Nu er meer zon- en windenergie wordt opgewekt - tegenwoordig de helft van alle elektriciteit - moet die stroom langdurig worden opgeslagen om periodes zonder wind en zon te overbruggen. Dat heet Long Duration Energy Storage (LDES). Dat wordt wereldwijd steeds belangrijker voor een hernieuwbaar energiesysteem zonder CO2-uitstoot en zonder fossiele brandstoffen.

De Noodzaak van Langdurige Energieopslag

Met lithium-ion batterijen lukt langdurige opslag niet. Die kunnen de groene stroom maximaal vier tot zes uur opslaan en zijn relatief duur. Bovendien veroorzaakt de winning van lithium veel milieuvervuiling. Daarom wordt overal ter wereld gewerkt aan de ontwikkeling van flowbatterijen, waar de elektriciteit langdurig in vloeistoffen wordt opgeslagen.

Hoe Werkt een Zoutwaterbatterij?

In beginsel werkt een zoutwaterbatterij op basis van een klassieke anode en kathode die verbonden zijn via een elektrolyt. Bij de zoutwaterbatterij fungeert het zoute water hier als elektrolyt, waardoor ionen zich bij ontlading van de batterij verplaatsen van de anode naar de kathode en omgekeerd bij het opladen van de batterij.

Een zoutwaterbatterij kun je zien als een krat die energie bewaart. De kunststof krat heeft twee vakken: een vak gevuld met zout water en een vak gevuld met zoet water. Als ze elkaar raken, ontstaat er elektriciteit. Laadt de batterij op, dan wordt het zoute en zoete water weer van elkaar gescheiden. De opgeslagen energie kun je op een later moment gebruiken. Heb je zonnepanelen? Dan kun je hier een thuisbatterij aan koppelen voor zonne-energie opslag. Deze zonne-energie gebruik je dan op een ander moment.

Aquabattery maakt met dat water en keukenzout zoutwater. Dat wordt opgeslagen in een tank die onderdeel is van de batterij. Met overtollige wind- of zonne-energie wordt dat zoutwater door membraan stacks gepompt. Die membranen splitsen dat zoute water in een zuur- en in een base-oplossing, de zogeheten elektrolyten. Die twee oplossingen worden apart opgeslagen in twee andere tanks van de batterij. De elektriciteit zit dan als het ware opgeslagen in die twee wateroplossingen.

Als er elektriciteit uit de batterij gehaald moet worden, worden het zuur en de base bij elkaar gebracht via dezelfde membraan stacks en ontstaat zoutwater. Tijdens dat proces wordt elektriciteit opgewekt, zodat de batterij weer ontlaadt. Het zoute water kan weer opnieuw gesplitst worden, zodat het proces eindeloos herhaald kan worden. Hoewel de werking van de batterij zo simpel lijkt als het Ei van Columbus, heeft Aquabattery deze techniek nog als enige gepatenteerd.

Voordelen van Zoutwaterbatterijen

  • Veiligheid: Door de toegepaste materialen bestaat er ook bij hoge temperaturen, overladen of diep ontladen geen kans op een zogenaamde ‘thermische runaway’. Ook niet wanneer de batterijen vallen of ergens tegenaan stoten. Verder zijn de materialen van zoutbatterijen niet brandbaar en komen er bij beschadiging geen gevaarlijke stoffen vrij. De batterij is dus veilig in gebruik, maar ook tijdens transport.
  • Duurzaamheid: De stoffen die wel zijn toegepast in een zoutbatterij zijn ecologisch en in grote hoeveelheden, relatief goedkoop te verkrijgen. Er worden dus geen zeldzame, dure grondstoffen opgebruikt, wat de batterij tevens onaantrekkelijk maakt om te stelen. Daarnaast is de batterij veelal 100 procent recyclebaar.
  • Schaalbaarheid: De batterij kan minimaal acht uur elektriciteit opslaan, maar als het nodig is ook meerdere dagen of weken. Ook kan de opslagcapaciteit eenvoudig uitgebreid worden door meer of grotere tanks voor zoutwater, zuur- en base-oplossingen toe te voegen.
  • Kosten: Water en keukenzout zijn immers ruim beschikbaar.

Nadelen van Zoutwaterbatterijen

De belangrijkste beperking van de standaard zoutwaterbatterij is op dit moment de relatief lage energiedichtheid. Voor de opslag van een grotere hoeveelheid energie is dus een groot volume nodig, wat de batterij in elk geval niet geschikt maakt voor mobiele toepassingen. Maar ook bij toepassing in woningen of bedrijven vraagt een zoutbatterij vaak om een technische ruimte met serieuze afmetingen. Dit draagt dan wel weer bij aan de ongevoeligheid voor diefstal. Verder leveren zoutbatterijen slechts een beperkte hoeveelheid stroom per tijdseenheid. Dit maakt ze ook minder geschikt voor het opvangen van piekstromen die ontstaat wanneer bijvoorbeeld verschillende gebruikers gelijktijdig worden ingeschakeld.

Aquabattery: Een Innovatieve Oplossing

De oprichters van Aquabattery, onder wie huidige CEO Jiajun Cen en COO Emil Goosen onderzochten tijdens hun promotieonderzoek hoe je elektriciteit in een zoutwaterbatterij kan opslaan. Ze startten hun bedrijf in 2014, hielden een paar jaar later hun eerste pilot en zijn nu klaar om de technologie verder op te schalen in de praktijk. “Wij slaan elektriciteit op in water en keukenzout. Wat wij ontwikkelen is grootschalige langdurige energieopslag”, zegt hun CCO Janneke Tjon Pian Gi - Stuijfzand.

Praktijktest in Delft

Of de batterij in de praktijk net zo goed werkt als in het lab wordt volgend jaar na de zomer getest op de campus van kennisinstituut Deltares in Delft. Dat maakten beide bedrijven bekend tijdens klimaattop COP28 in Dubai. Die pilot duurt zes tot twaalf maanden. In Delft wordt de batterijtechniek opgeschaald en gevalideerd. “Onze technologie is nog in ontwikkeling. We willen volgend jaar stappen zetten om de techniek commercieel beschikbaar te maken voor de markt”, zegt Tjon Pian Gi. “Daarvoor is het belangrijk om de batterij in de echte wereld neer te zetten om te kijken hoe hij bijvoorbeeld reageert op temperatuurschommelingen, hoe het gaat met vergunningen en welke eventuele impact hij heeft op de omgeving.”

In Delft gaat de batterij overdag overtollige zonne-energie van de 5.725 panelen van Deltares opslaan en weer terug leveren als de zon niet schijnt. Door de toepassing van langdurige energieopslag op schaal kunnen de computers en servers van Deltares 24/7 op groene stroom draaien. De installatie bij de pilot kan 10 uur aan stroom opslaan en het batterijvermogen is vijf tot tien keer meer dan bij de huidige pilot opstelling. “Dit is een spannende stap. Als we deze kunnen maken is de stap naar weer vijf tot tien keer groter een stuk makkelijker. Dat is een kwestie van het trucje herhalen”, zegt Tjon Pian Gi.

Samenwerking met Statkraft

In de pilot werkt Aquabatterij samen met Statkraft, een van oorsprong Noors staatsbedrijf dat in Nederland al 25 jaar actief is en zon- en windparken ontwikkelt. Ook dat maakten beide bedrijven bekend tijdens COP28. Het bedrijf ondersteunt de pilot financieel en brengt zijn uitgebreide kennis en ervaring in. Inmiddels heeft Statkraft in Nederland dertien zonneparken gerealiseerd en zijn er twee in constructie. Ook het energiebedrijf denkt aan langdurige opslag van groene stroom en onderzoekt welke batterijen daarvoor het meest geschikt zijn.

“Om de volgende stap in de Nederlandse energietransitie te maken, moeten we langere periodes zonder wind en zon kunnen overbruggen. Wij zien Aquabattery daarvoor als een van de oplossingen, juist omdat er een duurzame component aan zit”, zegt Valerie van Hagen, Head of New Business bij Statkraft Nederland.

Alternatieven voor de Standaard Zoutwaterbatterij

Als oplossing voor deze laatste beperkingen presenteerde Fortona op de vakbeurs Solar Solutions International 2023 een nieuw type zoutbatterij. De SMC (sodium metaal chloride) -batterij, ontwikkeld door het Zwitserse bedrijf FZSoNick.

Kees Compaan, senior sales engineer bij Fortona: ‘De overeenkomst tussen de SMC- en een standaard zoutbatterij is dat beide types gebruikmaken van vloeibaar zout. Een verschil is dat dit bij een conventionele zoutbatterij gaat om een zoute vloeistof op kamertemperatuur, terwijl de SMC gebruik maakt van gesmolten zout. Het gaat hier om een bewezen technologie met continue ontwikkeling en een trackrecord van bijna 25 jaar. De kern van de batterij met gesmolten zout heeft een temperatuur van circa 250 °C. De SMC-batterij bestaat voor 32 procent uit keukenzout, 22 procent uit nikkel, 22 procent uit ijzer en 20 procent uit keramiek. Veilige en natuurlijke grondstoffen die wereldwijd in voldoende mate beschikbaar zijn. Door toevoeging van bèta aluminium aan dit zout wordt het vloeibaar bij een temperatuur van 150 °C. Het toevoegen van nikkel en het verhogen van de temperatuur tot 250 °C maakt het mengsel vervolgens geschikt voor energieopslag in een batterijcel. Nikkel fungeert hier als de positieve elektrode (anode) terwijl het verwarmde zout de negatieve elektrode (kathode) vormt. Deze anode en kathode zijn van elkaar gescheiden door een keramische separator.

Compaan: ‘Doordat deze zoutbatterij in de kern erg warm is, is het rendement vergelijkbaar met die van een lithiumbatterij. De lage energiedichtheid van een standaard zoutbatterij is hiermee geëlimineerd. Het betekent wel dat je deze batterij eerst moet opwarmen voordat je hem kunt gebruiken. Dit kost inderdaad wat energie, maar door de goede isolatie van de roestvaststalen behuizing is het warmteverlies sterk te beperken en draagt de warmteproductie tijdens het laden en ontladen juist bij aan een betere efficiëntie van de batterij. Een ander voordeel is dat je door het gesmolten zout ook de afmetingen van de batterij sterk kunt terugbrengen, tot die van ongeveer een lithiumbatterij. Hiermee is ook het tweede nadeel van een standaard zoutbatterij opgeheven.’

Het opwarmen en op temperatuur houden van de batterij wordt geregeld door het interne besturingssysteem van de batterij: het BMS (batterij-managementsysteem), dat tevens de veiligheid bewaakt. Qua opslagcapaciteit en grootte is de SMC-batterij vergelijkbaar met een lithium-batterij, maar de SMC-batterij biedt meer positieve eigenschappen. Zo is hij toe te passen in een veel breder temperatuurbereik, dat loopt van -20 tot 60 °C zonder dat de batterij degradeert. Hiermee is de zoutbatterij eenvoudig te gebruiken in zowel warme als koude omgevingen zonder de noodzaak van extra ventilatie of verwarming. Deze extra componenten zou een lithiumbatterij bij ‘extreme’ temperaturen (lager dan 5 °C en hoger dan 25 °C) zeker nodig hebben.

Evenals veel andere batterijen is ook de SMC-batterij geschikt voor de opslag van een overschot aan geproduceerde elektriciteit door bijvoorbeeld pv-panelen. Een belangrijke deeloplossing om netcongestie tegen te gaan, maar ook een oplossing voor woningcorporaties en bedrijven. Zo kan de batterij een oplossing vormen voor bedrijven die geen zwaardere aansluiting meer kunnen aanvragen door overbelasting van het net. Ook kunnen ze overschrijding van de contractwaarde voorkomen. Tevens biedt het eigenaren de mogelijkheid om maximaal gebruik te maken van eigen zonne- en/of windenergie. Zeker wanneer de salderingsregeling vervalt is dat een extra reden om te investeren in een zoutbatterij.

Compaan: ‘En uiteraard zijn er nog veel meer toepassingen waar de zoutaccu tot zijn recht komt. De batterijen worden bijvoorbeeld al toegepast in de scheepvaart en in noodstroominstallaties. Maar ook als vervanging van generatoren op festivals. Ook voor de opslag van warmte zijn zoutbatterijen in te zetten. De werking van deze batterijen berust echter niet op ionen die tussen twee elektroden lopen. In dit type opslagsysteem wordt gewerkt met een zout dat door de toevoer van warmte als het ware gedroogd wordt. Deze opgeslagen warmte is weer te onttrekken door het toevoegen van water, waarna hij kan worden gebruikt voor het verwarmen van bijvoorbeeld woningen of andere ruimtes. Naar wens is deze batterij ook met elektriciteit te laden. Onder meer TNO en de TU Eindhoven werken aan een dergelijke batterij en maken hierin grote stappen. De spin-off Cellcius is opgericht om het idee verder te commercialiseren.

Kosten van een Zoutwaterbatterij

Wat je in totaal betaalt voor een zoutwaterbatterij-installatie hangt af van een aantal factoren. Dit zijn:

  • Vermogen
  • Levensduur
  • Merk en type
  • Aankoopkosten
  • Opslagcapaciteit
  • Plaatsingskosten
  • Onderhoudskosten

Je kunt grofweg uitgaan van een prijs tussen de € 4.000,- en € 10.000,- euro, exclusief btw.

Alternatieven voor Zoutwaterbatterijen

Naast een zoutwaterbatterij bestaat ook de lithium ionbatterij en de loodzuurbatterij.

Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) Batterijen

Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) batterijen vallen op door hun veiligheid, milieuvriendelijkheid, en lange levensduur. Ze zijn minder gevoelig voor oververhitting en bieden een veilig en duurzaam alternatief, vaak tegen lagere kosten vanwege het ontbreken van dure grondstoffen. Deze betrouwbare en goedkopere optie is echter zwaarder en groter, met een kortere levensduur dan modernere technologieën.

Lithium-ion Batterijen

Als traditioneel alternatief bieden lithium-ion batterijen een hoge energiedichtheid en lange levensduur, maar met hogere kosten en milieubelasting.

Conclusie: Is een Zoutwaterbatterij Rendabel?

De aankoop van een zoutwaterbatterij is een stap in de goede richting als je gebruik wil maken van duurzame energie. Maar vooralsnog is de aanschaf van een zoutwaterbatterij niet rendabel. Het plaatsen van een zoutwaterbatterij, ook wel zoutwateraccu genoemd, kun je het best laten uitvoeren door een vakman. Zij hebben daar het meeste ervaring mee en voeren de opdracht snel en vakkundig uit. De installateur kan je tevens adviseren welk type batterij het best bij jouw woning en verbruik past.

Een zoutwaterbatterij gaat gemiddeld zo’n 20 jaar mee. Ja, zoutwaterbatterijen zijn veilig.

Tabel: Vergelijking van Batterij Types

Batterij Type Energiedichtheid Levensduur Kosten Veiligheid Milieuvriendelijkheid
Zoutwaterbatterij Laag 20 jaar €4.000 - €10.000 Hoog Hoog
Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4) Gemiddeld Gemiddeld Gemiddeld Hoog Hoog
Lithium-ion Hoog Lang Hoog Gemiddeld Laag

labels:

Zie ook: