Een batterij die witgloeiend heet wordt om elektriciteit op te slaan klinkt als sciencefiction. Toch claimt een MIT-spinout dat hun systeem goedkoper, krachtiger én duurzamer is dan lithium-ion. Is dit de langverwachte doorbraak in energieopslag?
De energietransitie kampt met een hardnekkig probleem: wat doe je met overtollige stroom van zon en wind als de vraag laag is? Traditionele batterijen, zoals lithium-ion, zijn duur en vooral geschikt voor kortdurende opslag.
Een nieuwe technologie gooit het over een compleet andere boeg: elektriciteit opslaan als hitte. Fourth Power, een MIT-spinout, ontwikkelt een systeem dat elektriciteit omzet in hitte door grafietblokken tot 2.400 graden Celsius te verhitten en de opgeslagen warmte vervolgens opnieuw in elektriciteit omzet.
Van elektriciteit naar hitte, en terug
In plaats van traditionele metalen systemen gebruikt Fourth Power vloeibaar tin om warmte te transporteren en slaat het systeem die warmte vervolgens op in massieve grafietblokken. Het systeem verhit deze blokken tot ongeveer 2.400 graden Celsius – bijna half zo heet als het oppervlak van de zon – zodat ze witgloeiend worden en licht uitstralen.
Thermofotovoltaïsche (TPV) cellen zetten het licht vervolgens om in elektriciteit, vergelijkbaar met hoe zonnepanelen zonlicht omzetten, maar dan afgestemd op infrarood en witgloeiend licht van de batterij.
Het resultaat: een batterij die 10 tot meer dan 100 uur elektriciteit kan leveren tegen een fractie van de kosten van lithium-ion. Bovendien verliest het systeem slechts 1% van de opgeslagen energie per dag, wat het uitermate geschikt maakt voor langdurige opslag.
Hoe heter, hoe beter
Volgens Asegun Henry, oprichter van Fourth Power en hoogleraar warmtetransport aan MIT, draait alles om power density. “Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller warmte kan worden overgedragen en hoe kleiner en goedkoper het systeem kan worden,” legt Henry uit.
Het gebruik van grafiet is hierbij cruciaal. In tegenstelling tot metalen, die bij hoge temperaturen corroderen en degradatie ondergaan, blijft grafiet stabiel en kan het talloze cycli doorstaan. Hetzelfde geldt voor tin, dat niet reageert met het koolstofmateriaal.
Een bijkomend voordeel is dat het systeem modulair is: extra opslagmodules breiden de capaciteit uit. Zo levert één systeem 10 uur energie, en met extra modules kan het worden uitgebreid tot 20 uur.
Recordbrekende prestaties
De technologie van Fourth Power heeft al meerdere wereldrecords opgeleverd:
- Warmste vloeistofpomp (2017): een keramische en grafietpomp die witgloeiende vloeibare tin kan verplaatsen bij temperaturen boven 1.200 °C.
- TPV-efficiëntie: de thermofotovoltaïsche cellen bereikten een omzettingsefficiëntie van boven de 40%, ongekend hoog voor dit type technologie.
Deze prestaties tonen aan dat het systeem niet alleen theoretisch werkt, maar ook praktisch en duurzaam kan worden toegepast.
25 MW vermogen en 250 MWh opslagcapaciteit
Het systeem is ontworpen voor diverse toepassingen. Denk aan langdurige opslag van overtollige wind- en zonne-energie, of betrouwbare stroomvoorziening bij piekbelasting of stroomuitval. Ook kunnen de hoge temperaturen direct gebruikt worden in industriële processen.
Een volledige installatie kan tot 25 MW vermogen leveren en 250 MWh opslaan, op een oppervlakte van ongeveer een half voetbalveld. Vergeleken met conventionele opslagsystemen is dat extreem efficiënt: tot 10 keer meer energie per hectare.
De weg naar grootschalige toepassing
Later dit jaar plant Fourth Power een 1 MWh demonstratiesysteem in Bedford, Massachusetts. Als dit succesvol is, kan de technologie op grote schaal worden uitgerold, waardoor lithium-ionbatterijen overbodig worden voor veel langdurige opslagtoepassingen.
CEO Arvin Ganesan, die eerder verantwoordelijk was voor wereldwijde energieprojecten bij Apple, ziet de technologie als een mogelijke gamechanger: “De wereld wacht op iets dat goedkoper is dan lithium-ion en net zo betrouwbaar, zo niet beter.”
Absurd of geniaal?
Een batterij die bewust wordt verhit tot temperaturen waarbij materialen witgloeiend worden, klinkt op het eerste gezicht misschien absurd. Maar onder de oppervlakte is het idee verrassend logisch.
Warmte opslaan is vaak eenvoudiger dan elektriciteit opslaan, en materialen zoals grafiet zijn goedkoop en robuust. Bovendien maken hoge temperaturen systemen compacter en efficiënter. De echte vraag is dus niet of het werkt – dat lijkt inmiddels bewezen in prototypes – maar of het op grote schaal betrouwbaar en goedkoop genoeg kan worden.
Fysica gedraaid
Wat Fourth Power onderscheidt, is het slimme gebruik van materiaaleigenschappen, hoge temperaturen en licht-omzettingstechnologie. In plaats van vast te houden aan traditionele beperkingen van metalen en chemische batterijen, hebben Henry en zijn team de fysica gedraaid: de juiste materialen kiezen en daar een systeem omheen bouwen.
Dit kan een grote stap betekenen in de strijd tegen klimaatverandering. Het systeem biedt een efficiëntere, betrouwbaardere en goedkopere manier om hernieuwbare energie op te slaan. Zo blijft zonne- en windenergie beschikbaar, zelfs als de zon niet schijnt of de wind niet waait.
Bouwsteen voor een duurzame toekomst
Fourth Power laat zien dat energieopslag niet alleen gaat over batterijen, maar over intelligente toepassing van warmte en materialen. Het witgloeiende hart van hun thermische batterij is misschien het begin van een nieuwe generatie energieopslag die grootschalig en betaalbaar is – een essentiële bouwsteen voor een duurzame toekomst.
