Al jaren geldt het als een van de grote uitdagingen van de energietransitie: de tijdelijke opslag van overtollige wind- of zonne-energie. Ondernemende onderzoekers aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben op basis van dit principe een warmtebatterij ontwikkeld. De ontwikkeling van de zoutbatterij waarmee dit kan zit in een stroomversnelling.

De werking van een zoutbatterij

Een zoutbatterij is een vorm van thermochemische energieopslag. In de batterij treedt een reactie op van een zouthydraat met waterdamp. Wanneer zout en waterdamp bij elkaar worden gevoegd komt er dus energie in de vorm van warmte vrij. Het water verbindt zich aan het kaliumcarbonaat (zout) in een kristalvorm.

Dit proces kan ook omgekeerd plaatsvinden. De reactie kan worden omgedraaid door juist warmte toe te voegen en daarmee het zout weer te drogen. Het water kan ook uit het gevormde kristal worden gestookt waardoor je de twee originele componenten overhoudt.

Met deze technologie kan een oplaadbare batterij worden gemaakt. Wanneer de batterij wordt opgeladen wordt het zout gedroogd, bij het ontladen van de batterij wordt waterdamp toegevoegd waardoor warmte vrijkomt. Zolang de twee componenten gescheiden blijven en het zout droog blijft, kan de warmte worden opgeslagen zonder enige vorm van verlies. “Je kan het feitelijk oneindig opslaan”, aldus Adan.

Voordelen van warmteopslag in zout

Het grote voordeel van warmteopslag in zout is dat het ‘verliesvrij’ is. Een tweede voordeel dat veel genoemd wordt, is dat deze vorm van opslag relatief compact is. Een derde voordeel zijn de relatief beperkte kosten.

Per opgeslagen eenheid energie kost de opslag van warmte in zout ruwweg een tiende van de opslag van elektriciteit in thuisaccu’s. Een kubieke meter droog zout bevat ruwweg evenveel energie als 40 kuub aardgas, of als 3 à 4 kuub water opgestookt tot 90 graden.

Naast dat je de warmte verliesvrij kan opslaat, kan de warmte ook verliesvrij worden getransporteerd.” Adan laat het flesje nogmaals zien. “Ik had dit net zo goed mee kunnen nemen naar Zuid-Afrika, en dan had het dezelfde energie behouden.”

Cellcius: Een spin-off van TNO en TU Eindhoven

Adan is samen met zijn oud-promovendus Pim Donkers oprichter van de start-up Cellcius, wat begon als een samenwerking tussen TNO en TU Eindhoven. Aan de TU Eindhoven werd het zout waarin energie kan worden opgeslagen bestudeerd. Ondertussen werkte TNO aan een systeem om dat materiaal ten volle te kunnen benutten. Op beide fronten zijn doorbraken gerealiseerd, waardoor Cellcius drie jaar geleden van de grond kon komen.

Toepassingen en volumes

De restwarmte kan in theorie temperaturen tot 150 graden Celsius benut worden, maar ook veel lager. In de toekomst verwacht Cellcius zelfs restwarmte van 50 graden Celsius te kunnen gebruiken. Deze toepassing kan worden ingezet voor lage temperatuursystemen zoals het verwarmen van huizen, kantoren, kassen of douchewater.

Adan vertelt: “Het systeem is modulair opgebouwd, wat betekent dat het systeem op verschillende schaalniveaus in verschillende groottes te gebruiken is. Cellcius denkt nu aan een systeem waarbij een container met zoutmodules 3.000 kilowattuur kan dragen. De container kan worden opgeladen aan de ene kant, en na transport weer ontladen worden aan de andere kant.”

Volgens Adan zijn als eerste de typische jaren ‘60 en ‘70 appartementen interessant voor de toepassing, omdat ze een hoge warmtevraag hebben en vaak al voorzien zijn van een distributiesysteem. Bij een appartementencomplex van vijftig appartementen kan één container naar verwachting genoeg zijn om de huishoudens een week lang volledig van energie te voorzien, dit hangt echter van veel factoren af, wat momenteel in pilots wordt onderzocht.

De rol van warmteopslag in de energietransitie

Willen we af van fossiele brandstoffen, dan moeten we op grote schaal duurzame warmte gaan opslaan en bewaren. Warmteopslag gaat een hoofdrol spelen in de energietransitie. “Duurzame energiebronnen zoals zon en wind leveren hun energie niet altijd op de momenten dat je het nodig hebt. Om die ongelijktijdigheid tussen vraag en aanbod te overbruggen, moet je zo veel mogelijk energie kunnen opslaan.”

Daarom voorspelt Adan een grote rol voor warmteopslag in het energiesysteem van straks. In woningen kan het bijvoorbeeld een belangrijke aanvulling zijn op een warmtepomp. “Als een warmtepomp grote temperatuurverschillen moet overbruggen, presteert en rendeert hij verre van optimaal. Warmteopslag kan dan een goede oplossing zijn.

Uitdagingen en toekomstperspectieven

Adan vertelt dat het project ook een aantal uitdagingen kent: “We hebben eerst de uitdaging om de pilots te realiseren, dat is de belangrijkste opgave, om te laten zien dat het in praktijk werkt en de wensen van de klant beantwoordt. Daarnaast heeft het systeem direct schaalgrote nodig, wat betekent dat er veel investeringsmiddelen nodig zijn. Ook de ontwikkeling van de warmtemarkt is mogelijk een uitdaging voor het project.

Cellcius sleutelt op twee manieren aan de ontwikkeling. Ten eerste ambieert Cellcius het dragermateriaal (zout) naar een hogere energiedichtheid en vermogen te ontwikkelen. Daarnaast kan de efficiëntie van het systeem ook nog toenemen.

Afhankelijk van de beschikbare middelen en het succes van de pilots hoopt Cellcius in 2026 om met de uitrol van de eerste systemen te beginnen.

Alternatieve technieken voor warmteopslag

Naast de zoutbatterij zijn er ook andere technieken voor warmteopslag in ontwikkeling, zoals:

  • Warmteopslag in beton (EnergyNest)
  • Ondergrondse warmteopslag in water (Ecovat)
  • Warmteopslag in ijs (SolarFreezer)
  • Zandbatterij (Polar Night Energy)

Deze technieken hebben elk hun eigen voor- en nadelen en zijn geschikt voor verschillende toepassingen.

SuperHeat-project

In het SuperHeat-project wordt een PCM-batterij (Phase Change Material) ontwikkeld met een verbeterde energiedichtheid, zonder lekkages en waarvan de kwaliteit stabiel is. De batterij bevat een gel die voor 98 procent bestaat uit een zoutmengsel van azijn en baking soda, vertelt Mehrali. Om te zorgen dat het zout goed gemixt blijft en de batterij dus goed blijft werken is er een polymeer toegevoegd, dat is waar de andere 2 procent van de batterij uit bestaat.

De SuperHeat-batterij moet drie belangrijke voordelen hebben:

  1. De vorm blijft hetzelfde in de vaste en vloeibare fase, zodat je geen lekkages in het systeem hebt.
  2. Een materiaal gebruiken dat hoge energiedichtheid heeft en ook kostenefficiënt is.
  3. Elektrische triggering: je hebt de vrijheid hebt om te kiezen wanneer je de warmte vrijlaat.

labels:

Zie ook: