‘Energietransitie kan goedkoper door het slim te regelen’

Ingenieur van het jaar Jacquelien Scherpen denkt na over hoe je regelsystemen vereenvoudigt, ook als die toenemen in complexiteit. Met maatschappij- en gedragswetenschappers ontwikkelt ze opiniedynamica waarmee ze fysieke systemen aan menselijk gedrag koppelt.

René Raaijmakers

Haar overzichtspagina op de website van de Rijksuniversiteit Groningen toont een indrukwekkende lijst nevenfuncties. Hoe ze dat allemaal bolwerkt? Na een paar keer aandringen: ‘Ik werk veel, ik vind het leuk.’ Ze zegt dat ze snel kan schakelen. ‘Het ene uur praat ik met een onderzoeker, het volgende gesprek kan ineens weer over beleid gaan. En daarna ga ik weer de diepte in.’

Jacquelien Scherpen werd begin dit jaar door ingenieursvereniging Kivi uitgeroepen tot ‘ingenieur van het jaar’. Ingenieur, zo voelt de wetenschapper zich ook. ‘Technisch onderzoeker, ingenieurswetenschapper.’ Op de vraag of ze zich ook systeemdenker voelt, zegt ze volmondig ‘ja’.

Scherpens nevenactiviteiten laten zien dat ze haar kennis graag inzet voor de maatschappij. Ze is onder meer captain of science van de topsector High Tech Systems and Materials en directeur van het Groningen Engineering Center, een samenwerkingsverband van engineering disciplines op de RUG. Dat centrum is weer gelinkt met het Groningen Science & Engineering Business Center, een samenwerking met de bedrijvenclusters in het Noorden. Scherpen praat over hightech onderwerpen vooral met het Innovatiecluster Drachten.

Ondernemende universiteit

Scherpen is een van de drijvende krachten achter een Groningse inhaalslag als het gaat om samenwerken met het bedrijfsleven. De Universiteit Twente is daar de oostelijke tegenstrever. Dat bolwerk manifesteerde zich al in de jaren tachtig van de vorige eeuw onder aanmoediging van rector Harry van den Kroonenberg als ‘ondernemende universiteit’.

Scherpen: ‘In het verleden was de RUG misschien toch meer een bastion. De noordelijke regio heeft er even aan moeten wennen om ook wetenschappelijk afgestudeerden aan te nemen en om projecten te doen met ons. Men vond het moeilijk om bij ons binnen te komen. Die verbinding is er nu wel. Het is tweezijdig. We willen onze studenten ook laten zien dat er hier allerlei leuke dingen gebeuren in de omgeving. We hebben hier niet zoiets grootschaligs als ASML, maar bij Philips Drachten, Variass, BD Kiestra en Sparck (voorheen Neopost) zijn er interessante ontwikkelingen. Daar zitten nu ontzettend veel van onze afstudeerders en oud-promovendi.’

Op de Groningse Zernike-campus vestigden zich inmiddels bedrijven uit het cluster, zoals Demcon en TNO en het waterstofinnovatiecentrum van DNV.

Groningen op de kaart

De ingenieursprijs biedt Scherpen een kans om Groningen op de kaart te zetten als plaats waar je, al enkele decennia – naast de drie traditionele TU’s – ook ingenieurswetenschappen kunt studeren. ‘Dat je hier technisch diepgaand onderzoek kunt doen, maar dat je tegelijkertijd de maatschappelijke context leert zien. We staan tenslotte met z’n allen voor nogal wat uitdagingen. Techniek, in het bijzonder hightech, kan ons oplossingen bieden.’

Het Kivi noemt Scherpen ‘een rolmodel voor nieuwe generaties ingenieurs’. De hoogleraar: ’Het grootste potentieel technici zit op dit moment bij de vrouwen.’ Ze verwijst naar een recent rapport van McKinsey dat stelt dat vrouwen in staat zijn om de behoefte aan technici in Europa in te vullen. Zoals het nu gaat lopen we namelijk in 2027 tegen een tekort aan van 1,4 tot 3,9 miljoen mensen in de 27 landen van de EU. Het aandeel vrouwen in de Europese techniek is volgens het consultancybureau best te verdubbelen. Over vier jaar kan het aandeel vrouwen in de techniek al 45 procent zijn (tegen nu 22 procent). Dat is een kleine 4 miljoen extra vrouwen. De economie zou daar volgens McKinsey op vooruitgaan met een stijging van het bbp met 260 tot 600 miljard euro.

‘De Europese tech moet het vrouwelijk potentieel beter aanspreken. Dat wil ik graag onder de aandacht brengen.’ Het potentieel bij de mannen vindt ze overigens ook een ding. Zelf heeft ze twee zoons, beiden met technisch talent, maar de een heeft onvoldoende belangstelling. ‘De interesse moet er zijn. Je moet je thuis voelen.’

Ze stelt vast dat middelbare scholieren techniek niet altijd als ‘cool’ ervaren. ‘Vriendengroepen in de leeftijd rond de vijftien, zestien, de tijd waarop ze moeten kiezen, beïnvloeden elkaar heel sterk. Ik hoor ze dingen tegen elkaar zeggen als: jij bent veel te sociaal voor zo’n opleiding. Ik heb niet het totale overzicht, maar ik denk wel dat daar het een en ander moet gebeuren.’

Empathisch

Met hun empathisch vermogen zouden wellicht meer vrouwen de rol van systeemarchitect moeten vervullen. ‘Het gaat vooral om diversiteit’, zegt ze. ‘Er zijn natuurlijk ook empathische mannen en sommige vrouwen hebben er wat minder van. In teams wil je geen homogeniteit. Een divers team pakt problemen aan vanuit meerdere invalshoeken. Dan krijg je betere oplossingen voor een systeemontwikkeling of product.’

Zelf werkt ze in Groningen samen met een heleboel andere disciplines. Met mensen van de faculteit maatschappij- en gedragswetenschappen zit ze in de Wubbo Ockels School for Energy and Climate(voorheen Groningen energy and sustainability program, red.). Daar praten technische energieonderzoekers met juristen, economen en ook omgevingspsychologen. ‘Het ontstond doordat we elkaar toevallig tegenkwamen op een managementcursus. Daar ontdekten we een aantal gemeenschappelijke interesses. In de regeltechniek ben ik zelf bezig zaken te optimaliseren. Maar waar heb je het dan over? Een laag energieverbruik? Kosten? Of over de wens van mensen om duurzaam te leven?’

Egocentrisch, hedonistisch of biospheric

Prijsprikkels liggen het meest voor de hand als je als overheid energiebeheerdergedrag wilt beïnvloeden, maar het plaatje is complexer, zegt Scherpen. ‘Mensen willen soms best iets meer geld uitgeven als ze daarmee het milieu sparen. Anderen zijn egocentrisch, hedonistisch of biospheric, ze hebben daar allerlei termen voor.’

Scherpen zegt dat ook in regelsystemen te willen vatten. ‘Iemand wil bijvoorbeeld zelf zo min mogelijk betalen, maar de buren willen misschien koste wat kost de kamertemperatuur op 22 graden Celsius.’ In netwerken waarbij consumenten zelf energie opwekken met zonnepanelen en zelf energiebuffers aan het net koppelen zoals een autobatterij, is het onder meer de uitdaging om piekbelastingen weg te regelen. ‘Je wilt de pieken minimaliseren en tegelijk voor iedereen afzonderlijk optimaliseren. Met maatschappij- en gedragswetenschappers hebben we het nu over zogenaamde opiniedynamica. Daarbij wil je mensen beïnvloeden, bijvoorbeeld om zuiniger te zijn, maar je wilt ook dat groepen mensen elkaar beïnvloeden. Dat koppelen we aan het fysieke systeem in een poging om gedragsverandering teweeg te brengen in de energietransitie.’

Gamechanger

Een gedragsverandering als energiezuinigheid stimuleren is niet evident, erkent Scherpen. ‘De energiecrisis heeft ons naar 19 graden gedwongen, maar er zijn ook mensen die dat niet zo lekker vonden. Wat dat betreft was dit een gamechanger. In normalere tijden wil je mensen graag op een geleidelijke manier begeleiden in de energietransitie. Daar gaat die samenwerking met maatschappij- en gedragswetenschappers over, waarbij ik probeer om dat in regeltechnische algoritmes te verwerken. Dus ik blijf bij m’n basis, maar probeer die alfa- en gamma-wetenschappers wel te snappen en andersom ook.’

Koper en klimaatdoelstelling

Analisten van Wood Mackenzie [www.woodmac.com] berekenden onlangs dat de koperproductie de komende tien jaar met een derde opgevoerd moet worden om de klimaatdoelstelling van maximaal 1,5 graden Celsius opwarming te halen. Daarvoor zou de komende jaren 23 miljard dollar per jaar aan extra investeringen in nieuwe koperwinning nodig zijn. Een bijna onhaalbaar doel, gezien de investeringsbedragen en huidige lage koperprijs.

Scherpen meent dat dit soort onderzoek te weinig rekening houdt met slimme oplossingen die er in de pijplijn zitten. ‘Het gaat niet alleen om dikkere kabels aanleggen.’ Een kleine persoonlijke irritatie: twee weken geleden viel bij haar de stroom in één week twee keer uit. ‘Volgens Enexis kwam dat door alle zonnepanelen in mijn straat. Toen dacht ik: Sorry Enexis, daar had je op kunnen inspelen. De uitrol van al die hernieuwbare energie gaat als een tierelier, hele straten gaan aan de zonnepanelen, dus dan moet je niet verbaasd zijn als het netwerk het begeeft.’

In het algemeen is er te weinig geïnvesteerd in nieuwe oplossingen zegt ze. ‘Je kunt aan batterijen denken, al kosten die ook grondstoffen. Maar de opslag van waterstof op wijk- of straatniveau biedt ook kansen. Daar moet heel veel tempo op gezet worden.’

Energieaanbieders als brokers

Slim regelen behoort tot de oplossingen. ‘Je hebt wel ook een goede communicatiestructuur nodig, maar iedereen heeft tegenwoordig een slimme meter. De elektrische auto kan ik ook inzetten. Om kort te gaan: het totale plaatje is nog onvoldoende meegenomen.’

Dat ze met de vinger wijst naar Enexis is niet helemaal terecht, corrigeert ze. ‘Ook de Nederlandse overheid moet haar beleid aanpassen. In Groningen betrekken we niet voor niets juristen en beleidsmakers. Je moet er ook vanuit een economisch standpunt naar kijken en zo’n structuur op een goede manier opzetten. Op een zodanige manier dat de techniek eenvoudig is te installeren. Het is gewoon nog niet zo ver. Ik kan mijn elektriciteit nog niet verkopen aan de buren om het maar zo te zeggen. Dat moet allemaal via een groot bedrijf. De energieaanbieders moeten een soort brokers worden.’

Als dat wel gebeurt ontstaat er een grote marktplaats voor energie. Scherpen: ‘Er zit nu geen enkele incentive in. Als prijzen grootschalig zouden variëren, of als we meer kunnen kiezen tussen energieopkopers, dan zou dat de prijs beïnvloeden. Je wilt een signaal binnenkrijgen. Zo van: ‘de prijs is nu laag’, of ‘de verwachting is dat de prijs vanavond tussen acht en tien hoog is’. Dat is goed per huis te automatiseren, maar dat automatiseren gebeurt nog niet of heel weinig.’

Hamiltoniaans principe

We hebben het tot nu toe over energie, maar Scherpens leerstoel heet discrete technologie en productieautomatisering. Kort gezegd gaat het om stuksgewijze productie, waarbij ook mechatronica, smart industry en samenwerkende robots komen kijken. Wat is eigenlijk het verband met elektriciteitsnetwerken?

‘Ik doe model-based control, dus ik ontwerp regeltechniek op basis van fysische modellen. Voor elektrische systemen als vermogensomzetters, maar ik kan het ook toepassen op robots. In het ene geval heb je spanning en stroom. In het ander geval heb je positie, massa, veren enzovoorts. Dat doen we op een manier die is gebaseerd op het zogenaamde Hamiltoniaanse principe. Daarbij ga je uit van de interne energie van een systeem. Dat kan de kinetische en potentiële energie zijn in het mechanische systeem, maar ook de elektrische en magnetische energie in het andere geval.’

Regelen is in beide gevallen te zien als het toevoegen van vermogen, waarop het systeem reageert en weer in een toestand komt met een energieminimum. ‘Ik zet ergens een spanning op en dat heeft een stroom tot gevolg. Samen is dat het vermogen. Ik kan ook ergens een kracht op zetten. Dat geeft een snelheid, dat is ook vermogen. Als je dat op dezelfde manier behandelt, kun je er ook soortgelijke regeltechniek voor ontwikkelen.’

Vanuit een energiestandpunt naar systemen kijken heeft grote voordelen als de boel complexer wordt. ‘Als je verschillende systemen modulair aan elkaar koppelt, dan blijf je snappen wat je doet als je er vanuit een vermogensstandpunt naar kijkt. Bij energiesystemen kun je denken aan gekoppelde vermogensomzetters, bij een industrieel systeem gaat het bijvoorbeeld om kleine robots die samen volledig autonoom een grote staalplaat door een fabriek verplaatsen. Het is niet één op één gelijk, maar de manier van denken is toepasbaar op meerdere gebieden.’

Chinese beurspromovendi

Nederlandse universiteiten voelen zich steeds ongemakkelijker bij de toelating van Chinese studenten. Het Dagblad Trouw maakte onlangs een rondgang langs de academies en constateerde een grote terughoudendheid in het toelaten van Chinese beurspromovendi. In reactie daarop waarschuwde Ingrid d’Hooghe, onderzoeker bij het Clingendael China Centre, in een opiniestuk in NRC Handelsblad, dat we het kind niet met het badwater moeten weggooien. ‘Als we op grote schaal de wetenschappelijke banden met China doorsnijden, schaadt dat onze internationale positie in technologie en innovatie ernstig’, schrijft ze.

Omdat China inmiddels een belangrijke economische, politieke en wetenschappelijke speler is, kunnen we volgens D’Hooghe niet meer om het land heen. Ze haalt de Australische denktank ASPI aan die stelt dat China leidend is in 37 van de 44 belangrijkste technologieën en dat het broodnodig is voor Nederland om daarmee in contact te blijven – ook omdat veel samenwerkingsprojecten onze of mondiale belangen dienen.

Scherpen zit in dezelfde spagaat. Ze heeft Chinese studenten en ontving promovendi met een China Scholarship Council (CSC)-beurs, die wordt gefinancierd door het Chinese ministerie van onderwijs. ‘Kennisveiligheid is inmiddels een belangrijk thema’, zegt ze diplomatiek. ‘Daar hebben we continu discussie over. Ik en collega’s hebben in het verleden hele goede promovendi gehad met een CSC- scholarship. Maar als ze van specifieke universiteiten komen, dan zijn we voorzichtig en soms doen we dat niet meer.’

Scherpen duidt op The Seven Sons of National Defense, zeven universiteiten die minstens de helft van hun budget besteden aan defensiegerelateerde research. In 2020 verbood de Amerikaanse regering afgestudeerde studenten van de ‘zeven zonen‘ zelfs om de VS binnen te komen. ‘De beste universiteiten, zitten in de groep met hele hoge risico’s. Het is jammer dat je die al bij voorbaat afwijst. Maar ik snap het probleem wel. Ook ik wil niet te veel risico lopen. Je moet niet naïef zijn als het gaat om militair-strategische zaken en dual use. Maar je moet het ook niet overdrijven. Wij hebben er baat bij als China de energietransitie snel inzet, om maar eens iets te noemen, samenwerking helpt in dat geval juist de vooruitgang.’

Wat ze pijnlijk vindt is dat het de wetenschappelijke vooruitgang beïnvloedt. ‘We zijn toch gewend om open ideeën uit te wisselen. Nu hebben we onderzoeksgroepen waar Chinese CSC-beursstudenten zijn uitgesloten en waar de AIVD promovendi controleert voordat ze binnenkomen. Ook de hele politieke situatie met Rusland is een lastige, maar tegelijkertijd gaat bijvoorbeeld de energietransitie in dat soort landen ook ons aan.’