World Economic Forum (WEF) vroeg een groep internationale technologiedeskundigen om de Top 10 Opkomende Technologieën van dit jaar te bepalen. Op basis van nominaties van andere deskundigen over de hele wereld, werden tientallen voorstellen aan een reeks criteria onderworpen. Gaan de voorgestelde technologieën de samenleving vooruit helpen? Kunnen ze voor een structurele omslag zorgen? Is er nog verdere groei van te verwachten? “Technologieën die vandaag in opkomst zijn, bepalen de wereld van morgen en verder – met gevolgen voor de economie en de maatschappij in het algemeen”, zegt Mariette DiChristina, hoofdredacteur van Scientific American, en voorzitter van de WEF-stuurgroep voor Opkomende Technologieën. Omdat ook Innovation Origins constant op zoek is naar de bron van innovatie presenteren we in een 10-delige serie de door WEF geselecteerde kansrijke technologieën. Vandaag deel 10: Opslag van hernieuwbare energie.

De hele serie is hier te vinden.

Wie het woord ‘batterij’ in het interne zoekveld van IO typt, krijgt een overvloed aan artikelen voorgeschoteld. Maar dat is ook logisch, gezien het grote aantal mensen en bedrijven die onderdeel zijn van de voortdurende zoektocht naar oplossingen op het gebied van energieopslag. Niet minder dan 200 artikelen publiceerden we afgelopen tijd – over elke mogelijke vorm en soort batterij. Zo schreven we over waterstof broomstroombatterijen, over lithium-ion, over droge-film batterijen, over methanol-batterijen, en hebben we zelfs gekeken naar een nieuwe klasse elektrolyten voor een solid-state batterij met een kristalstructuur die leidt tot geometrische frustratie voor ionen. Geen wonder dat de WEF-stuurgroep de batterij als tiende en laatste opkomende technologie koos.

Energie in de achterzak

De manier waarop de wereld zijn elektriciteit krijgt, is snel aan het veranderen, mede gedreven door zowel de toenemende urgentie van CO2-vrije energiesystemen als de dalende kosten van wind- en zonnetechnologie. Zo is bijvoorbeeld in de VS de afgelopen 10 jaar de elektriciteitsproductie uit hernieuwbare energiebronnen verdubbeld, voornamelijk dankzij wind- en zonne-installaties, aldus de Energy Information Administration (EIA). In januari 2019 voorspelde de EIA dat wind-, zonne- en andere hernieuwbare energiebronnen de komende twee jaar het snelst groeiende deel van de elektriciteitsportefeuille zouden gaan uitmaken. Maar het afwijkende karakter van deze bronnen betekent óók dat elektriciteitsbedrijven een manier nodig hebben om energie in hun achterzak te houden wanneer de zon niet schijnt en de wind kalm is. Die behoefte heeft een toenemende belangstelling voor energieopslagtechnologie losgemaakt – in het bijzonder lithium-ionenaccu’s, die als het ware klaar staan om meer te zijn dan alleen maar een kleine speler in het net.

Volgens deskundigen zullen lithium-ionenaccu’s de komende vijf tot tien jaar waarschijnlijk de dominante technologie zijn, en voortdurende verbeteringen zullen resulteren in accu’s die vier tot acht uur energie kunnen opslaan – precies lang genoeg om bijvoorbeeld zonne-energie ook tijdens de avondpiek beschikbaar te hebben.

Om op het punt te komen waar hernieuwbare energiebronnen in combinatie met energieopslag de basisbelasting van elektriciteitsopwekking volledig aankunnen, is echter een stevigere en langer houdbare energieopslag nodig, wat betekent dat we verder moeten gaan dan lithium-ionbatterijen. Potentiële kandidaten variëren van andere hoogtechnologische opties, zoals strooombatterijen – die vloeibare elektrolyten overpompen – en waterstofbrandstofcellen, tot eenvoudigere concepten, zoals waterkracht en wat zwaartekrachtopslag wordt genoemd. Waterkracht voor pompaccumulatie is goedkoop als het eenmaal is geïnstalleerd, maar het is duur om te bouwen en kan alleen op bergachtig terrein worden gebruikt. Even eenvoudig is het concept van de zwaartekrachtopslag, die bedoeld is om met behulp van reserve-elektriciteit zware blokken op te tillen die later weer worden gedropt om een turbine aan te drijven voor de opwekking van elektriciteit. Hoewel enkele bedrijven werken aan demonstraties en investeerders enthousiast hebben gekregen, is het idee nog niet echt van de grond gekomen. Niet iedereen gelooft er ook in.

Stroomaccu’s

Andere opties zijn nog in ontwikkeling om ze voldoende betrouwbaar en efficiënt te maken, en daarmee een concurrent voor de lithium-ionbatterijen. Volgens de EIA waren er eind 2017 in de VS slechts drie grootschalige systemen voor stroomaccu’s in gebruik, en ook waterstoftoepassingen zitten nog altijd in de demonstratiefase. De Amerikaanse regering financiert op dit gebied enige experimenten, met name via de Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), maar een groot deel van de investeringen in deze technologieën – en in energieopslag in het algemeen – vindt plaats in China en Zuid-Korea, die ook het onderzoek naar de opslag van waterstofsystemen hebben opgevoerd. In Europa is het allemaal nog wat kleinschaliger, hoewel ons archief, zoals gezegd, bewijst dat het onderzoek ook hier alles behalve stilstaat.

Het is onzeker of en in welke mate de kosten van energieopslag verder zullen dalen. Toch zullen de toenemende toezeggingen van regeringen om CO2-vrije elektriciteitsproductie te realiseren, voor elke energieleverancier en -gebruiker een voortdurende stimulans vormen om meer en meer opslagcapaciteit te realiseren.

(Het Top 10 Emerging Technologies rapport van het WEF vormde de basis voor dit artikel)