Volkskrant.nl Bard van de Weijer25 april 2022, 05:00
Warmtebatterijen vol zout kunnen ‘miljoenen huishoudens van gas afhalen’
Restwarmte aftappen in de industrie, om daar later kantoren en huizen mee te verwarmen. Nederlandse wetenschappers boeken succes met een zogeheten warmtebatterij. Cruciaal ingrediënt van die batterij? Doodgewoon zout.
Halverwege het gesprek haalt Olaf Adan een glazen buisje uit zijn broekzak met witte bolletjes ter grootte van peperkorrels. Hij giet er een beetje kraanwater bij en overhandigt het aan de verslaggever die bij het aanpakken bijna zijn vingers brandt; het buisje is gloeiend heet geworden.
Wat Adan (hoogleraar technische natuurkunde TU Eindhoven, hoofdonderzoeker bij TNO) zojuist overhandigde is een warmtebatterij, een accu voor warmte. Het principe is als volgt: laad de batterij op bij plaatsen met veel restwarmte, bijvoorbeeld bij een energiecentrale, en gebruik die warmte later op een andere plaats, bij woningen of kantoren.
In tegenstelling tot Lithium-ion-accu’s in elektrische auto’s, bevat de batterij waar Adan en mede-onderzoekers in Eindhoven aan werken, geen giftige chemicaliën, geen zeldzame of kostbare materialen. De warmte die erin gaat, blijft oneindig bewaard tot je haar nodig hebt. Wat is het wonderspul in deze batterij? Zout. Kaliumcarbonaat, om precies te zijn – ongevaarlijk, goedkoop en overvloedig beschikbaar.
Theorie en praktijk
Het thermochemisch proces dat ten grondslag ligt aan de warmtebatterij, is al lang bekend. Door water te verdampen uit zout, verandert de kristalstructuur en neemt het energie op. Die energie kan zonder verlies getransporteerd. Voeg vervolgens water toe en er komt warmte vrij. Veel warmte. Een kubieke meter zout kan 1,3 gigajoule energie opslaan. Dat is omgerekend 361 kilowattuur, net zo veel als in de accu’s van ongeveer zeven middelgrote e-auto’s past.
Hoewel het principe dus algemeen bekend is, wordt de warmtebatterij nog maar nauwelijks toegepast. Dit komt, zoals zo vaak, doordat theorie en praktijk zich niet makkelijk laten verenigen. Zo was het zout vaak niet stabiel (het valt na een paar keer laden en ontladen uiteen) en was er geen betaalbaar apparaat dat de warmte eenvoudig op kon slaan en weer los kon weken uit het zout.
‘Op deze twee punten hebben we de laatste jaren een doorbraak bereikt’, zegt Adan in zijn kantoor in Eindhoven. De onderzoekers zijn erin geslaagd de zoutkorrels stabieler te maken en hebben een apparaat gebouwd dat de opgeslagen energie makkelijk kan oogsten. De installatie die in de hal van zijn Eindhovense kantoor staat, lijkt verdomd veel op de cv-installatie zoals die bij veel Nederlanders op zolder staat. De componenten zijn ook tamelijk eenvoudig: er is een ventilator, nodig om lucht vermengd met waterdamp langs de zoutkorrels te blazen. Er is een drukvat waar de zoutkorrels in een bed liggen, een warmtewisselaar om de warmte aan en af te voeren, een verdamper en een condensor – allemaal standaardspul. ‘Komt zo van de plank.’
Het mooie is dat het vermogen dat de installatie afgeeft, regelbaar is afhankelijk van de warmtebehoefte. ‘We werken met een temperatuur van ongeveer 65 graden Celsius’, zegt Adan. Daarmee kan het systeem zo worden aangesloten op een bestaande cv-installatie. Dit biedt grote mogelijkheden om het warmtegebruik in Nederland te vergroenen, stelt de hoogleraar.
Drie tot zes miljoen huishoudens van het gas
Duurzame warmte is een van de pijlers onder de energietransitie. Nu minister Jetten van Klimaat biomassa voor warmtetoepassingen tot taboe heeft verklaard en Nederland sowieso al nauwelijks van het gas te krijgen was, dreigt ook dit onderdeel van de overgang naar duurzame energie vast te lopen. Adan heeft goed nieuws: zijn vinding kan drie tot zes miljoen huishoudens van het gas halen.
Restwarmte is er in Nederland in overvloed: ongeveer 1,5 petajoule per jaar. Dit is laagwaardige warmte, onder de 150 graden Celsius, waar de industrie weinig mee kan. Ze wordt daarom geloosd op het oppervlaktewater of in de lucht. Vang die warmte in Adans zouten en transporteer ze naar plekken waar het nodig is. Bijvoorbeeld in een grote kantoorbatterij, of een flinke unit in de wijk, waar de installatie het zout weer kan omzetten in warm water.
Het voordeel van het opslaan en transporteren van restwarmte is dat er geen grote warmtenetten nodig zijn, zegt Adan. Die zijn duur, de aanleg vergt veel tijd, ze hebben hoge aanloopverliezen (omdat het warmtenet vaak eerst moet aangelegd en er pas later klanten komen) en als de warmtebron wegvalt, is het leidingnet waardeloos. Met de methode-Adan kun je warmte overal ophalen en afleveren, bij wijze van spreken zoals de kolenboer vroeger de kolenkit in de achtertuin vulde. En als een warmtebron verdwijnt, haal je de warmte elders, zegt de hoogleraar.
Warmtebatterij als airco
‘Een veelbelovende toepassing’, zegt hoogleraar vaste stof chemie Elias Vlieg van de Radboud Universiteit. Er wordt volgens hem nu op veel plaatsen aan de keten gewerkt, maar ziet dat ook nog veel onderzoekswerk nodig is. ‘Zo weet ik nog niet zeker of kaliumcarbonaat de beste kandidaat is’, zegt hij. Kan best, maar mogelijk zijn er nog zouten met een nog hogere energiedichtheid.
Om hun vinding commercieel uit te kunnen baten, is de Eindhovense onderzoeksgroep een start-up begonnen: Cellcius. Volgend jaar begint een proef in Limburg waarbij warmte wordt gewonnen bij industriecomplex Chemelot, die naar woningen in Sittard-Geleen wordt getransporteerd.
Hoogleraar Adan heeft nog een laatste troef: in huizen en kantoren kan zijn warmtebatterij ook ‘andersom’ werken: in de zomer kan warmte uit gebouwen worden gebruikt om water uit het zout te halen (en er dus energie in te stoppen). Door warmte aan gebouwen te onttrekken, fungeert het systeem als een airco. De in het zout opgeslagen warmte kan op een later moment weer worden gebruikt.
Vlieg is positief: ‘Ik ben ervan overtuigd dat we hele terrein van interessante mogelijkheden nog lang niet hebben afgegraasd.’