Onderzoekers hebben een manier gevonden om warmtepompen warmte te laten opslaan en slim vrij te geven. Zo wordt goedkope stroom overdag opgeslagen en later gebruikt, zonder dat er een extra accu in huis nodig is.
De gemiddelde warmtepomp in Nederlandse huizen werkt al duurzaam, maar onderzoekers in Noorwegen en Zwitserland hebben een manier gevonden om het potentieel van deze apparaten nog verder te benutten.
Dankzij een innovatieve toepassing van zouthydraten kunnen warmtepompen voortaan functioneren als thermische batterijen. De warmtepomp kan dan energie opslaan wanneer stroom goedkoop is, en vrijgeven wanneer het nodig is. Dit kan niet alleen de energierekening verlagen, maar ook helpen om fossiele piekenergie te vermijden tijdens drukke momenten op het net.
Duurzaam, maar niet perfect
Warmtepompen winnen energie uit de omgeving om huizen te verwarmen in de winter en te koelen in de zomer. Wanneer ze worden gevoed met hernieuwbare energie, zoals zon of wind, zijn ze een bijzonder duurzame oplossing.
Maar er zit een addertje onder het gras: het aanbod van hernieuwbare energie fluctueert. Vooral in de avonduren, wanneer veel huishoudens hun energieverbruik piekt, kan het netwerk afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen. Dat betekent dat de warmtepomp op dat moment niet altijd volledig duurzaam werkt. Batterijen kunnen elektrische energie opslaan, maar zijn duur. Bovendien vragen ze schaarse grondstoffen en zijn niet altijd de meest efficiënte oplossing voor warmte.
Warmtepomp als thermische thuisbatterij
Wat als je warmte zelf kunt opslaan, precies daar waar je die nodig hebt? Dat is precies waar onderzoekers van de Noorse onderzoeksorganisatie SINTEF en het Zwitserse bedrijf COWA Thermal Solutions aan hebben gewerkt. Hun oplossing maakt van een gewone warmtepomp een thermische batterij: een systeem dat warmte opslaat wanneer stroom goedkoop en duurzaam is, en die warmte weer vrijgeeft tijdens piekuren.
Het grote verschil met bestaande warmteopslag? Die zijn meestal grootschalig en bedoeld voor industrie of warmtenetten. Deze technologie is juist ontworpen voor particuliere woningen.
De sleutel: zouthydraten
De innovatie draait om zogenoemde zouthydraten. Dat zijn speciale zouten waarin water moleculair is ‘opgesloten’. Ze gedragen zich heel anders dan keukenzout. Zouthydraten zijn zogenoemde faseveranderingsmaterialen (PCM’s). Wanneer ze worden verwarmd, smelten ze van vast naar vloeibaar en slaan daarbij grote hoeveelheden warmte op. Koelen ze weer af, dan stollen ze en geven die warmte gecontroleerd vrij.
“Zouthydraten slaan water op in hun structuur en reageren op een unieke manier op warmte,” legt Galina Simonsen, senior onderzoeker bij SINTEF, uit.
Veel compacter dan een buffervat
Het grote voordeel: zout hydraten kunnen veel meer warmte per volume-eenheid opslaan dan water. Daardoor is de opslag aanzienlijk compacter.
Volgens de onderzoekers neemt een warmteopslag met zout hydraten tot vier keer minder ruimte in dan een traditioneel warmwaterbuffervat. Dat maakt de technologie geschikt voor bestaande woningen, waar ruimte vaak schaars is. Daarnaast zijn zouthydraten ook niet toxisch of brandbaar, het is relatief goedkoop, en bijzonder goed geschikt voor langdurige warmteopslag zonder veel verlies. Dat maakt ze aantrekkelijk voor toepassing in woonhuizen.
Slim laden bij lage stroomprijzen
In de praktijk betekent dit dat een warmtepomp bijvoorbeeld overdag, wanneer er veel zonne-energie beschikbaar is en stroom goedkoop is, extra warmte kan produceren en opslaan in het hydraat. ’s Avonds of ’s nachts kan die opgeslagen warmte worden gebruikt zonder dat de warmtepomp opnieuw hoeft te draaien.
Dit verlaagt niet alleen de energiekosten voor bewoners, maar ontlast ook het elektriciteitsnet tijdens piekmomenten — een groeiend probleem in Nederland.
Gerecycled aluminium als warmteverdeler
Een belangrijke technische uitdaging was het gelijkmatig laden en ontladen van het hydraat. SINTEF ontwikkelde daarvoor speciale koel- en verwarmingsvinnen van gerecycled aluminium.
Aluminium is licht, goed vervormbaar en heeft een hoge thermische geleidbaarheid. Door het gebruik van gerecycled materiaal wordt bovendien de milieubelasting verlaagd en sluit het systeem beter aan bij circulaire ontwerpprincipes.
Corrosie opgelost met pannencoating
Er was echter een probleem: gerecycled aluminium bevat onzuiverheden en is gevoelig voor corrosie, zeker in combinatie met zouthydraten.
De oplossing kwam uit een onverwachte hoek. De onderzoekers pasten plasma electrolytic oxidation (PEO) toe. Een techniek die ook wordt gebruikt voor de keramische coatings van antiaanbakpannen. Deze behandeling vormt een dunne, harde keramische laag op het aluminium, waardoor het materiaal bestand wordt tegen corrosie zonder zijn warmtegeleiding te verliezen.
Belang voor energietransitie en netcongestie
Deze ontwikkeling raakt aan meerdere actuele thema’s: netcongestie, dynamische energieprijzen en de verdere elektrificatie van de gebouwde omgeving. Door warmte lokaal op te slaan, wordt flexibiliteit toegevoegd aan het energiesysteem. Dat is precies wat nodig is bij een groeiend aandeel zon en wind.
Thermische opslag is bovendien vaak efficiënter en goedkoper dan elektrische opslag, zeker wanneer de opgeslagen energie uiteindelijk toch als warmte wordt gebruikt.
Meer dan een alternatief voor de cv-ketel
Hoewel de technologie zich nog in de onderzoeksfase bevindt, laat dit project zien dat warmteopslag op woningniveau technisch én economisch haalbaar wordt. Als dit soort systemen op grotere schaal beschikbaar komen, kan de warmtepomp uitgroeien tot meer dan een duurzaam alternatief voor de cv-ketel: een actieve speler in het energiesysteem.
