Energie winnen als kunstvorm

Op het snijvlak van kunst, design en techniek werkt uitvinder en solardesigner Marjan van Aubel aan het oogsten van energie uit zonlicht. Haar creatieve en innovatieve manier van oplossingen vinden voor energievraagstukken is baanbrekend en voor V8 een goede reden om Marjan een belangrijke bijdrage te laten leveren aan de ontwikkeling van Nederlands paviljoen op de wereldtentoonstelling in Dubai.

Van 1 oktober 2021 tot 31 maart 2022 vindt de EXPO 2020 plaats. Het Nederlandse paviljoen, een concept dat op innovatieve wijze de verbinding tussen water, energie en voedsel tastbaar maakt, is in volle ontwikkeling. Vanaf het eerste moment heeft V8 Architects de deuren geopend naar samenwerkingen met specialisten die het concept konden verrijken met specifieke inzichten, technieken en materialen. Michiel Raaphorst, oprichter V8 Architects, en Marjan van Aubel vertellen over de ontwikkeling van het project, de samenwerking en de manier waarop haar geavanceerde techniek om zonne-energie te oogsten een belangrijke rol speelt in het concept.

Samenwerking
Allereerst: waarom heeft V8 Architects voor dit project ingezet op het samenwerken met specialisten?

Michiel Raaphorst: “Onbewust deden we dat eigenlijk al langer, maar bij aanvang van het project rondom de wereldtentoonstelling in Dubai, zo’n drie jaar geleden, besloten we bewust om als architect een rol als creatieve regisseur aan te nemen. Wij keken naar het Nederlands paviljoen in Dubai als een biotoop waar techniek, architectuur en natuur met elkaar worden verbonden. En realiseerden ons vrijwel direct hoe belangrijk het is om ruimte te bieden aan vakmensen, specialisten en ontwerpers die op hun gebied veel verder zijn wijzelf. Om het maximale uit dit project te halen, moeten wij, de generalisten, deze specialisten meenemen in het proces en hen de vrijheid en ruimte geven om te excelleren. Energie is binnen dit project van cruciaal belang, wij waren van mening dat Marjans prachtige, innovatieve manier van energie oogsten uit de zon een zeer waardevolle verrijking van het project zou zijn. En daarom het podium van de Expo 2020 verdiende.”

Hoe kwamen jullie met elkaar in contact?

Michiel Raaphorst: “Aan het begin van het traject hebben veel mensen een bijdrage geleverd aan het ontwikkelen van ideeën die de basis hebben gelegd voor het concept van het paviljoen.

Een periode van premature ideeën de kans geven en veel experimenteren waarbij we met verschillende innovaties aan het werk gingen zoals met de watermaker van Ab Verheggen en het biotextiel van Buro Belén. In die periode heeft Peter Mensinga, een ingenieur-ontwerper die adviseert op het gebied van duurzaamheid, Marjan bij ons geïntroduceerd.”

Het idee achter het paviljoen
De ambitie van de Nederlandse overheid voor het Nederlands paviljoen, is het creëren van een fysieke onconventionele omgeving waarin de verbinding tussen water, energie en voedsel tastbaar wordt. Dat met de wil en de noodzaak om het paviljoen volledig circulair te laten zijn; de wereldtentoonstelling duurt een halfjaar en na die tijd moet de plot weer helemaal leeg worden opgeleverd.

Een stevige ambitie van de overheid, hoe heeft V8 die waargemaakt?

Het idee dat ik kan bijdragen aan iets achterlaten waar we trots op zijn en niet vervuilend of belastend is, geeft heel veel voldoening.”

Zonne-energie, maar niet zoals je het gewend bent
Zonne-energie is voor heel veel mensen synoniem aan grote, donkere panelen op het dak of in een weiland. Marjan van Aubel denkt daar heel anders over. Zij is zich de afgelopen jaren gaan verdiepen in de techniek van het winnen van zonne-energie en de rol van kleuren en materialen in dat proces.

Marjan van Aubel: “Het paviljoen was voor mij een dankbaar object. Het is voor het grootste deel opgetrokken uit stalen damwanden met stalen buizen als plafond. Tussen die buizen zijn spleten opengelaten die ruimte bieden aan mijn zonnepanelen. Als daar het licht doorheen valt en reflecteert op de damwanden, ontstaat het glas-in-lood effect dat je kent uit kerken en kathedralen, waardoor het paviljoen voor ons al snel de bijnaam ‘kathedraal van staal’ kreeg. Overigens wordt slechts dat gedeelte van het licht doorgelaten dat nodig is voor de werking van de voedselberg in het paviljoen, de rest wordt omgezet in energie.”

“Met het paviljoen kunnen we laten zien dat het opwekken van energie niet alleen iets technisch is, maar ook iets heel moois kan zijn. Dat je energiewinning ook esthetisch van toegevoegde waarde kunt laten zijn voor een gebouw. Als een statement richting de toekomst en als een voorbeeld voor projecten die toekomstbestendig moeten worden gerealiseerd.”

Michiel Raaphorst: “Het paviljoen is ook een blauwdruk voor het ontwikkelen van genereuze gebouwen die meer geven of opleveren dan wat ze nodig hebben of nemen. En een blauwdruk voor het anders omgaan met energiewinning, het maakt duidelijk dat er echt een alternatief is voor het vol zetten van weilanden met zwarte zonnepanelen als productie-eenheid. Je kunt namelijk ook, zo laat Marjan zien, op heel aangename manier energie winnen, grootschalig en kleinschalig.”

“Marjans werk is fascinerend omdat zij de kunst verstaat van techniek en innovatie begrijpelijk maken. Het Nederlands paviljoen draait om zintuiglijke ervaring; kippenvel krijgen van de kracht van natuurlijke fenomenen. Maar dan wel op zo’n manier dat je ook gaat begrijpen waarom we die natuurlijke fenomenen gebruiken, dat je door techniek gaat begrijpen hoe slim de natuur in elkaar steekt.”

“Dat effect had de manier van werken van Marjan in ieder geval op ons; zij liet ons meemaken hoe je door het toepassen van intelligent design in zonnepanelen van het oogsten van zonlicht iets heel moois kunt maken. Als je met haar werk wordt geconfronteerd, realiseer je je opeens hoe waanzinnig waardevol het is dat je een zonnepaneel hebt dat er heel mooi uitziet, maar ook superslim is: het deel van het zonlicht dat nodig is om fotosynthese te laten werken en dus om plantjes te laten groeien, wordt doorgelaten, met de rest van het licht wordt geoogst als energie.”

Technisch intermezzo
Waar komt het idee van de techniek vandaan? En: hoe werkt het?

Marjan van Aubel: “Jaren geleden stelde ik mezelf de vraag hoe je zonne-energie emotionele waarde kunt geven. Hoe je het winnen van zonne-energie zo kunt vormgeven dat het goed voelt om het om je heen te hebben. Ik ben de techniek achter solardesign gaan ontdekken, onderzoeken en doorgronden en ben glas-in-loodramen gaan maken waarbij ik het glas gebruikte om energie op te wekken. Vervolgens ben ik met een project gestart genaamd Powerplant, waarin onderzocht moest worden welk spectrum uit het zonlicht de zonnepanelen nodig hebben voor energieopwekking en welk spectrum planten nodig hebben om te groeien. In het paviljoen in Dubai komen die twee onderzoeken samen en zet ik weer stappen in het onderzoek hoe daar het zonnelicht een ruimte binnenkomt en hoe het in een ruimte werkt. En hoe techniek en esthetiek dan verbonden kunnen worden.”

Wat is de waarde van kleur bij het oogsten van zonne-energie?
Marjan van Aubel: “Zonlicht bestaat uit een spectrum van vele kleuren. Als het op een oppervlakte valt, reflecteert het die kleuren of het licht wordt geabsorbeerd. Zonnepanelen pakken een deel van dat spectrum om dat zonlicht in energie om te zetten. Met verschillende technieken kun je een zonnepaneel zo nauwkeurig afstellen zodat het een specifiek klein deel van het spectrum oppakt of doorlaat. Met gekleurde zonnepanelen kun je die techniek, eigenlijk het spel wat je met de kleuren van het zonlicht speelt, zichtbaar maken.”

“Gewone zonnepanelen zijn gebaseerd op een techniek waarin een mix van zwart en donkerblauw domineren omdat die kleuren het meeste licht absorberen. Om zonlicht te oogsten met gekleurd glas en zelfs transparant glas, is een andere techniek noodzakelijk: Organic Photovoltaic. Hierbij  worden organische solarcellen op een transparante folie geprint waardoor je heel flexibele zonnepanelen kunt maken, in elke kleur. Zo kun je voor elke vraag naar zonne-energie een maatwerkoplossing bedenken waarin efficiëntie, uiterlijk en uitvoering helemaal op elkaar zijn afgestemd.”

Waarom wordt de Organic Photovoltaic-techniek niet veel breder ingezet?
Marjan van Aubel: “Ik ben er nu zes jaar mee bezig, maar ik heb het nog nooit op grote schaal toegepast zien worden. Het heeft dan ook echt wel een podium als de expo nodig om bekend te raken en er mee vertrouwd te raken. Want deze techniek maakt het mogelijk om veel dingen dan een alleen een gebouw energie te laten opwekken. Want letterlijk alles wat een oppervlak heeft, kan als zonnepaneel functioneren.”

“Daken van gebouwen worden inmiddels wel voorzien van zonnepanelen, maar je hebt ook nog de façades en het glas, ook die moeten en kunnen bijdragen aan het oogsten van zonne-energie. Maar ook straten, treinen en spoorbanen kunnen die functie hebben, grote distributiecentra kunnen door een simpele verrijking als een batterij van de omgeving functioneren. Waarom zou niet een hele stad energievoorzienend kunnen zijn? We moeten aan de ene kant groter gaan denken en aan de andere kant juist kleiner; ook gordijnen kunnen een prima energieopwekker zijn. En anders gaan denken. Want waarom maken we energievoorziening niet mobiel zodat we een tijdelijk braak liggend stuk grond of wat dan ook kunnen omvormen tot een bron van energie?”

Michiel Raaphorst: “Deze innovatie en de toepassing ervan maakt duidelijk dat een technische oplossing ook esthetisch verantwoord kan zijn en op een prettige manier onderdeel kan uitmaken van onze leefomgeving. Op een manier die iedereen kan begrijpen en die techniek ontdoet van het idee dat het kil en ingewikkeld is en het mogelijk maakt dat we ons eraan kunnen relateren. De associatie met glas-in-lood in het paviljoen op dat vlak heel relevant.”

Glas-in-lood zonnepanelen
Waar komt die associatie met glas-in-lood vandaan?

Michiel Raaphorst: “Er was een competitie en die moest gewonnen worden. Ons voorstel moest in alle opzichten heel helder zijn, binnen het gestelde budget passen en, zoals gezegd, water, energie en voedsel met elkaar verbinden. Bovendien was er al een grafische stijl ontwikkeld op basis van een aantal kleuren die een plek moest krijgen in het ontwerp. Dat laatste was aanleiding om te aan denken aan iets met grafische vormen in glas-in-lood.”

Marjan van Aubel: “Dat basisidee is overeind gebleven, want in de zonnepanelen van het paviljoen voltrekt zich een grafisch spel met die kleuren – oranje, blauw en rood – die dat glas-in-lood effect benaderen.”

Michiel Raaphorst: “De zonnepanelen voeren terug op het idee van glas-in-lood dat ooit was bedoeld om te imponeren maar nu in deze vorm energie opwekt.”

Marjan van Aubel: “Glas-in-lood doet meer dan imponeren, het heeft ook een schaduwwerking waardoor het bijdraagt aan het koel houden van een huis; glas-in-lood zit daarom ook vaak in bovenlichten, daar waar het zonlicht binnenvalt.”

Michiel Raaphorst: “Ook mooi: om de plaats, de vorm en het effect van de glas-in-lood zonnepanelen te kunnen beoordelen, had Marjan een maquette gemaakt waarin met gekleurde folie het effect van de lichtinval in het paviljoen werd gesimuleerd. Dat zien was al een fantastische ervaring waar geen computersimulatie tegenop kan.”

Marjan van Aubel: “Kun je nagaan wat straks in het paviljoen zelf gebeurt met het licht en het kleurenspel. Ik kan niet wachten om die kathedraal van staal tot leven te zien komen.”

Circulariteit
Het paviljoen moet helemaal circulair zijn en dat is iets wat in de wereld van zonnepanelen nog niet zo vanzelfsprekend is. In hoeverre is de Organic Photovoltaic-techniek circulair te noemen?

Is er plek voor deze techniek in actuele architectuur?

Michiel Raaphorst: “Direct. We zijn nu al bezig met zonnepanelen in gevels en ja, die zijn vooralsnog minder efficiënt dan de zonnepanelen op dak, maar doorontwikkeling gaat dat veranderen. Een aantal ideeën op dit vlak sneuvelt nu soms nog in de technische fase, voorheen gebeurde dat al in de ontwerpfase. In dat perspectief zijn wij dus afhankelijk van specialisten als Marjan om ons daarin te helpen.”

Marjan van Aubel: “Te vaak worden innovaties als deze gerelateerd aan efficiëntie en terugverdientijd, wat eigenlijk heel ouderwetse issues zijn. Als je het perspectief verandert en bedenkt dat hoe meer oppervlakte je niet gebruikt, hoe meer energie je niet wint, kun je je afvragen waartegen je een investering moet afzetten. Je kijkt ook niet naar de terugverdientijd van kunst. Het is belangrijker jezelf af te vragen wat voor toekomst we gaan achterlaten.”

Michiel Raaphorst: “Een heel terechte opmerking. Je merkt ook dat de houding van opdrachtgevers op dit punt wel aan het veranderen is. En dat gaat soms sneller dan je zou verwachten. Duurzaamheid is namelijk van een breed containerbegrip een meetbaar iets geworden. Alle prestaties van materialen en gebouwen zijn tegenwoordig in getallen te vatten. Soms zijn het ook aannames en zijn misschien niet alle getallen even nauwkeurig, maar het zorgt er wel voor dat een en ander ook financieel meetbaar wordt. De ideologie is daarmee ingehaald door de dagelijkse praktijk van investeerders en beleggers en ook in regelgeving heeft het een plek op de agenda. Dat is maar goed ook, want we moeten binnen één generatie de problemen van zeven generaties oplossen.”