Gerald Schut
De energietransitie belooft een permanente balanceer act te worden tussen een variabele energievraag en nog variabeler -aanbod. Betaalbare kort-cyclische opslag staat voor de deur in de vorm van batterijen. TNO hoopt met de thermochemische warmtebatterij een oplossing gevonden te hebben voor energieopslag voor de middellange (weken en maanden) en lange termijn (jaar).
In Breda test TNO binnen het project SSUSG (Sustainable Selfsupporting Urban Smart Grid) op dit moment een vacuümreactor voor individuele huishoudens. In de reactor (formaat koelkast) wordt warmte opgeslagen door natriumsulfide te ontdoen van water. Om precies te zijn gaat het opladen zo: Na2S-5H2O (natriumsulfide-pentahydraat) + 80°C warmte à Na2S-0,5H2O (natriumsulfide-hemihydraat) + 4,5 H2O. Door vervolgens waterdamp aan de gedroogde zoutkristallen toe te voegen vindt de omgekeerde reactie plaats met dien verstande dat de vrijkomende warmte een temperatuur van 65°C heeft. De warmtebatterij wordt verliesvrij genoemd, maar dat slaat alleen op de thermochemische opslag zelf. Bij de omzettingen treden wel degelijk verliezen op. Hoeveel precies is nog niet bekend, maar de hoop is dat die onder de 10 % blijven, vertelt Ruud Cuypers, onderzoeker compacte warmteopslag bij TNO. ‘Wij slaan de warmte op als chemische potentiaal. Zulke opslag kan je vrijwel zonder energieverlies afkoelen tot kamertemperatuur.’
‘70 % van de huidige gebouwde omgeving zal er in 2050 nog staan. Daarvoor is een vorm van warmteopslag van belang. Wij denken dat deze warmtebatterij daar een belangrijke rol in kan spelen.’ De vacuümreactor haalt nu met 0,35 GJ/m3 een vijfmaal hogere opslagdichtheid dan een waterboiler. De hoop is dat dat naar 0,5 GJ/m3 kan. Cuypers: ‘De demo-installatie is een container met een inhoud van 0,5 GJ en een vermogen van 1,5 kW. Daarmee kan je 60 à 70 uur warmte leveren. Voor een huishouden verzorg je daarmee ongeveer een week aan warmteopslag. De units zijn schaalbaar, dus de use case zal bepalen welk vermogen ze zullen moeten krijgen.’
Het ondersteunen van warmtepompen op koude dagen is een van de belangrijke use cases, waar Cuypers aan denkt. ‘Door het vereiste piekvermogen van een warmtepomp te verlagen, kan je toe met een veel goedkoper exemplaar.’ Een andere toepassing is juist om de warmtepomp te gebruiken om de warmtebatterij op te laden op moment dat de stroom goedkoop is door overschotten. De extreme use case daarvan is de inzet van stroom van de eigen zonnepanelen als de salderingsregeling is afgeschaft en die zonnestroom weinig meer opbrengt.
TNO hoopt een prijs van €3.000 per GJ te bereiken. Dat is vergelijkbaar met de energie-inhoud van 30 m3 aardgas. Cuypers: ‘Wij gaan uit van 5 à 15 cycli per jaar. In onze berekeningen komen we dan op een terugverdientijd tussen de 6 en 24 jaar.’ Dat klinkt helemaal niet verkeerd voor een installatie die meer dan 20 jaar moet meegaan. Cuypers: ‘Veelbelovend is het woord dat wij dan gebruiken. Tot nu toe is er na 5 jaar nauwelijks degradatie aan de warmtewisselaar en de binnenkant van de reactor. Dat is een hoopvolle constatering.’
Energieadviseur Henk de Beijer, die met TNO werkt aan het naar de markt brengen van het concept is optimistisch: ‘De introductie van de cv-ketel heeft ook 30 jaar geduurd. De eerste 15 jaar is de cv-ketel gesubsidieerd geweest. Dat zijn we vaak vergeten. De hr-ketel heeft een kostprijsreductie van een factor 5 doorgemaakt in een periode van 40 jaar. Van prototype tot markt duurt doorgaans 5 tot 7 jaar.’
Ondertussen werkt TNO in Eindhoven via HEAT INSYDE aan een warmtebatterij op basis van het closed-loop principe, onder atmosferische druk. Hierbij kan de opslag los staan van de reactor. Het doel is uiteindelijk om de gedroogde zoutkristallen elders in een groter vat op te slaan. Zo wordt de opslagcapaciteit onafhankelijk van het vermogen, waardoor grootschaligere toepassingen in zicht komen. Het zeer corrosieve natriumsulfide is door het open karakter te gevaarlijk. Kaliumcarbonaat (K2CO3) met een iets lager energiedichtheid is daar het opslagkristal. HEAT INSYDE werkt aan pilots in Eindhoven, Gdansk en Nice.
Beide technieken hebben volgens TNO een technology readiness level (TRL) van 6 à 7: ergens tussen volledig prototype en pre-commercieel demonstratiemodel.
Bekijk ook een webinar over de warmtebatterij.
