Wateroverlast en droogte vormen een voorproefje van de veranderingen die ons te wachten staan als gevolg van klimaatverandering en veranderend landgebruik. Naast wateroverlast kampen grote delen van de wereld ook met een groeiend tekort aan water. De groei van bevolking en welvaart leidt tot veel meer waterverbruik, waarbij vooral de landbouwproductie een grote rol speelt, terwijl het thuisgebruik (toilet, douche, keuken) daar maar een fractie van vormt. Tegelijkertijd neemt de beschikbaarheid van water in grote delen van de wereld af, onder andere door ontbossing en erosie. 

Integrale aanpak: Rekening houdend met alle verschillende aspecten, moeten de verschillende delen van het watersysteem als een geheel worden gedefinieerd en gemodelleerd (inclusief econmische en ecologische waarden). In de jaren tachtig, toen het begrip integraal waterbeheer (Integrated Water Resource Management) opkwam, was dat nog niet mogelijk, maar met de opkomst van Big Data en technieken om daar relevante informatie uit te halen, komt een integraal model voor de waterhuishouding binnen bereik. 

Proeftuin: Nederland zelf ontwikkelt zich steeds meer tot een proeftuin waar geëxperimenteerd wordt met integraal waterbeheer en de technische en bestuurlijke innovaties die daarbij horen. Een voorbeeld is de Zandmotor, een kunstmatige zandplaat voor de kust van Den Haag, waarvan het zand geleidelijk wordt afgevoerd en door stroming ter plekke op de vooroever wordt gedeponeerd. 

Gestructureerd aanpakken concurrerende claims op water 

Het realiseren van werkelijk integraal waterbeheer vraagt nog veel onderzoek. Voor korte termijn (<10 dagen) operationeel integraal waterbeheer zijn nodig: 

  • Verbeterde observatiemethodes in de vorm van sensornetwerken, satellietwaarnemingen, en participatieve observaties; 
  • Geïntegreerde computermodellen die de wisselwerkingen tussen verschillende onderdelen van het watersysteem simuleren; 
  • Snellere rekenmethodes, hardware en software, om in real-time hoog complexe optimalisaties uit te voeren; 
  • Efficiënte bestuurskundige en participatieve methodes om doelfuncties vast te stellen. 

Voor middellange termijn (weken-seizoen) operationeel integraal waterbeheer zijn alle zaken nodig die voor de korte termijn nodig zijn, plus:

  • Middellange termijn weersvoorspellingen gebaseerd; 
  • Geïntegreerde stroomgebiedsmodellen op (sub-)continentale schaal. 

Voor lange termijn planningsdoeleinden zijn nodig: 

  • Geïntegreerde stroomgebiedsmodellen, van lokale tot (sub-)continentale schaal; 
  • Beter inzicht in klimaatveranderingen, demografische impacts, en andere lange termijn veranderingen;
  • Interactieve systemen ter ondersteuning van besluiten; 
  • Bestuurskundige innovaties die snelle iteraties tussen politieke wensen en technische mogelijkheden mogelijk maken. 

De kennis is zoals gezegd, niet alleen relevant voor Nederlandse stroomgebieden, maar ook voor het oplossen van lokale waterproblemen in miljoenen andere stroomgebieden in de wereld, omdat het concept van integraal waterbeheer het een handvat biedt voor het omgaan met concurrerende claims op water.

 


Schrijf je in voor onze nieuwsbrief
«

ScienceGuide is bij wet verplicht je toestemming te vragen voor het gebruik van cookies.

Lees hier over ons cookiebeleid en klik op OK om akkoord te gaan

OK