Sinds enkele jaren wordt energieopslag in zoutbatterijen geadverteerd als een milieuvriendelijk concept dat de warmtetransitie kan helpen versnellen. Maar de productontwikkeling is pas sinds kort echt op gang gekomen, zegt Jelle Houben, promovendus aan de TU/e. Hij onderzocht hoe materialen kunnen worden verbeterd om de energieopslagcapaciteit van de batterij te vergroten en ontwikkelde onlangs een zoutbatterij – in samenwerking met spin-off Cellcius – die zal worden gebruikt voor praktijktests in woonhuizen.
Jelle Houben verdedigde op 9 maart zijn proefschrift bij de vakgroep Technische Natuurkunde.
Als het aan werktuigbouwkundige Jelle Houben ligt, heeft elk huishouden in de nabije toekomst een apparaat ter grootte van een grote koelkast gevuld met zouttabletten. De energie die in dit apparaat is opgeslagen, kan worden gebruikt om onze huizen te verwarmen en wanneer de batterij leeg is, kan deze worden opgeladen met behulp van hernieuwbare energie. Een milieuvriendelijke oplossing die kan helpen bij het creëren van een aardgasvrije gebouwde omgeving.
De zoutbatterij bestaat uit vier componenten die in een gesloten systeem met elkaar zijn verbonden. Illustratie: Jelle Houben
Octrooi
Sinds zijn afstudeerproject werkt Houben aan manieren om de zoutbatterij toepasbaar te maken. Het nieuwe closed-loop systeem dat hij enige tijd geleden samen met Pim Donkers ontwikkelde en waarop hij patenteerde, wordt momenteel verder ontwikkeld door TU/e spin-off Cellcius. In het kader van zijn afstudeeronderzoek vestigde Houben zich tijdelijk bij de afdeling Technische Natuurkunde om de chemische reactie in de zoutbatterij te verbeteren. Hij verdedigt zijn proefschrift op donderdag 9 maart.
Houben legt aan de hand van een schematisch schema uit hoe de zoutbatterij precies werkt. “De hernieuwbare energievoorziening komt in pieken en dalen. Als je genoeg energie wilt hebben in periodes dat er niet veel wind of zonlicht is, is opslag essentieel. Onze zoutbatterij is een vorm van thermochemische energieopslag, waarbij twee afzonderlijke componenten op elkaar reageren. In dit geval zout en water. Wanneer de waterdamp naar het zout wordt gebracht, absorbeert het zout de watermoleculen in zijn kristalrooster. Deze hydratatiereactie creëert water dat kan verwarmen in een ketel. Andersom kan warmte worden opgeslagen via de omgekeerde reactie waarbij water vrijkomt uit het zout.”
Dopants voor een betere batterij
Collega’s van Houben kwamen er eerder achter dat om een zoutbatterij stabieler en betaalbaarder te maken en de capaciteit voor verliesvrije energieopslag te verbeteren, de beste optie is om calciumcarbonaat toe te voegen. Vervolgens testte Houben verschillende technieken in het laboratorium om de prestaties van het zout te verbeteren, waardoor de snelheid waarmee de batterij kan opladen en ontladen, zou toenemen. Daarom bevat zijn proefschrift een groot hoofdstuk waarin hij deze verschillende methoden beschrijft. “Ik vind het heel interessant om kennis op te doen over meerdere domeinen; Ik richt me niet uitsluitend op details. Door verschillende experimenten uit te voeren, door verschillende testopstellingen te bouwen en te veranderen, en door af en toe out of the box te denken, kwamen we uit op een uniek systeem.”
Link magazine editie februari/maart 2023 | jaargang 25 thema: Volle buffers en toch tekorten. Lees Link digitaal of vraag een exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
Houben toont aan dat het mogelijk is om de reactiesnelheid van de zoutbatterij te versnellen door bepaalde additieven toe te voegen, ook wel ‘dopants’ genoemd in het veld. “Cesiumcarbonaat is een zeer effectieve toevoeging, maar het nadeel is dat het een erg duur zout is. Daarom hebben we een verscheidenheid aan organische zouten getest, zoals kaliumacetaat, dat overal verkrijgbaar en niet zo duur is. De resultaten zijn veelbelovend, we zijn erin geslaagd om de batterij op een stabiele manier op poederniveau te verbeteren. We zullen echter zouttabletten in vaste vorm gebruiken voor het eigenlijke systeem, daarom zullen we nog wat vervolgonderzoek moeten doen.”
Parallel aan de voortdurende ontwikkelingen op fundamenteel niveau, beginnen nu de eerste praktijkstudies plaats te vinden. De werkgever van Houben – hij werkt nu ruim een jaar voor de eerder genoemde TU/e-spin-off Cellcius – plaatste onlangs een zoutbatterij in een woonhuis, in samenwerking met de Eindhovense woningcorporatie Trudo. Deze pilots maken deel uit van het EU-project Heat-Insyde. “We zijn momenteel bezig met het opzetten van een zoutbatterij voor een proefproject in Frankrijk, en een andere is op weg naar Polen. Zo kunnen we ons energieopslagsysteem testen in verschillende klimaatomstandigheden.”
Naast de batterij die bedoeld is voor thuisgebruik, werkt Houben ook aan een verplaatsbare batterij die een hele wijk kan verwarmen. Deze batterij zal zo’n vijftig woningen van warmte voorzien en zal wekelijks naar de lokale industrie worden getransporteerd om te worden opgeladen met restwarmte. “Het testsysteem is operationeel en bevindt zich op de TU/e-campus. Nu kunnen we beginnen met opschalen; we zijn nog op zoek naar een testlocatie waar we uitgebreide real-world tests kunnen uitvoeren. Dit complete plaatje, kennis van zout, het systeem en de daadwerkelijke toepassing is uniek. En die mening wordt door velen gedeeld. Het Klimaatfonds van Bill Gates heeft ons onlangs financiële steun verleend om verder onderzoek te doen naar onze zoutbatterij en deze te ontwikkelen. Het is mooi dat we dit in Eindhoven hebben weten op te zetten en op deze manier een bijdrage te kunnen leveren aan de energietransitie.” Bron TU/E
