Waar slaan we straks alle groene stroom op?

Bij de Zweedse Chalmers University in Gothenburg zien ze het al helemaal voor zich. Een twintig verdieping hoge flat die energie opslaat als een gigantische batterij. Zo ver is het nog lang niet, maar volgens de Zweedse onderzoekers gaat dit werkelijkheid worden. Zo schreven we eerder.

Door cement te mengen met koolstofvezels wordt het beton geleidend, vervolgens worden er met metaal bedekte koolstofvezels aan de structuur toegevoegd. Ijzer voor de anode, de pluskant van de batterij en nikkel voor de minkant, de kathode. Met dit mengsel kan een flatgebouw in de toekomst energie opslaan.

Beton vs lithium-ion

In het prototype van de Zweden is de energiedichtheid – de energie die je per eenheid kunt opslaan – nog relatief laag. 7 Wattuur per vierkante meter, volgens de onderzoekers gelijk aan 0.8 Wattuur per liter. Dat is heel wat minder als je dit vergelijkt met de huidige lithium-ion batterijen die tussen de 250 tot 700 Wattuur per liter opslaan. Toch is dit prototype al zo’n tien keer beter dan eerdere modellen, stellen de wetenschappers.

Deze relatief lage energiedichtheid ten opzichte van de huidige batterijen hoeft geen nadeel te zijn, want als je in iedere vierkante meter beton van een flatgebouw energie kunt opslaan, tikt dit toch aardig aan. Bovendien geef je beton op deze manier een tweede duurzame functie.

Materialen die we toch al gebruiken om energie in op te slaan

Maarten Kokshoorn is bij Heijmans verantwoordelijk voor de Energie-afdeling, vindt dit een interessante ontwikkeling. “Het mooie hieraan is dat je materialen die we toch al gebruiken, in kunnen zetten om energie op te slaan. De productie van beton is niet erg duurzaam, er komt veel warmte vrij. Hetzelfde kun je zeggen voor de productie van batterijen. Je gebruikt schaarse stoffen en die worden gewonnen op een manier die niet bepaald goed is voor het milieu. Dus als je beton en batterijen kunt combineren, maak je een verschil qua duurzaamheid.”

Bij Heijmans probeert Kokshoorn met zijn team een bijdrage te leveren aan de energietransitie. Ze koppelen verschillende energievraagstukken uit de verschillende Heijmans onderdelen (infra, woningbouw en vastgoed) aan elkaar. “Vroeger nam je stroom af bij een nutsbedrijf. Tegenwoordig krijgen we steeds vaker vragen over hoe we om moeten gaan met duurzame energie. Zo mogen er sinds 2018 geen nieuwe woningen meer op het gas worden aangesloten, dat zorgt voor een andere situatie. Per wijk kijken we welke oplossing geschikt is. Ook zal de opwekking van energie steeds meer op lokaal niveau gebeuren. Eigenaren van bedrijventerreinen willen hun eigen stroom opwekken met zonnepanelen. Of ze willen laadstations voor hun elektrische vloot.”

Door deze veranderende vraag neemt de druk op het elektriciteitsnetwerk toe. Zo schrijft netbeheerder Alliander in een persbericht dat de snelheid van de energietransitie nauwelijks bij te benen is. Ondanks 60 miljoen meer aan investeringen voor het verzwaren van het net dan vorig jaar. Ook Kokshoorn ziet dat het drukker wordt op het net. “Door warmtepompen in plaats van gas of extra laadpalen neemt de vraag naar elektriciteit toe. Hierdoor zie je nu al knelpunten ontstaan. Zonnepanelen vangen dit deels op, maar je ziet ook dat op sommige plekken het net verzwaard moet worden om teruglevering mogelijk te maken.”

Biedt thuisbatterij uitkomst?

Maar hier zou een thuisbatterij – al dan niet in de vorm van beton – toch prima uitkomst kunnen bieden? Kokshoorn twijfelt even voor hij antwoord geeft. “De timing van verbruik en opwekking wordt door het toenemen van de hoeveelheid groene stroom extra belangrijk. Hier moeten we dus slim over nadenken. Tegelijkertijd moet ook groene energie betaalbaar blijven. Als je kijkt naar de huidige oplossingen voor opslag dan is de som snel gemaakt. Laat ik het zo zeggen: het verdienmodel om batterijen toe te passen is nog niet enorm.”

Dit kan over een aantal jaar veranderen als de overheid de salderingsregeling – waarin zonnestroom tegen een voordelig tarief wordt teruggeleverd aan het net – afschaft. “Nu leveren consumenten een overschot aan groene stroom terug aan het net. Onderaan de streep zijn ze hierdoor goedkoper uit. Als deze regeling er straks niet meer is, komt er meer aandacht voor opslag verwacht ik. In het buitenland zie je dat de markt voor thuisbatterijen al verder is. Als Heijmans volgen we die ontwikkelingen vrij actief. We ontwikkelen zelf geen oplossingen maar willen wel met productontwikkelaars samenwerken in subsidietrajecten. Zo kunnen we uitzoeken of die nieuwe technieken in de praktijk werken.”

Electriciteit als warmte opslaan in steen

De opslag van groene energie is het grote vraagstuk binnen de energietransitie. Uitvinder Cees van Nimwegen bleef er zijn hoofd maar over breken: “Hoe kun je al die groene energie opslaan? Daar gaat het natuurlijk om.”

Uiteindelijk bedacht de 77-jarige oud-Philips medewerker een batterij die energie in de vorm van warmte opslaat in basalt. CESAR dat staat voor Centralised Energy Storage And Recovery. Zijn eerste prototype bouwde van Nimwegen in een schuur in Sint-Oedenrode in 2019, de 50.000 euro die hiervoor nodig was hoestte hij zelf op. Maar inmiddels wordt de warmtebatterij gebruikt in Ecodorp Boekel om (als de bouw af is) 36 woningen van warmte te voorzien. Dat werkt als volgt: elektriciteit uit zonnepanelen wordt omgezet in warmte en via een buizensysteem opgeslagen in basalt. Om de warmte niet te laten ‘ontsnappen’, is de steen goed geïsoleerd. Volgens Van Nimwegen kun je de warmte zo weken en zelfs jaren opslaan. Via een warmtenet kunnen bewoners vervolgens hun huizen verwarmen.

Warmte weer omzetten naar electriciteit?

Volgens Van Nimwegen is zijn warmtebatterij niet te vergelijken met het Zweedse systeem, omdat het geen elektriciteit maar warmte opslaat. “In steen kun je zo’n 1 Wattseconde aan warmte per gram per graad Celsius kwijt. Dat betekent zo’n 3000 Wattseconde per liter per graden Celsius. Bij een temperatuur van 400 graden is dat 1.200.000 Wattseconde per liter. Dat is gelijk aan 3500 Wattuur per liter. Dat is zo’n 4000 keer meer. Maar dit kun je niet met elkaar vergelijken. Het systeem levert geen stroom maar warmte.”

Wel zou de warmte uit de ‘steenbatterij’ van Van Nimwegen gebruikt kunnen worden om een energiecentrale aan te zwengelen om er weer energie van te maken. “Alleen de opslag die je hiervoor nodig hebt, is hectares groot. En het verlies om warmte weer om te zetten in energie is erg groot. Het zou een flink project zijn, maar het is wel haalbaar. Op deze manier kun je zonne- en windenergie duurzaam opslaan en gebruiken op latere momenten.”