Heeft thermochemische warmteopslag de toekomst?

Warmteopslag

Fossiele energiecentrales laten zich qua productie goed op de energievraag afstemmen. Maar bij duurzame energie-opwekkers, zoals zonnepanelen, zonnecollectoren of windturbines, ligt dat toch lastiger. Die hebben nogal eens de neiging om heel veel energie op te wekken op momenten dat er nauwelijks vraag is, of het juist af te laten weten als er een grote energievraag is.

Natuurlijk, er bestaan momenteel al batterijoplossingen waarmee huiseigenaren de door hun zonnepanelen opgewekte stroom kunnen opslaan. De Tesla Powerwall bijvoorbeeld, als het ware een grote oplaadbare ‘huisbatterij’. Maar die hebben een vrij lage energiedichtheid.

Als je de overcapaciteit van zonnepanelen wilt opslaan, heb je niet genoeg aan de oplossingen voor thuisgebruik die nu te verkrijgen zijn. Dat maakt ze minder geschikt om grotere periodes te overbruggen. Daarnaast kunnen ze alleen elektrische energie opslaan. Dat betekent bijvoorbeeld dat de overtollige warmte van thermische zonnecollectoren helaas alsnog verloren gaat.

Het probleem van warmteopslag in water

Ook zijn er al boilerachtige systemen om warmte op te slaan. Die werken prima om een korte periode te overbruggen. Maar de in de zomer opgewekte stroom van zonnepanelen voor langere tijd opslaan en die in de winter weer als warmte gebruiken? Dat kunnen ze niet. Dan is het water al teveel afgekoeld. Daarbij is het niet bepaald een compacte oplossing. Voor grote capaciteiten vereist deze vorm van opslag namelijk een groot watervat.

De huidige situatie: energie terugleveren

Nu steeds meer Nederlanders zonnepanelen op hun dak hebben, wordt er vanzelfsprekend ook steeds meer zonnestroom opgewekt. In ons land geldt er momenteel nog een salderingsregeling: als je met je zonnepanelen stroom produceert, kun je die terugleveren aan je energiebedrijf. Die hoeveelheid kWh wordt dan afgetrokken van je verbruik.

En produceer je met je zonnepanelen op een gegeven moment meer dan je verbruikt? Dan krijg je een terugleververgoeding. Die vergoeding kan per energieleverancier verschillen, maar ligt in de regel lager dan de kWh-prijs die je betaalt als je stroom afneemt. 

Steeds grotere pieken in het elektriciteitsnet

De zogenoemde salderingsregeling maakt het gebruik van zonnepanelen zeer interessant. Maar nu heel veel mensen daar gebruik van maken, wordt het voor netbeheerders wel een steeds grotere uitdaging om de pieken in het elektriciteitsnet aan te kunnen.

Vooral omdat er in de Noordzee steeds meer grote windparken komen, die op een winderige dag ook enorme hoeveelheden elektriciteit opwekken. Daar moet dus snel een oplossing voor komen. Want die duurzaam opgewekte energie speelt nou juist de hoofdrol in de energietransitie.

Slimme energienetwerken

In Nederland worden er smart grids ontwikkeld. Dit zijn energienetwerken waarbij je processen, die niet aan een tijd gebonden zijn, laat plaatsvinden op momenten dat er juist een overschot aan energie is. Het laten draaien van een wasmachine of het opladen van een elektrische auto als de zon volop schijnt bijvoorbeeld. Dat helpt zeker en TNO draagt dan ook volop bij aan het verder verbeteren van dergelijke slimme energienetwerken.

Lokale opslag van warmte

Maar daarmee zijn we er nog niet. Nog lang niet. Inmiddels is wel duidelijk geworden dat we altijd een mismatch tussen vraag en aanbod van energie zullen hebben. Daarom moeten nu echt stevig inzetten op het opslaan van energie. En lokale opslag van warmte is daarbij een speerpunt. Als je dat toepast in woningen en gebouwen, kan er een betere balans komen tussen de vraag en de lokaal geproduceerde energie. Hiermee krijgt het elektriciteitsnet minder pieken te verwerken.

Technisch gezien zijn er op het vlak van lokale warmteopslag veelbelovende ontwikkelingen. Zo zijn er binnen TNO twee teams bezig met het ontwikkelen van een compacte warmtebatterij op basis van thermochemie.

De voordelen van thermochemische warmteopslag 

Dat je met zout en water een chemische reactie kunt opwekken waarbij er warmte vrijkomt, is zeker geen nieuw inzicht. Binnen de wetenschap was ook al lang bekend dat het mogelijk is om dat proces om te keren. En dat je het zouthydraat vervolgens weer kunt scheiden door er energie aan toe te voegen. Je hebt dan dus weer water en zout. Die kunnen opnieuw een thermochemische reactie met elkaar aangaan, waardoor de opgeslagen warmte weer vrijkomt.

Het mooie daarbij is dat er gedurende de periode van opslag geen energieverlies optreedt. Dat maakt dit soort warmtebatterijen uitermate geschikte om langere periodes te overbruggen. Het overschot aan zonne-energie van de zomer kan zo dus in de winter gebruikt worden om de woning te verwarmen. Ook handig: zo’n systeem met thermochemie kan geladen worden met zowel warmte als elektriciteit.

Vergevorderde technologie

Er wordt al decennialang onderzoek verricht naar warmteopslag op basis van thermochemie. Maar het bleef lastig om een apparaat te ontwikkelen dat compact, robuust en betaalbaar is, en dat daarbij ook nog geschikt is om zich keer op keer te laten laden en ontladen. Maar de afgelopen tien jaar zijn er op dat vlak enorme stappen gezet.

Zowel in Eindhoven (in samenwerking met TU/e) als in Delft heeft TNO technologieën ontwikkeld die een toekomst met thermochemische warmteopslag een stuk dichterbij brengen. Er zijn nog wel wat aandachtspunten en er moet dus nog wat gesleuteld worden. Maar beide technologieën zijn al in een vergevorderd stadium en het ziet ernaar uit dat de eerste compacte warmtebatterijen op basis van thermochemie binnen enkele jaren op de markt zullen komen. Waarschijnlijk in 2024, en misschien wel eerder. 

Vooruitblik

“Hoe succesvol die introductie wordt, hangt voor een groot deel af van het beleid dat de overheid dan voert”, benadrukt Sten de Wit, die zich bij TNO als programmamanager bezighoudt met energie in de gebouwde omgeving.

“Het is al wel bekend dat de salderingsregeling voor zonnepanelen niet in de huidige vorm blijft bestaan. Op dit moment is het nog niet helemaal duidelijk wat de nieuwe regeling wordt, maar duidelijk is wel dat het terugleveren van zonnestroom aan het net in de periode tot 2030 zal worden afgebouwd. Mensen die zonnepanelen hebben laten installeren of willen aanschaffen zullen zich daardoor wel even op hun hoofd gaan krabben. En als er op dat moment warmtebatterijen op de markt zijn waarmee ze dat probleem kunnen oplossen… Ja, dat zou natuurlijk ideaal zijn.”

Webinar 'De warmtebatterij komt er aan' terugkijken

Tijdens deze webinar wordt de ontwikkeling van een compacte warmtebatterij voor warmteopslag in de gebouwde omgeving gepresenteerd. De eerste resultaten zijn positief en leveren de batterij een wereldrecord op als het gaat om de opslagdichtheid.

De warmtebatterij wordt getest in een (modulaire) woning bij de Avans Hogeschool (Breda). Naast de details over de werking van de warmtebatterij wordt er, met partners en mede-ontwikkelaars, ingegaan op de potentiële markt voor lokale warmteopslag.

Kijk het webinar 'De warmtebatterij komt er aan' terug.

Bekijk de video over compacte warmteopslag

Compacte warmteopslag is in de energietransitie nodig om woningen op grote schaal klimaatneutraal te verwarmen. TNO werkt aan nieuwe technieken om grote volumes warmte langdurig in een compacte warmtebatterij op te slaan.