In ontwikkeling: compacte warmteopslag om verrassend veel warmte op te slaan

Met geld en support van de Europese Commissie stond er in 2015 in Spanje (en later ook in Polen) een zeecontainer van TNO. Inhoud: een soort van studentenkamer en een demonstratieopstelling van een innovatief warmteopslagsysteem. Het ging om een gesloten systeem waar natriumsulfide en water in een vacuüm vat een thermochemische reactie met elkaar kunnen aangaan en zo de eerder in het systeem geladen warmte weer vrij konden geven.

Het was de eerste demonstratie van een warmtebatterij op basis van thermochemie. En destijds was dat nog een vrij grote opstelling die alles bij elkaar maar een kwart gigajoule aan warmte kon opslaan en vrijgeven: nog niet voldoende om een woning een week lang van warmte te voorzien.

Warmtebatterij met hoogste energiedichtheid

Sinds die tijd is er in Delft veel aan de technologie gesleuteld. Daarbij kreeg TNO de mogelijkheid om aan te sluiten bij het EU-project ‘Sustainable Selfsupporting Urban Smart Grid’. En dat leidde weer tot een nieuw demonstratieproject voor de warmte-opslagmethode met natriumsulfide.

In 2020 was het verbeterde systeem al goed voor een energiedichtheid van 0,35 gigajoule per kubieke meter warmtebatterij. Dat is ongeveer vijf keer zoveel als de opslagdichtheid van de proefopstelling uit 2015.

En met de huidige opstelling is een dichtheid van 0,5 – 0,75 GJ/m3 te behalen: voor zover bekend is dit momenteel de warmtebatterijtechnologie met de hoogste energiedichtheid. Een goede uitgangspositie voor de ontwikkeling van een compact apparaat dat ingezet kan worden in bestaande woningen, waar er vaak niet veel ruimte is.

Waarom een gesloten vacuümsysteem?

Het thermochemische proces waarbij waterdamp zich aan zout verbindt, gaat sneller als er geen andere moleculen in de weg zitten. Een gesloten vacuümsysteem zorgt er dus voor dat watermoleculen snel en efficiënt in het zout trekken. Daarbij zorgt het er ook voor dat het water bij het drogen weer makkelijker van het zout kan worden gescheiden. 

Extra aandacht voor veiligheid

Daarnaast heeft het gebruik van een gesloten vacuümsysteem nog een belangrijke functie. Als natriumsulfide een chemische reactie met water aangaat, komt er als bijproduct namelijk mogelijk waterstofsulfide vrij. Dit giftige gas ruikt naar rotte eieren en mag absoluut niet in een woning vrijkomen. Het vacuümvat speelt daarbij een belangrijke rol. Eventuele waterstofsulfide wordt bij een lekkage namelijk in het systeem gezogen, zodat het niet in de omgeving terechtkomt.

“Maar veiligheid is bij dit systeem natuurlijk wel een extra aandachtspunt”, benadrukt Ruud Cuypers, die zich al sinds 2009 binnen TNO als onderzoeker bezighoudt met de ontwikkeling van nieuwe warmtebatterijtechnologieën, en met de variant met natriumsulfide in het bijzonder.

“Daarom zijn we naast natriumsulfide ook bezig een portfolio van alternatieve materialen op te bouwen. Het gaat daarbij om materialen die zich goed lenen voor gebruik in woningen en die ook geschikt zijn voor dit type reactor. Uiteraard komt een dergelijke warmtebatterij pas op de markt als we alle benodigde voorzorgsmaatregelen hebben genomen en we aangetoond hebben dat het veilig is om ons systeem in de gebouwde omgeving toe te passen.”

Met compacte warmteopslag een bijdrage leveren aan de energietransitie

TNO richt zich alleen op de ontwikkeling van de technologie en zal de warmtebatterij dus niet zelf op de markt brengen. Dat zal een commerciële partij straks doen, die ook zal bepalen wat voor prijskaartje eraan komt te hangen. Op dit moment is nog niet duidelijk op welke termijn die marktintroductie mogelijk is. Maar het is inmiddels wel duidelijk dat het om een zeer veelbelovende technologie gaat.

De warmtebatterij op basis van de vacuümreactor kan straks een niet te onderschatten bijdrage leveren aan de energietransitie. Bijvoorbeeld door in de zomer het overschot aan energie van zonnepanelen op te slaan en die in de winter weer als warmte vrij te geven.

Interessante business case

“Nu de terugleververgoeding voor lokaal opgewekte zonnestroom geleidelijk wordt afgebouwd, zullen steeds meer bezitters van zonnepanelen op zoek gaan naar een methode om toch nog profijt te hebben van de grote hoeveelheid zonne-energie die ze in de zomer opwekken”, verwacht Cuypers. “Dus hoewel we de technologie niet zelf gaat commercialiseren, weten we al wel dat de elementen voor een interessante business case aanwezig zijn.”