Deze technologie doorbreekt het raadsel van golfslagenergie

By Mauro Mereu

Alexander Zakheos is de CEO van SWEL – een acroniem voor Sea Wave Energy Limited – en heeft zich ingezet om zijn vader te helpen om iets te verwezenlijken: het creëren van een krachtige waver energy converter (WEC). Na bijna twintig jaar onderzoek en verschillende iteraties ontwikkelden ze een WEC met de naam “wave line magnet” (WLM). Volgens de makers zou hun technologie de goedkoopste elektriciteit – slechts één cent per kilowattuur (kWh) – uit een hernieuwbare bron betekenen.

SWEL ontwikkelde de Wave Line Magnet, een omvormer voor golfenergie;
Het bedrijf schatte de energiekosten op minder dan twee komma vijf cent per kWh;
Het apparaat kan afgelegen eilanden van energie voorzien en ook worden gebruikt voor massale waterstofproductie;

Het Brits-Cypriotische bedrijf gaat de laatste pre-commerciële tests uitvoeren in Cyprus, omdat het groen licht heeft gekregen van de maritieme autoriteiten van het land. Daarna volgt de commercialisering met een omvormer van tweehonderd kilowatt – vooral geschikt om kleine eilanden van stroom te voorzien voor ontzilting en andere toepassingen.

Een zware trein afremmen

De convertor werkt als een magneet. Hij hecht zich aan golven en wordt zo als het ware de golf zelf. Vier hoofdcomponenten vormen de structuur van de WLM: een ruggengraat, pompen, platforms en hefbomen. Net als bij natuurlijke wezens zorgt de ruggengraat voor flexibiliteit en verbindt hij alle onderdelen. De gele platforms zitten op de golflijn en volgen de beweging van de golf, en hefbomen verbinden de platforms met pompen om ze te laten bewegen. Pompen nemen zeewater op en zetten het onder druk om het te gebruiken voor energieconversiesystemen zoals ontzilting, elektriciteit of het opwekken en opslaan van waterstof. De WLM kan water direct ontzilten zonder elektriciteit te produceren, maar met behulp van filters.

In een notendop verzamelt de WEC van SWEL de kinetische energie van golven. Zakheos vond een betere metafoor om het te beschrijven. “Het enige wat we doen met onze technologie is een zware trein afremmen en de energie die erin zit absorberen.”

Lagere frequentie, krachtige frequentie

De huidige WLM-versie is het resultaat van bijna twintig jaar onderzoek en ontwikkeling – met verschillende iteraties. Tijdens deze reis heeft SWEL verschillende universitaire golftanks en locaties op open zee getest en ook deelgenomen aan door de EU gefinancierde initiatieven.

Steun ons!

Golfslagenergie an sich is niets nieuws. Een studie van het Amerikaanse Ministerie van Energie schatte de kosten per mWh voor getijdenenergie op commerciële schaal op 130 tot 280 dollar, vergeleken met 20 dollar per mWh voor windenergie. Volgens een rapport van de Europese Commissie wordt verwacht dat getijtechnologieën tegen 2025 een levelized cost of energy (LCOE) van 15 cEUR/kWh zullen bereiken.

Golfenergie heeft echter een hoger vermogen dan windenergie, omdat water 830 keer dichter is dan lucht en dus meer vermogen per oppervlakte-eenheid kan opwekken. Bovendien zijn golfpatronen bekend en voorspelbaar, terwijl hetzelfde niet gezegd kan worden van wind- en zonnecycli.

Neutrale verplaatsingstheorie

Volgens Zakheos mislukten de meeste golfenergiesystemen omdat ze niet de juiste benadering van golfdynamica hadden. De meeste technologieën zijn gebaseerd op het drijfvermogenprincipe van Archimedes, maar dat is slechts een stukje van de puzzel, aldus de mede-CEO van SWEL. “Na alle tests die we hebben gedaan, hebben we onze neutrale verplaatsingstheorie (NDT) geformuleerd, waarbij deze theorie een van de drie elementen is die het golfgedrag karakteriseren,” legt hij uit.

De details van deze hypothese, die uiteindelijk het geheim van de werking van de energieomvormer van SWEL bevat, kan hij – op dit moment – nog niet onthullen. De NDT daagt de huidige industrienormen uit. “Het is wij tegen de wereld. Het klinkt afgezaagd, maar het is de waarheid”, zegt hij. Op basis van deze principes en het jarenlange onderzoek heeft het SWEL-systeem bewezen meer energie te produceren bij hogere getijden.

We moeten eerst de zwaartekracht begrijpen voordat we ons gaan verdiepen in het drijfvermogensprincipe van Archimedes – of de verplaatsingstheorie. Zwaartekracht is de universele kracht tussen alle materie. Op aarde hebben alle lichamen een gewicht, of neerwaartse zwaartekracht, evenredig aan hun massa, die de massa van de aarde op hen uitoefent. De zwaartekracht wordt gemeten aan de hand van de versnelling die vrij vallende voorwerpen ondervinden.

De verplaatsingstheorie van Archimedes stelt dat op een lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld een opwaartse kracht werkt, waarvan de grootte gelijk is aan het gewicht van de vloeistof dat door het lichaam wordt verplaatst. Stel je voor dat je een steen onderdompelt in een emmer water; het waterniveau zal stijgen omdat de steen een deel van het water verplaatst terwijl hij zinkt. Toch zinken niet alle voorwerpen die in water worden ondergedompeld. Een stuk hout zinkt bijvoorbeeld niet. Dit komt doordat de kracht van Archimedes voortdurend in wisselwerking staat met de zwaartekracht. Wanneer de zwaartekracht sterker is dan de kracht van Archimedes – zoals in het geval van de steen – zou het lichaam zinken en een gelijke hoeveelheid water verplaatsen. Als de twee krachten gelijk zijn, zal het lichaam een evenwichtspositie innemen in de vloeistof – het zal niet zinken of drijven op het water. Als de kracht van Archimedes sterk genoeg is om de zwaartekracht tegen te gaan, zal het lichaam op het water drijven.

Langere golven, hoger vermogen

“Naarmate de golflengte toeneemt en de golven langer zijn, verwacht je meer vermogen. Andere ontwikkelaars kunnen geen energie opwekken met langere golfperioden. Wij daarentegen produceren meer energie met langere golflengtes. Het vermogen groeit exponentieel,” zegt Zakheos terwijl hij een steile opwaartse lijn op een stuk papier schetst.

SWEL bestudeerde ook de mogelijke installatie van een van zijn systemen aan de kust van Schotland. Met behulp van een jaarlijkse dataset van golfgedrag en -intensiteit berekenden ze een jaarlijkse productie van 140 GWh stroom, met een kostprijs van minder dan 2.5 cent per kWh. “Als we het zouden omzetten in waterstof en het ter plekke zouden opslaan, zou dat kunnen oplopen tot vijf of zes cent per kWh, een waarde die vergelijkbaar is met die van fossiele brandstoffen en lager dan die van wind- of zonne-energie,” voegt Zakheos toe.

Golfenergie moet Capri autonoom maken

Italië heeft donderdag succesvol een proef gedaan met een model-convertor die zeegolven kan omzetten in elektrische energie. De bedoeling is dat binnen 2025 de eerste converters in gebruik worden genomen op de Middellandse Zee.

Modulair

De mogelijkheid om energie op te wekken, zelfs onder de zwaarste golfcondities, is slechts een van de punten die SWEL aanvoert om haar claim van goedkope energieproductie te ondersteunen. “De technologie is modulair en is ook geen ruimteschipontwerp. Componenten kunnen worden gemaakt van standaard materialen,” benadrukt de CEO. Staal voor de ruggengraat en gerecycled plastic of hout voor de platforms kunnen goed passen – hoewel dit nog uitgewezen moet worden.

Het belangrijkste is dat SWEL, om de kracht van golven in elk scenario te benutten, verschillende convertormaten wil ontwerpen. Een kleinere versie voor kalmere zeeën – zoals de Middellandse Zee – zou acht meter breed per honderd meter lang zijn, en de oceaanversie zou 24 meter breed per 600 meter lang zijn.

De sleutel tot waterstofproductie op grote schaal

Afhankelijk van de toepassing verandert de plaatsing van de converters. “Op de Griekse eilanden die ontzilt water nodig hebben, zouden ze misschien een kilometer van de kust worden geplaatst. In het geval van grootschalige systemen voor massaproductie van energie, zouden deze op vier of vijf kilometer afstand worden geïnstalleerd, of zelfs meer, afhankelijk van de locatie en de kenmerken,” verduidelijkt Zakheos.

Het vergemakkelijken van de productie van waterstof op grote schaal is waar de technologie van SWEL een verschil kan maken. “De systemen maken gebruik van golfslagenergie en zetten die om in waterstof. Aangezien ze in de oceaan worden verankerd, is dit uitstekend terrein voor energieopslag, ver weg van bevolkte gebieden. Gecombineerd met technologie om waterstofbrandstof te comprimeren en op te slaan, klaar voor schepen om het te laden en te leveren waar het nodig is,” benadrukt hij.

Deze ijzerreactor moet cruciaal puzzelstuk worden in energietransitie

We kunnen het met gemak de grootste uitdaging van de energietransitie noemen: de opslag en het transport van groene energie.

Kernenergie herontdekken

SWEL zal beginnen met het op de markt brengen van de kleinere versie van zijn converter, met een vermogen van 200 kWh. Volgens Zakheos geven projecties aan dat dit systeem ook tussen de tien en vijftig ton ontzilt water kan produceren tegen een derde van de kosten voor conventionele systemen.

Het bedrijf hoopt over twee jaar de markt te betreden. “Het zou zijn alsof we kernenergie hebben herontdekt, zo niet beter,” zegt de CEO van SWEL. SWEL is vastbesloten en volledig gefocust op het bereiken van zijn doel: om een van de grootste onafhankelijke energieproducenten ter wereld te worden.