De Nederland zou eindelijk een oplossing hebben gevonden voor zijn zoektocht om er miljoenen te verdienen homeis gasvrij. Een nieuwe warmtebatterij, ontwikkeld door een consortium van de Technische Universiteit Eindhoven (TNO) spin-off Cellcius en industriële partners, moet een goedkope, compacte oplossing zijn in de energietransitie waar het land naar op zoek is.
Nu de Russische invasie van Oekraïne zijn derde maand is ingegaan en Moskou de gasleveranties aan Polen en Bulgarije heeft stopgezet, is er een grotere behoefte om maatregelen te nemen homeis van het gas af. Nederland heeft in het Klimaatakkoord als doel gesteld om in 1.3 2030 miljoen warmtepompen te hebben. zal naar verwachting niet minder dan 4,00,000 tekort schieten en deze warmtebatterijoplossing kan fungeren als een snelle en grootschalige oplossing.
De Eindhovense warmtebatterijoplossing is gebaseerd op een eenvoudige formule
Olaf Adan, TU/e-hoogleraar en hoofdonderzoeker bij TNO, heeft zijn eenvoudige experiment meerdere keren gedemonstreerd en de essentie van de warmtebatterij blootgelegd. Hij onthult hoe het vullen van een flesje met witte zoutkorrels en het toevoegen van een beetje water ervoor zorgt dat het gaat sissen. De fles voelt ook direct warm aan. Ook de nieuwe Eindhovense warmtebatterijoplossing is gebaseerd op dit simpele thermochemische principe: de reactie van een zouthydraat met waterdamp.
"De zoutkristallen absorberen het water, worden groter en geven daarbij warmte af", zegt Adan.
Deze chemische uitwisseling zorgt ervoor dat de fles warm blijft en het omgekeerde is ook mogelijk, waarbij je warmte kunt toevoegen om het water te verdampen en het zout te drogen. Hij zegt dat zolang er geen water bij dit droge zoutpoeder komt, de warmte er altijd in wordt opgeslagen. Het resulterende product is een batterij die volledig verliesvrij is.
Adan zegt het proces kan eindeloos worden herhaald en wordt de basis voor een warmtebatterij die warmte kan opslaan die op een later tijdstip of op een andere plek kan worden gebruikt. Hij ziet hierin een oplossing voor het fluctuerende aanbod van duurzame energie in homes en gebouwen, en als medium voor hergebruik van 'warmteafval' op een andere plek.
Hoewel het eenvoudig lijkt, is de grootste uitdaging het gebruik van het juiste zoutmateriaal en Adan, die hier al meer dan twaalf jaar aan werkt, zegt dat slechts een "zeer beperkt aantal de juiste eigenschappen heeft voor gebruik in een batterij."
“Zo'n zoutkristal wordt steeds groter en kleiner, er gaat constant warmte in en uit. Er gebeurt dus iets met zo'n deeltje. Als gevolg hiervan kan het snel uiteenvallen of samenklonteren met andere deeltjes. Je hebt dus een materiaal nodig dat je cyclisch kunt blijven gebruiken”, zegt Adan.
Hij en zijn team vestigde zich op kaliumcarbonaat als basis en bouwde een gesloten lussysteem, een recirculatiesysteem bestaande uit componenten zoals een warmtewisselaarventilator, verdamper/condensor en een ketel met zoutdeeltjes. Met een Europese subsidie van zeven miljoen euro komen Adan en zijn team hebben een prototype van een warmtebatterij gebouwd die klaar is voor de eerste tests in de praktijk.
Geoptimaliseerd voor gebruik in de echte wereld
Het prototype dat de real-world test binnengaat, lijkt een beetje op een grote kast met tientallen kluisjes en heeft meerdere losse kabels die uit de zijkant steken. Elk duo van kleine lockers komt overeen met de afmetingen van de originele demonstrator en het hele apparaat heeft in totaal 30 van dergelijke lockers met een totale opslagcapaciteit van meer dan 200 kWh. Adan zegt dat de capaciteit gelijk is aan twee volledig opgeladen Tesla's.
Door de afzonderlijke componenten zoals de verdamper en warmtewisselaar opnieuw te ontwerpen, hebben Adan en zijn team zijn erin geslaagd een modulair systeem op te bouwen waarin die kleine eenheden naar believen kunnen worden gecombineerd. Omdat elke locker zijn eigen individuele eenheid is, is de team achter deze warmtebatterij ziet de mogelijkheid voor verschillende ontwerpen, vormen en maten.
“Het is nog geen product, maar alles is nu klaar om voor het eerst getest te worden in een real-world situatie”, voegt Adan toe.
Het testen begint met een batterij van ongeveer 70 kWh die in vier wordt geplaatst homes – twee in Eindhoven, één in Polen en één in Frankrijk. Ze zeggen dat deze batterij het zeker een paar dagen volhoudt zonder zon of wind. Met deze real-world test willen ze leren wat er nog meer nodig is om deze batterij als grootschalige oplossing in te zetten in ruim drie miljoen Nederlandse huishoudens.
Van warmtebatterij tot warmtetransport
Adan en zijn team begon dit experiment met het idee om een warmtebatterij te bouwen die kan werken als opslagmedium in homeS. Ze realiseerden zich echter dat deze thermische batterij warmteverliesvrij kan opslaan en besloten toen te onderzoeken of deze ook verliesvrij kan worden vervoerd. Het belangrijkste om hier te weten is dat er niets met deze warmtebatterij gebeurt tot het moment dat er geen water aan het droge zout wordt toegevoegd.
De team aan de Technische Universiteit Eindhoven (TNO) ziet het thermochemische principe niet alleen als een manier om warmte op te slaan, maar ook als een manier om warmte verliesvrij te transporteren. Dit zou een game changer zijn als je bedenkt dat warmtetransport, via leidingen of faseovergangen, altijd tegen verliezen aanloopt.
Ook onderzoekt het consortium industriële restwarmte als warmtebron, een soort 'warmteverspilling' die als bijproduct ontstaat in fabrieken of overtollige warmte uit datacenters. Ook voor deze warmtebatterijtest draait Adan een real world test waarbij de restwarmte van de “Chemelot Campus in Sittard-Geleen wordt afgevoerd naar een vijftigtal homes in de buurt in dezelfde gemeente.”
Adan legt uit: “Met een warmtelaadstation bij SABIC vangen we warmte op en drogen we het zout. Dit zout rijden we vervolgens per vrachtwagen naar een soort 'transformatorhuisje' in de woonwijk, vanwaar de vijftig homes worden via leidingen van warmte voorzien. We hoeven dus niet in de homezijzelf.”
Verder gaan dan technologie
Adan en zijn team bij spin-off Cellcius, de eerste gecombineerde spin-off van TNO en TU/e, hebben aangetoond dat hun warmtebatterijtechnologie kan fungeren als opslag- en transportmedium. Nu kijken ze naar de volgende grote stap in hun reis: dit omzetten in een product.
Het heeft een Europese subsidie van zeven cijfers ontvangen en heeft aanvullende financiering veiliggesteld om het residentiële pilootproject te realiseren. Met recente investeringen van de Brabantse Ontwikkelings Maatschappij, Innovation Industries en het GoeieGrutten Impactfonds heeft zij de laatste hand kunnen leggen aan de financiële kant van het warmtetransportproject.
“Hoewel het potentieel groot is, hebben we ook veel geweldige potentiële technologieën gezien die het niet hebben gehaald. Dus we houden onze voeten op de grond en doen dit stap voor stap. Ik doe dit maar voor één ding: het is geweldig om een bijdrage te kunnen leveren aan de energietransitie”, zegt Adan.