Master Plan 3 van Elon Musk is de logische opvolger van master plan 2 en master plan 1 en bevat het plan om de hele wereld om te schakelen naar duurzame energie gedurende de volgende 20 jaar.

Ik ben een redelijk grote fan van Tesla en Elon Musk en ook redelijk gefascineerd door zijn masterplannen waarvan deel 3 op 1 maart 2023 werd voorgesteld. Hoewel ik vind dat ze het al op een redelijk eenvoudige manier uitleggen, heb ik in dit artikel geprobeerd om het nog wat meer samen te vatten en te vereenvoudigen, zodat het toegankelijk wordt voor iedereen die interesse heeft.

Master Plan 1 dateert uit de beginjaren van Tesla, meerbepaald 2006, en is eigenlijk het plan om Tesla op de kaart te zetten in de automobielindustrie en de introductie van de elektrische auto een stevige duw in de rug te geven. Samengevat komt het op het volgende neer:

  1. Bouw een elektrische sportauto (Tesla Roadster)
  2. Gebruik het geld daarvan om een betaalbare elektrische auto te bouwen (Tesla Model S en nadien Model X)
  3. Gebruik dat geld om een nog betaalbaarder elektrische auto te bouwen (Tesla Model 3 en nadien Model Y)
  4. Terwijl we bovenstaande doen, ook opties bieden voor de emissievrije opwekking van elektriciteit (zonnepanelen via SolarCity)

Het is niet zo voor de hand liggend dat bedrijven dergelijke plannen delen met de wereld, maar twee redenen die Elon had om dat toch te doen zijn de volgende:

  • Enerzijds aan te geven dat Tesla niet alleen maar auto’s wilde bouwen voor rijke mensen, maar dat dit initieel noodzakelijk was om marge te beginnen maken om nadien minder dure voertuigen te ontwikkelen en de productie ervan op te schalen.
  • Anderzijds om alles wat Tesla zal gaan doen beter te kaderen en aan te geven dat de acties passen in een groter geheel (zodat ze niet willekeurig zouden lijken) om de transitie naar duurzame energie te versnellen.

In 2016, 10 jaar na de introductie van het eerste master plan en een moment waarop er al redelijk wat was gerealiseerd van dat eerste plan, werd het vervolg bekend gemaakt, Master Plan Part Deux. Dat tweede plan gaat over het volgende:

  1. Bouw geweldige zonnedaken (met zonnepannen, dus dakpannen met ingebouwde zonnepanelen) en combineer dit met geïntegreerde batterij-opslag (Solar roof en PowerWall)
  2. Breid de productlijn elektrische voertuigen uit naar alle belangrijke segmenten (Semi, Cybertruck, het compactere model, nieuwe Roadster)
  3. Ontwikkel een zelfrijdende capaciteit die 10x veiliger is dan handmatig rijden door massaal leren van de vloot (Autopilot FSD)
  4. Maak het mogelijk dat jouw auto geld voor jou verdient, als je hem zelf niet nodig hebt, door jouw auto te delen (RoboTaxi)

Ook aan dat plan wordt momenteel keihard gewerkt en stap voor stap voortgang geboekt.

Eerder dit jaar, meer bepaald op 1 maart 2023, werd Master Plan 3 uit de doeken gedaan op Investor Day en dat bleek iets helemaal anders te zijn dan de vorige twee plannen. De eerste twee plannen hadden vooral betrekking op Tesla en hoe Tesla de missie om de transitie naar duurzame energie te versnellen, ging realiseren. Master Plan 3 is van een andere schaal en legt een plan voor hoe iedereen op aarde kan genieten van een volledig duurzame toekomst op vlak van energie.

Met andere woorden, een stappenplan die wij kunnen ondernemen om de volledige aarde op een duurzame manier van energie te voorzien en dus komaf te maken met fossiele brandstoffen. Dat lijkt een zeer ambitieus plan en dat is het ook, maar het wordt ook onderbouwd met cijfers die aantonen dat het nu al haalbaar is en dat het geen verre toekomstmuziek hoeft te zijn.

De logica die in het plan zit, kan als volgt worden samengevat:

  1. Bereken de totale jaarlijkse vraag naar elektriciteit van de hele wereld
  2. Definieer een portfolio waarmee duurzame elektriciteit kan worden opgewekt en opgeslagen om aan deze totale vraag te voldoen
  3. Bepaal welke en hoeveel materialen en investeringen er nodig zijn om deze portfolio, om duurzame elektriciteit op te wekken en op te slaan, te realiseren 

Het antwoord op deze vragen wordt nog verder uitgewerkt in dit artikel, maar ik kan alvast verklappen dat dit plan technisch haalbaar is en er zelfs minder investeringen en minder grondstoffen voor nodig zijn dan hetgeen we nu nodig hebben om door te gaan met onze huidige, niet-duurzame economie op vlak van energie. 

Eerdere studies hebben ook al gelijkaardige conclusies getrokken, maar deze studie wil vooral de uitvoering van het plan in alle betrokken sectoren over de hele wereld een duw in de rug geven en versnellen. Het uitgangspunt  van het plan is dat onze huidige economie op vlak van energie vooral heel erg verspillend is. 

Om te beginnen wil ik enkele eenheden verduidelijken want het is noodzakelijk dat je het verschil kent tussen vermogen, uitgedrukt in W (Watt) of kW (KiloWatt), en verbruik, uitgedrukt in Wh (WattUur) of kWh (KiloWattUur). 

1 kWh betekent een verbruik aan elektriciteit aan een vermogen van 1000 Watt gedurende 1 uur. Of een verbruik aan een vermogen van 2000 Watt gedurende 30 minuten of een verbruik van 250 Watt gedurende 4 uur. Verbruik is het product van een vermogen van een apparaat met de tijdsduur (uitgedrukt in uur) dat het wordt gebruikt.

Nog een voorbeeld, als je een half uur strijkt en je strijkbout verbruikt non-stop (wat natuurlijk niet het geval is) 2000 W of 2 kW, dan zal je elektriciteitsmeter met 2 kW * 0,5u = 1 kWh toenemen.

  • 10 kWh is het jaarlijks gemiddelde verbruik van een standaard gezin per dag. Dat is afgerond ongeveer 3500 kWh per jaar of 3,5 MWh per jaar. (MegaWattUur)
  • 1000 MWh is gelijk aan 1 GWh (GigaWattUur) —> 3,5 GWh staat voor het jaarverbruik van 1.000 gezinnen
  • 1000 GWh is gelijk aan 1 TWh (TeraWattUur) —> 3,5 TWh staat voor het jaarverbruik van 1 miljoen gezinnen
  • 1000 TWh is gelijk aan 1 PWh (PetaWatUur) —> 3,5 PWh staat voor het jaarverbruik van 1 miljard gezinnen

Nu heb je een idee van hoeveel 1 PWh aan elektriciteit ongeveer bedraagt qua grootte orde, want dat gaan we nog nodig hebben.

Wereldwijd wekken wij op aarde momenteel 165,2 PWh aan elektriciteit per jaar op. Omgerekend is dat dus het jaarverbruik van 47 miljard gezinnen (165,2 PWh / 3,5 PWh).

Totale jaarlijkse vraag naar elektriciteit

Deze 165,2 PWh elektriciteit wordt opgewekt door enerzijds fossiele brandstoffen (133,7 PWh) en anderzijds hernieuwbare energie en biomassa (31,5 PWh). Op deze opgewekte energie gebeuren heel wat bewerkingen/omzettingen voordat deze wordt gebruikt in één van de vier verschillende sectoren (industrie, transport, residentieel en commercieel). 

Deze vier sectoren gebruiken slechts 59,5 PWh op nuttige wijze voor activiteiten en verwarming. Dat betekent dus ook dat 105,7 PWh niet zinvol wordt gebruikt en dat 64% van de energie die we opwekken gewoon verloren gaat. We verbruiken dus slechts 36% van deze opgewekte energie op een nuttige manier, laat dat even doordringen…

Een voor de hand voorbeeld uit onderstaande figuur waar je ziet dat driekwart van de verbruikte energie verloren gaat, is transport. Een benzine- of dieselmotor is eigenlijk zeer inefficiënt met de energie die is opgeslagen in de gebruikte brandstof en zet daarvan slechts 20-30% om in effectieve beweging, terwijl de rest verloren gaat in warmte. Bij een elektrisch voertuig ligt dat percentage tussen 70 en 80%, veel hoger dus.

Heel kort door de bocht wil dat zeggen dat als we 1/3 van de energie die we nu opwekken op een duurzame manier zouden opwekken zonder enige verliezen (dat is natuurlijk hypothetisch), dat we de volledige aarde van elektriciteit kunnen voorzien.

Om de meeste verliezen uit deze vergelijking te elimineren moeten we enerzijds alles wat te maken heeft met mijnbouw, raffinage en verbranding van fossiele brandstof stoppen, anderzijds moeten we alle verliezen die te maken hebben met niet-elektrisch eindgebruik ook elimineren, want die zijn erg inefficiënt.

De volgende 6 stappen geven de acties aan die we moeten ondernemen om de economie volledig te elektrificeren en het gebruik en de afhankelijkheid van fossiele brandstof volledig te stoppen. Op de volgende afbeelding staan 5 van deze 6 stappen afgebeeld.

  1. Het bestaande elektriciteitsnet voorzien van hernieuwbare energie.

Momenteel wordt er 65 PWh aan primaire energie per jaar, waaronder 46 PWh uit fossiele brandstoffen, gebruikt om 26 PWh aan elektriciteit per jaar te genereren. Als we alleen duurzame energie zouden opwekken, is er slechts 26 PWh per jaar vereist.

  1. Omschakeling naar elektrische voertuigen

Elektrische voertuigen zijn 4 keer efficiënter dan voertuigen met verbrandingsmotoren door de efficiëntere aandrijving, regeneratief remmen en het geoptimaliseerd platform. Dit geldt zowel voor personenvoertuigen, bestelwagens en vrachtwagens.

Een ander belangrijk punt is zelfrijdende voertuigen, want hoe meer voertuigen alleen kunnen rijden, hoe minder voertuigen we nodig hebben. Want een auto staat 95% van de tijd toch gewoon stil. 

Wereldwijd wordt er momenteel 28 PWh verbruikt voor transport (exclusief transport via de lucht of de oceaan) en als dat geëlektrificeerd wordt, hebben we aan 7 PWh voldoende om datzelfde met elektrische voertuigen te verwezenlijken.

  1. Omschakeling naar warmtepompen in huizen, commerciële bedrijven en de industrie

Warmtepompen verplaatsen warmte door compressie en expansie van een koelmiddel en dat kan gebruikt worden als verwarming, om water op te warmen en als droogkasten in huizen, bedrijven en in processen in de industrie. Warmtepompen zijn ongeveer 3 keer efficiënter dan gasboilers.

In de residentiële en commerciële sector zou 18 PWh per jaar aan fossiele energie vervangen kunnen worden door 6 PWh aan elektrische duurzame energie als er warmtepompen zouden worden gebruikt in plaats van gasboilers.

In de industriële sectie zijn er ook vele processen die kunnen profiteren van efficiëntievoordelen door warmtepompen. Het zijn de processen waarbij temperaturen lager dan 200°C vereist zijn. Deze kunnen 2,2 keer efficiënter worden door gebruik van warmtepompen. De 12 PWh die hiervoor aan fossiele brandstof wordt gebruikt, kan vervangen worden door 5 PWh aan duurzaam opgewekte elektriciteit.

  1. Elektrificeren van processen met hoge temperatuur en productie van waterstof

Industriële processen die temperaturen van meer dan 200°C vereisen verbruiken ongeveer 9 PWh per uur aan fossiele brandstoffen. Het elektrificeren is niet altijd mogelijk en dan kan het verbranden van waterstof een milieuvriendelijke oplossing bieden, tenminste als het groene waterstof is. Dit levert eigenlijk niet veel vermindering van energie op want het zou eveneens 9 PWh aan hernieuwbare energie vereisen, maar we elimineren wel de fossiele brandstoffen.

De duurzame productie van waterstof die nodig is in verschillende industriële processen kan ook lichtjes efficiënter en 8 PWh aan fossiele energie kan vervangen worden door 7 PWh aan duurzame elektrische energie.

  1. Duurzame brandstof voor vliegtuigen en schepen

Door de elektrificatie van transport op korte afstanden en het optimaliseren van transport op lange afstand met synthetische brandstoffen kan het wereldwijde jaarlijkse verbruik van 7 PWh aan fossiele brandstoffen vervangen worden door 7 PWh aan duurzaam opgewekte elektriciteit.

  1. Productie van de duurzame energie-economie

Er is ook extra elektriciteit nodig om de economie te bouwen om duurzame energie op te wekken. We denken hier aan zonnepanelen, windturbines en batterijen. Berekeningen tonen aan dat we hier ongeveer 4 PWh per jaar voor moeten rekenen.

Met deze 6 stappen kunnen we een wereldwijde vraag naar elektriciteit creëren zodat we geen nood meer hebben aan fossiele brandstoffen en dat ziet er als volgt uit. Van ongeveer 114 PWh aan duurzaam opgewekte energie, kunnen we 73 PWh op een zinvolle manier inzetten, dat is een percentage efficiëntie van 64% tov 36% in het vorige schema met fossiele brandstoffen. 



Let wel, ik ben niet in staat om alle cijfers te reconciliëren. Enerzijds heb ik daar niet voldoende tijd in gestoken en anderzijds denk ik dat we met dit rapport niet over alle gegevens beschikken om dit te doen. Maar ik ben er wel van overtuigd dat alle cijfers verklaard kunnen worden en dat het een sluitend verhaal is van de manier waarop de toekomst er kan uit zien.

Portfolio om duurzame elektriciteit op te wekken en op te slaan

Tot hier hebben we stap 1 besproken, hoeveel duurzame energie is er nodig om onze aarde één volledig jaar te laten draaien. Stap 2 is ervoor zorgen dat we die energie enerzijds kunnen opwekken en anderzijds kunnen leveren op de momenten dat ze nodig is. 

Een eerste item hierin is dat we op een betrouwbare manier elektriciteit moeten kunnen opwekken en dit met een overaanbod aan zonne-energie en windenergie. Op die manier kan er ook op de donkere en/of windstille dagen voldoende energie worden opgewekt. Het nadeel hiervan is dat op de echt zonnige en/of winderige dagen er een overaanbod aan energie zal zijn. Op die momenten zal ‘curtailment’ worden toegepast en dat betekent eigenlijk dat we het opwekken van energie tijdelijk gaan stoppen wanneer:

  • De energie-opwekking hoger is dan de vraag naar energie
  • De opslagcapaciteit vol zit
  • Er onvoldoende transmissiecapaciteit is op het net om de energie te transporteren

Een aantal complexe berekeningen heeft aangetoond dat een curtailment van 32% een optimaal punt is. Dat wil zeggen dat 32% van de opgewekte energie op de piekmomenten niet wordt gebruikt, maar dat heeft als positief element dat er voldoende energie opgewekt kan worden om ook de donkere periode en/of windstille periodes door te komen, natuurlijk in combinatie met verschillende types opslag.

En dat brengt ons naar het tweede item van stap 2 in dit verhaal. Met een batterij kan je probleemloos de overtollige energie van overdag opslaan om tijdens de nacht te gebruiken, dat is niets nieuws. De grotere uitdaging zit in het feit om tijdens de zonnige en/of winderige dagen voldoende energie te kunnen opslaan om deze maanden later op de druilerige en/of windstille momenten te kunnen gebruiken, dus eigenlijk opslag tussen verschillende seizoenen.

De verschillende types opslag die worden besproken en vereist zijn in dit plan zijn de volgende:

  • Opslag van energie in batterijen (stationaire batterijen en ook die van elektrische auto’s)
  • Opslag van energie in waterstof
  • Thermische opslag van energie (Thermische opslagmedia opwarmen met overtollige warmte en deze thermische media gebruiken om iets anders op te warmen op een later tijdstip)
  • Opslag van energie in seizoensgebonden waterkracht

Al deze types opslag hebben hun eigen installatiekost, de kost om het draaiende te houden en hun levensduur. In dit master plan is voor ieder van de types opslag een bepaalde capaciteit uitgewerkt die vereist is om dit plan mogelijk te maken.

Daarnaast is er natuurlijk ook een ideale mix gedefinieerd om duurzame energie op te wekken, inclusief van toepassing zijnde beperkingen, en die mix bestaat uit

  • Onshore wind
  • Offshore wind
  • Zonne-energie
  • Nucleaire energie
  • Waterkrachtenergie
  • Nucleaire energie
  • Geothermische energie

Welke middelen en investeringen zijn er vereist?

Nu hebben we berekend hoeveel duurzame energie we nodig hebben, en op welke manier we deze kunnen opwekken en op het juiste moment leveren. Nu resteert er nog de laatste stap en dat is de investering die vereist is om stap 2 waar te kunnen maken. Dat omvat het bouwen van al deze installaties, het ontginnen van grondstoffen zoals nikkel, lithium, grafiet en koper alsook het raffineren van heel wat ontgonnen en gerecyclede grondstoffen. Daarenboven wordt er rekening gehouden met een procentuele onderhoudskost.

Het masterplan bevat een enorm gedetailleerde berekening van hoeveel beton, staal, glas, plastic, koper, ijzer, zink, … er precies nodig is dit alles te realiseren. Initieel gaan er ook nog heel wat grondstoffen ontgonnen moeten worden, maar van zodra de recycling van batterijen steeds beter en beter wordt, gaat de focus van het ontginnen van grondstoffen langzaam over naar het hergebruik van grondstoffen. 

Voor het duurzame scenario wordt die totale kost geraamd op 10 biljoen USD gerekend over de komende 20 jaar. Voor alle duidelijkheid, één biljoen USD komt overeen met het Engelse Trillion en betekent 1.000 miljard USD of 1.000.000 miljoen USD, heel veel geld dus…

Deze grote getallen zeggen misschien niet zoveel en daarom zal ik ze even kaderen. Als je het Bruto Nationaal Product neemt van alle landen ter wereld in 2022 komt dat neer op 112 biljoen USD. Het BNP van Nederland in 2022 bedroeg 1,1 biljoen USD. Dus een investering van 10 biljoen USD is helemaal geen onhaalbaar hoog bedrag over een periode van 20 jaar. 

Als we de huidige investeringen in fossiele brandstoffen (olie, kolen en aardgas) van 2022 nemen en die projecteren over de volgende 20 jaar komen we uit op een totaal van 14 biljoen USD.

Je leest het goed, het is significant goedkoper om de weg in te slaan om duurzame energie op te wekken en opslag te voorzien, dan te blijven vasthouden aan de inefficiëntie van fossiele brandstoffen. Gekoppeld aan het feit dat er qua grondstoffen en beschikbaar landoppervlak ook geen probleem is, is dit een concreet plan over wat we de komende 20 jaar dienen te realiseren om volledig los te komen van fossiele brandstoffen.

Samengevat komt dit masterplan 3 dus op bovenstaande neer. 

Met 240 TWh aan extra opslag en 30 TW aan extra hernieuwbare energie voorzien en die kosten worden geraamd op 10 biljoen USD gedurende de komende 20 jaar. Als we dat kunnen realiseren hoeven we door een veel hogere efficiëntie slechts de helft van de energie te gaan opwekken van wat we nu doen. En op vlak van grondstoffen, landoppervlak en budgetten, is het een haalbaar plan.

Wil je het plan zelf nog eens graag nalezen of de bijna 4 uur durende presentatie bekijken, dan kan dat met de volgende links:

Link naar het whitepaper van Master Plan 3

Link naar de Youtube-video van Investor Day

Door Dimitri V.