Ze worden al decennia toegepast: duizenden parabolische spiegels die zonnestralen op een brandpunt richten om warmte van 300 tot 800 graden Celsius op te wekken. Maar waarom groot als het beter kleiner kan? ‘De truc is om thermisch vermogen tot enkele Megawatts terug te brengen en hoge temperaturen te behouden terwijl je het systeem zo goedkoop maakt dat het met aardgas kan concurreren. Dat hebben wij gedaan’, vat Henk Arntz, oprichter en CEO, de filosofie van Suncom samen.
Arntz (36 jr.) is al vanaf zijn vroege jeugd gefascineerd door alles wat met energie te maken heeft. Volgens een recente publicatie in het FD maakte hij op het VWO liever sommen over waterstof dan naar de leraar te luisteren. Niet verwonderlijk studeerde hij later af aan de TU/e werktuigbouwkunde. Met de bul op zak en voortbouwend op zijn stage bij Schiphol vond Arntz zijn eerste bedrijf uit: Snocom. Sneeuwruimers op vliegvelden comprimeerden de sneeuw tot meer dan de helft van het volume, zodat bergen en opruimen veel gemakkelijker werd (daarvoor ontving hij in 2015 de ASML Young Talent Award). Schiphol, Helsinki en Parijs gebruiken ze nog steeds.
Na zeven jaar was dat over, verkocht hij Snocom aan een toeleverancier en startte, na een sabbatical en korte tijd als consultant, een bedrijf dat precies het tegenovergestelde deed: warmte uit geconcentreerd zonlicht voor de industrie opwekken. Suncom. Het kwartje daarvoor viel in de snikhete zomer van 2019 toen hij voor een laatste klus in Houston, Texas, moest zijn. Buiten was het meer dan dertig graden, in de taxi dankzij de airco een aangename achttien. Op het moment dat hij uitstapte, knalde de hittegolf weer in zijn gezicht. En toen hij de lobby van zijn hotel betrad waar, net als in de taxi, een airco op volle kracht stond te blazen, liep het zweet van zijn lijf en begon hij van de weeromstuit te niezen. Wat een verspilling van energie, dacht Arntz.
Zou je die hitte niet kunnen afvangen met zwarte matten waarachter je water doorheen laat stromen? Al snel schoof hij dat idee terzijde: zulk water krijg je nooit warmer dan negentig graden omdat de hoeveelheid warmte die je door straling verliest, even groot is als de warmte die binnenkomt door de zon. Warmtepompen zijn een oplossing, daar niet van, maar die zijn al tijden op de markt. Daarmee zou hij dus geen enkel verschil kunnen maken. ‘Tijdens mijn huwelijksreis dacht ik er verder over na en pakte mijn boeken erbij’, vertelt Arntz in het kantoor van Suncom te Houten. ‘Hoe kan je zonlicht nu zo concentreren dat je veel hogere temperaturen bereikt? En dat je dit principe ook toepasbaar maakt in stedelijke, c.q. industriële gebieden?’
Beter kleiner
Zo kwam de ingenieur uit op ‘Concentrated Solar Thermal’ (of CST). Grootschalige installaties (waarbij de mens in het niet valt) concentreren zonlicht in een brandpunt, vergelijkbaar met de werking van een vergrootglas. Met die warmte – van driehonderd tot duizend graden Celsius – wordt een stoomturbine aangedreven die de thermische energie vervolgens in stroom omzet (Concentrated Solar Power of CSP).
‘Zulke systemen bestaan sinds eind vorige eeuw in (sub)tropische gebieden’, licht hij toe, ‘maar elke module is zeven meter breed en honderd meter lang. Dat is veel te groot, veel te krachtig voor industriële toepassingen in en rond steden. Zulke troggen zal je dus veel kleiner moeten maken. Een doorsnee fabriek heeft namelijk maar een paar Megawatt aan thermisch vermogen nodig. Wat wij wilden is een relatief kleine CST-installatie die vergelijkbare hoge temperaturen kan halen maar ondertussen wel in een zeecontainer past, tegen dezelfde kostprijs als aardgas of lager.’
Aanvankelijk leverde dat een aantal grote uitdagingen op. ‘Als je de spiegels verkleint naar twee meter dertig voor vervoer in een zeecontainer’, verduidelijkt Arntz, ‘dan vang je veel minder licht per strekkende meter op. En als je het punt waarop je mikt ook navenant afschaalt, dan wordt de ontvanger waar de vloeistof – industriële olie of water – doorheen stroomt zo dun als een rietje. De drukval schiet op dat moment door het dak, je krijgt die vloeistof absoluut niet meer van punt A naar punt B.’
Arntz en zijn technici zijn er echter in geslaagd om dat probleem op te lossen dankzij een bekende padvinderstruc. Natuurkundigen kennen het principe daarachter wel: hoe kleiner het brandpunt, des te heter het ook wordt. De oprichter vervolgt: ‘In plaats van zonlicht te concentreren op een rond, gebogen oppervlak doen we dat op een vierkante buis. Daarmee kunnen we het licht vijftig procent meer concentreren en haal je veel hogere temperaturen, tot wel vijfhonderd graden Celsius aan toe. Die filosofie zit ook in ons hele ontwerpproces: lagere stabiele kostprijzen bij hogere temperaturen.’
De CSP-installatie van Suncom – SunFleet genaamd – bestaat uit vier onderdelen. Arntz: de spiegels van ‘SunArc’ wekken warmte op, ‘SunTES’ buffert die warmte en onze elektronica zorgt voor levering aan de fabriek waarbij hun energievoorziening volledig intact blijft. Als laatste hebben we de ‘Power2Heat’ (of P2H) installatie. Als de stroomprijs laag of zelfs negatief wordt, bijvoorbeeld bij overtollig aanbod van wind- en zonnestroom, zet onze P2H installatie stroom in warmte om en transporteert die naar de warmtebuffer voor later gebruik.’
Plataforma Solar de Almeria
Voordat een systeem op de markt komt, is het natuurlijk wel zaak om dat rigoureus te testen. Dat heeft Suncom gedaan in Zuid-Spanje, bij het PSA (Plataforma Solar de Almeria). Het platform bestaat al vanaf 1981 en is het grootste R&D centrum voor zonne-energie, vooral voor CSP, in Europa. Mede dankzij de inspanningen van het platform is Spanje sinds de jaren ’10 van deze eeuw tot wereldmarktleider grootschalig CSP uitgegroeid. Op dit moment heeft het land al enkele dozijnen CSP-centrales, goed voor bijna tien procent van de totale stroomvoorziening. Het platform beschikt over uitgebreide kennis en expertise van diverse soorten zonne-systemen waarvan Suncom ook al ruimschoots heeft geprofiteerd.
Ruim vierhonderd kilometer verderop, aan de Avenida de Idea in Jerez de la Frontera (Zuid-Spanje), staat vanaf begin dit jaar de tweede werkende opstelling van Suncom: veertig parabolische spiegels zorgen voor warmte die nodig is voor pasteurisatie bij Smileat, een snelgroeiende, jonge Spaanse onderneming in biologische babyvoeding. Eerst liet Smileat, net als anderen aan de Avenida, bijna volcontinu een dieselmotor draaien waardoor de muren van het bedrijfspand roetzwart uitsloegen.
Met de CST-installatie van Suncom hoeft dat niet langer en bespaart Smileat volgens Suncom meer dan tachtig procent op diesel, vele tonnen aan CO2-uitstoot en jaarlijks 20.000 euro op de energierekening (om maar te zwijgen van minder afhankelijkheid van fossiele brandstoffen nu ook de VS dat als sterk politiek drukmiddel gebruiken). Als het aan Arntz ligt, worden ook de andere dieselmotoren aan de Avenida door zijn zonne-installaties vervangen.
Verbeteringen
‘In het platform zitten meer dan honderd onderzoekers, de beste op hun vakgebied’, gaat de oprichter door. ‘Alle onderdelen van CSP hebben ze in de afgelopen twintig jaar al eens door hun handen laten gaan. Wij hebben waardevolle feedback gekregen op zelfs de kleinste component die we maar hadden, inclusief de toeleveranciers die daarbij horen. Tot 2022 bestonden onze spiegels uit aluminium, ingeklemd in een stalen constructie. Door de verschillende uitzettingscoëfficiënten was fabricage nogal lastig. Aan glazen spiegels hadden we eerst niet gedacht.’
‘We verkeerden namelijk in de veronderstelling dat glas razend duur zou zijn’, licht Arntz toe. ‘Het tegendeel bleek waar. Als je van de bestaande supply chain van glazen spiegels gebruik maakt, is dat veel slimmer dan om zelf de aluminium spiegels in de juiste vorm te buigen. Met gebogen gehard glas kan je, net als bij autoruiten, uiterst nauwkeurig werken. Voor ons scheelde dat veel leergeld.’
Inmiddels heeft Suncom twee supply chains, een in Nederland, de andere in Spanje (hun nieuwe officemanager is Argentijns, spreekt vloeiend Engels en een woordje Nederlands). ‘We hadden hier natuurlijk al een aanleveringslijn’, zegt Arntz, ‘maar sinds begin dit jaar ook een nevenvestiging in Sevilla, geleid door een ervaren collega uit Barcelona. Voor de Spaanse markt zullen we opnieuw lokale vaklieden aannemen, bijvoorbeeld mensen die al eerder voor een CSP-centrale hebben gewerkt.’
Suncom gaat de komende jaren niet zozeer hun CST-installatie verkopen als wel hun concept ‘heat as a service’. ‘Een fabriek koopt namelijk geen spiegels maar warmte’, verduidelijkt Arntz. ‘In plaats van aardgas of LNG van vooral buitenlandse spelers af te nemen, leveren wij warmte. Zij hoeven alleen de lagere maandelijkse rekening te betalen, net zoals eerder bij fossiele inkoop. Wanneer je industriële partijen op CSP wilt laten overstappen, dan moet je naar dat niveau gaan. Spiegels zijn daarvan slechts een onderdeel, net als buffers en elektronica om de spiegels, afname en verbruik aan te sturen. Binnen Suncom noemen we dat ‘heat as a service’ (of HaaS): warmte op een afgesproken temperatuur gedurende een lange periode.’
Focus op Europa
Arntz geeft aan dat hij veel steun van vrienden maar vooral van RVO in de cruciale eerste fase van zijn bedrijf heeft gehad. ‘Toen ik begon’, vertelt hij, ‘heb ik al mijn verdiensten uit mijn eerste bedrijf in Suncom gestort. Ook de overheid heeft met een vroegefaselening aan onze start bijgedragen. En dankzij een HER+-subsidie konden we vorig jaar de eerste CST-centrale bij een kalverhouder in het Brabantse Someren realiseren. Daar staan nu vijftig SunArcs opgesteld die jaarlijks 460 MWh opwekken. De kalverhouder hoeft niet langer dure houtpellets te verstoken om de melk voor zijn tweeduizend stuks jongvee dagelijks op 72 graden te brengen. Voldoende financiering en aansprekende voorbeelden zijn cruciaal.’
Van de agrarische sectoren die warmte nodig hebben (kalveren, kippen, varkens en champignons) is Suncom inmiddels afgestapt. ‘Hun warmtebehoefte is relatief laag, ook qua volume’, legt Arntz uit. ‘Aan de kostenkant moeten we daardoor veel meer elektronica, kasten en fabrieksintegratie inzetten dan spiegels die warmte opwekken. Op die manier kom je moeilijk tot een competitief aanbod.’
De oprichter en CEO heeft een duidelijke route naar 2030 voor Suncom uitgestippeld: industriële partijen die honderd tot vijfhonderd graden warmte voor hun processen willen afnemen en met hoge energieprijzen worden geconfronteerd. ‘Als je mondiaal kijkt’, zegt hij, ‘dan heeft West-Europa de hoogste energieprijs, zeker Nederland na het stilvallen van de winning uit het Groninger veld. Wij concurreren eerder met aardgas dan met steenkool uit Zuid-Afrika of schaliegas uit de VS.’
Tegenwoordig richt Suncom haar pijlen vooral op de voedingsmiddelenindustrie. Met een jaarlijkse omzet van maar liefst 1,2 biljoen euro en bijna vijf miljoen werknemers is ‘food and beverage’ de grootste maakindustrie van Europa. Bovendien is de sector behoorlijk divers: van melk, koffie en brood tot kaas, chocolade en bier. Wat ‘food and beverage’ voor Suncom zo aantrekkelijk maakt, is dat deze bedrijven één ding gemeen hebben: niet alleen liggen hun bedrijfsprocessen in een zeer gunstig temperatuurbereik voor CST.
‘Als je er een classificatie aan wilt hangen’, zo rondt Arntz af, ‘dan komt ‘food and beverage’ eerst, dan papier en pulp en tenslotte de chemie. Weliswaar leid ik Suncom maar ik doe het niet alleen. Wout Gubbels, een vroegere studiegenoot aan de TU/e, is CTO en Jules Ravenstein, eveneens afkomstig van de TU/e, is COO. Met hen en ruim een dozijn medewerkers hebben we binnen vijf jaar een goed lopend bedrijf uit de grond getrokken. We zijn klaar voor de komende vijf jaar. Na Spanje en Nederland gaan we onze activiteiten naar andere landen uitbreiden. Ons doel is om in 2030 de grootste speler in industriële warmte in Europa te zijn.’
Oorsprong CSP
CSP is al oud. Archimedes, de grote wiskundige, maakte al gebruik van parabolische spiegels om vijandelijke schepen in brand te steken, Romeinen die tijdens de tweede Punische oorlog zijn Syracuse belegerden (214 – 212 v. Chr.). Sinds de Renaissance is de methode onderwerp van felle discussie. Hoogstwaarschijnlijk berust het verhaal op een mythe, zeker als je in ogenschouw neemt dat schepen tijdens zeegevechten zullen bewegen (waardoor een vast brandpunt schier onmogelijk wordt).
Geen mythe is de ‘Pyreliophorus’ die de Portugese priester Manuel António Gomes, ook bekend als padre Himalaya, op de St. Louis World’s Fair in 1904 demonstreerde. Zijn installatie bestond uit 6117 spiegels op een oppervlakte van veertig hectare die een temperatuur van bijna vierduizend graden Celsius kon opwekken, ruim voldoende om steen en metaal te laten smelten. Hoewel de priester er diverse (hoofd)prijzen mee won, heeft de ‘Pyreliophorus’ niet tot echte toepassingen geleid.
Dat bleek wel het geval bij de CSP ontwerpen van Frank Schuman. Op verzoek van zijn oom verhuisde hij naar Philadelphia om zijn innovatieve ideeën over glas uit te werken. Schuman stond haaks op zijn tijd: terwijl Philadelphia, indertijd het bruisende hart van R&D naar en toepassingen van fossiele brandstoffen, onder de smog kwam te zitten en de stad boetes uitdeelde op overschrijding van het volume aan rook, schreef hij al in de ‘Scientific American’ dat ‘het menselijk ras zonne-energie moet gebruiken of het zal tot barbarij vervallen’. De reden die hij daarvoor gaf, was puur wiskundig: aardolie en aardgas zijn eindig, de energie van de zon niet.
In 1913 kreeg hij de kans om, dankzij Britse investeerders en de opbrengsten van zijn patenten op onder meer veiligheidsglas, zijn ideeën over CSP commercieel in Egypte te verwezenlijken, indertijd een Brits protectoraat. In de woestijn, vlakbij Cairo, zette Schuman een CSP-installatie op die een kleine stoomturbine aandreef en water van de Nijl naar de landerijen pompte, goedkoper dan het oppompen door middel van de inzet van vervuilende, fossiele brandstoffen. Paralellen met tegenwoordig zijn duidelijk te trekken. Door het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog vlak daarna zijn Schuman en zijn uitvinding in de vergetelheid geraakt.
