De eerste zonnecentrale in de geschiedenis werd gebouwd door Frank Shuman. Hij wilde de wereld bevrijden van fossiele brandstoffen. Hij was zijn tijd ver vooruit – maar hij werd ingehaald door de Eerste Wereldoorlog.
Goedkoper en beter
Op een schroeiend hete dag in 1913 opende uitvinder Frank Shuman in Egypte de kleppen van een geheel nieuw systeem. De installatie bestond uit lange rijen parabolische spiegels gemaakt van glas en staal, en bedoeld om zonne-energie op te wekken. Toen Shuman het systeem inschakelde begon een enorme stoommachine luid te sissen. Hij spoot water over het land, met grote kracht: meer dan 22.000 liter water per minuut, geheel op zonne-energie.
Shuman wilde de wereld overtuigen van zonne-energie; dat deze goedkoper en beter was dan steenkool of olie. Slechts 1% van de energie op de Sahara zou de hele wereld kunnen voorzien van energie. Zijn uitvinding was fantastisch – maar deze werd helaas ingehaald door de Eerste Wereldoorlog, en de ontdekking van goedkope olievoorraden. Daarna zou het nog enkele tientallen jaren duren voordat de mensheid weer op hetzelfde punt terecht zou komen.
Maak gebruik van het broeikaseffect
Frank Shuman was uitvinder. Hij vond onder meer gewapend glas uit, dat onder meer voorkwam dat lichtkoepels zouden barsten. Zijn fabriek voorzag de hele Verenigde Staten van versterkt glas, en daardoor werd hij financieel onafhankelijk. Daardoor kon hij zijn geest op andere onderwerpen richten.
Destijds was steenkool de belangrijkste energiebron. Deze werd onder meer gebruikt om stoommachines aan te drijven. Het leidde tot een enorm verbruik van rond 200 miljoen ton steenkool per jaar. Maar het leidde ook tot veel milieuschade. Daarom keek Shuman naar zonne-energie. Zijn belangstelling voor het onderwerp werd onder meer gewekt door het vermogen van glas om warmte op te slaan, als in een kas. Want zonlicht passeert ongehinderd glas. Zonnestraling gaat door glas heen, maar de warmtestraling opgewekt door het verwarmde oppervlak gaat er niet doorheen. Daardoor is het in de kas warmer dan daar buiten.
Shuman wilde dit principe gebruiken om zonlicht te ‘vangen’. In zijn tuin probeerde hij zonne-energie op een machine over te brengen. Hij gebruikte geen water maar ether, een vloeistof met een veel lager kookpunt dan water. Hij verbond zijn boiler met de speelgoedmachine van zijn zoon, die meteen begon te bewegen. Daarmee bewees hij dat het erg eenvoudig was, zonlicht om te zetten in bewegingsenergie.
Zonnecentrale moet goedkoop zijn
In de volgende grotere installatie liepen pijpen door ‘warmtedozen’ van 100 m2, waarin water werd verwarmd. Hiermee kon hij een 4 pk stoommachine aandrijven. Trots nodigde Shuman mensen uit om te komen kijken naar zijn uitvinding. Hij verbeterde deze verder met betere boilers, een extra glaslaag en spiegels die het water tot wel 120oC opwarmden. Hiermee kon hij een verbeterde stoommachine van 25 pk aandrijven.
Maar hij wist dat investeerders niet alleen zouden worden aangetrokken door idealisme. De zonne-installatie zou efficiënt en goedkoop moeten zijn. Goedkoper dan een systeem op steenkool. Maar om op dat punt te komen had hij veel zonneschijn nodig – meer zonneschijn dan hij ter beschikking kon hebben in de VS. Daarom vertrok hij in 1911 naar Egypte, een van de meest zonnige plekken ter wereld.
De woestijn zou bloeien
Hij had geluk. In hetzelfde jaar werd de Britse maarschalk lord Kitchener benoemd tot consul van Egypte, dat vanaf 1882 onder Brits bestuur had gestaan. Kitchener wilde de economie van het land verbeteren. Daartoe moest hij het land irrigeren. De Britten hadden dit met conventionele stoommachines geprobeerd – maar Egypte had geen eigen steenkool. Deze moest worden ingevoerd uit Wales. Een zonne-installatie was veel goedkoper.
Shuman maakte een afspraak met Kitchener, die meteen kansen zag in irrigatie met behulp van zonlicht. In 1912 begon Shuman met de bouw van een zonnecentrale in Maadi, net ten zuiden van Caïro. Hij ving het zonlicht in kisten. Maar de natuurkundige Charles Boys, door investeerders gevraagd om het project te beoordelen, raadde het gebruik van parabolische spiegels aan. Dit maakte het project een stuk duurder – en daarom moest het project kleiner worden. Van de geplande 1000 pk bleef nog 85 pk over. In juni 1913 was de iets meer dan 1200 m2 grote installatie eindelijk klaar.
Draaibaar
De parabolische spiegels concentreerden de zonnestralen op de ketel in het midden van de reflecterende ‘trog’. Elke trog was 62,5 meter lang en draaibaar, zodat hij gedurende de hele dag de zon kon volgen. De zon verwarmde het water in de ketels. Die waren van zwartgeblakerd gietijzer en ingesloten door glas. Net als in een broeikas hield het glas de warmte vast. Vanuit de ketels ging de waterdamp naar een stoommachine die 50-60 pk produceerde. De stoommachine was aangesloten op een dynamo die genoeg elektriciteit opwekte om een pomp met een capaciteit van 22.712 liter per minuut aan te drijven. In een condensator werd de stoom uit de stoommachine weer omgezet in water. Dat ging terug naar de installatie, waar het weer door de zon werd verwarmd.
Lord Kitchener was bij de opening. Toen hij zag dat de installatie in een uur tijd meer dan 400.000 liter water over de velden pompte, bood hij Shuman aan om meer installaties te financieren. De zonnecentrale kon ruimschoots concurreren met een door steenkool aangedreven installatie. ‘Zonne-energie is nu geen “interessante mogelijkheid” meer, maar een realiteit,’ schreef Shuman in 1914. Hij berekende dat een zonnecentrale in de Sahara van 51.800 km2 genoeg energie kon produceren voor de hele wereld.
In de vergetelheid
Maar de Eerste Wereldoorlog stak een stokje voor dit plan. Shuman werd naar huis gestuurd en de centrale in Maadi werd verlaten. In datzelfde jaar zette Groot-Brittannië vol in op olievelden die in Perzië waren ontdekt. Die keuze betekende het einde van het zonne-avontuur van Shuman. De Britten verloren hun interesse. En tot overmaat van ramp overleed Shuman in 1918, 56 jaar oud. Het duurde nog vele tientallen jaren voordat zijn project kon worden voortgezet. Maar we weten nu: de toekomst van de energievoorziening van de Aarde is aan de zon.
Interessant? Lees dan ook:
Zonne-energie: revolutionaire ontwikkelingen
Waarom groeit duurzame energie snel?
Naar een duurzaam elektriciteitsnet