Tegenlicht over energieopslag: welke concepten gaan het maken?
Op 7 februari 2021 ging Tegenlicht, het future affairs-programma van de VPRO, volledig over energieopslag. Een belangrijk onderwerp voor de energietransitie dus mooi dat Tegenlicht er zendtijd voor reserveert. Echter..
Met de zeker 15 concepten die voorbijkomen in de uitzending (terugkijken kan hier) geeft Tegenlicht een mooi overzicht van de diversiteit aan oplossingsrichtingen voor de opslag van (duurzame) energie.
Wat de uitzending nog interessanter had kunnen maken was een duiding van het toepassingsgebied en de kansen per opslagconcept. Omdat energieopslag zo belangrijk is voor de energietransitie is het belangrijk geen valse hoop te scheppen. Niet alles dat tot de verbeelding spreekt is de aandacht van de kijker waard.
Hieronder in het kort mijn inschatting van de kansen van alle aangehaalde opslagsystemen, op volgorde waarin ze in de uitzending voorbijkwamen. Over veel van de concepten schreef ik al eerder, links naar uitgebreidere analyses zijn ingevoegd.
1.Lithiumion-accu’s van Tesla: Bewezen succes
Teslatopman Elon Musk deed in 2017 de weddenschap dat hij binnen 100 dagen een accu van meer dan 100 megawattuur kon bouwen in Zuid-Australië. Dat is gelukt en het systeem bleek een succes. Inmiddels zijn er vele van deze accu’s gerealiseerd en er zit nog veel meer in de pijplijn. Toepassing: Accu’s van dit type slaan energie voor enkele minuten tot enkele uren op. Ze zijn duur in aanschaf en moeten dagelijks cycli van opslaan en ontladen maken om uit te kunnen.
2.Lithiumion-accu’s van Northvolt: Zekerheidje
Enorme fabrieken die accu’s bouwen van het type dat Tesla gebruikt schieten vanwege de groeiende vraag overal uit de grond. Europa loopt achter dus we mogen blij zijn dat Northvolt in Zweden aan de weg timmert. Ook Europese autobouwers staan te springen om accu’s. Toepassing: Identiek aan de accu’s van Tesla. De productie met waterkracht en beloften van recycling zijn mooi maar vooral marketing. Vrijwel elke accuproducent zal tegen 2030 recycling benutten.
3.Evolutie en revolutie in accu’s: Kansrijk
In korte tijd dropte Tegenlicht een aantal nieuwe accuvarianten, types die sneller laden en/of in hetzelfde volume meer energie vast kunnen houden. Zoek op Quantumscape, Leyden Jar en Nawa Technologies voor meer achtergronden. Toepassing: Verschilt per type en het duurt nog even tot ze op de markt zijn. Reken de eerste jaren niet op opslag van overschotten wind- en zonnestroom. Dit is premiumtechniek die zich eerst zal bewijzen in smartphones en elektrische auto’s.
4.Gewichtheffen in mijnschachten: Kansarm
Een gewicht optillen als je energie overhebt om het te laten zakken als je energie nodig hebt is een logisch idee. Helaas is de energiedichtheid van opslagsystemen die werken op zwaartekracht nihil. Je moet een elektrische auto kilometers optillen om de energie opgeslagen in zijn accu te evenaren met zwaartekrachtopslag. Toepassing: Net als accu’s leveren deze systemen minuten tot hooguit uren energie terug. Deze systemen zijn niet goedkoper en doen niets wat accu’s niet kunnen. Hergebruik van mijnschachten helpt het idee iets. Als je moet graven voor dit concept dan komt het nooit uit.
5.Stapelen in Zwitserse blokkentoren: Kansloos
Grootschalige energieopslag in zwaartekracht is alleen met water in stuwmeren zinvol. Deze toren lijkt gigantisch. Dat is hij ook. Funderen en bouwen van een losgestapelde massieve toren van 120 meter hoog is een topprestatie. Toch geven de plaatjes met één toren tussen tientallen windturbines een vertekend beeld. Eén zo’n toren slaat de productie van slechts één windturbine voor slechts enkele uren op. Toepassing: Voorbeeld voor natuurkunde-examens.
6.Treintjes de berg op en af in Nevada: Kansloos
Het derde concept voor het zwaartekracht-opslag zonder stuwmeer valt qua kansloosheid tussen EnergyVault en Gravitricity in. Deze Advanced Rail Energy Storage maakt – net als het concept met de mijnschachten – tenminste gebruik van bestaande hoogteverschillen. De hoeveelheid materiaal die je omhoog moet karren om een zinvolle hoeveelheid energie op te slaan blijft echter onzinnig astronomisch. Toepassing: Voorbeeld voor natuurkunde-examens.
7.Perslucht in zoutholte: Tussenoplossing
Net als zwaartekracht is ook de werking van energieopslag in gecomprimeerde lucht voor iedereen direct duidelijk. Een holte die ontstaan is door zoutwinning ter grote van de Eiffeltoren (of een ongebruikte tunnel) volpersen met lucht op hoge druk kost energie. Draai je het ventiel eraf dan komt die energie vrij. Het rendement is door warmteverliezen wel veel kleiner dan bij accu’s en zwaartekrachtopslag. Toepassing: Als je een zoutholte én een elektriciteitsaansluiting hebt, is dit een vrij snelle optie om energie op te slaan voor enkele uren tot hooguit een dag.
8.Waterstof in zoutholte: Zekerheidje
Waterstofproductie met elektriciteit (elektrolyse) is ondanks de grote energieverliezen een goeie optie om wind- en zonnestroom voor lange tijd te bewaren. Qua duurzaamheid heeft elektrolyse pas zin als er structureel meer elektriciteit beschikbaar is dan er direct verbruikt wordt. Tegen die tijd is het veel beter om waterstof op druk in (schaarse) zoutholtes te bewaren dan perslucht. Toepassing: Duurzame strategische reserves voor tot enkele weken teruglevering.
9.Warmteopslag in stenen: Interessant
Nog zo’n simpel uit te leggen concept. Als je stenen heet maakt en isoleert blijven ze lang heet. Als je warmte nodig hebt koel je de stenen af. Het volume stenen dat je nodig hebt is wel groot. Zie de vrij forse schuur die één woonhuis verwarmt. Toepassing: Piekverwarming in hartje winter in aanvulling op warmtepompen, geothermie of restwarmtenetten.
10.Elektriciteitsopslag in warme stenen: Interessant
Verhitten van stenen kan tot wel 800 graden Celsius. Warm genoeg om een stoomturbine aan te drijven en (opnieuw) elektriciteit te produceren. Dat is wat Siemens van plan is met opslag in heet basalt. Het rendement naar elektriciteit is beperkt maar gekoppeld aan een warmtenet is de restwarmte ook waardevol. Toepassing: Dagelijks enkele uren opslag en enkele uren elektriciteitsproductie, liefst met continue warmtelevering als extra inkomstenbron.
11.Waterstof opslaan als vloeistof: Zekerheidje
Er zal later deze eeuw een grote internationale handel in waterstof ontstaan. Als gas is waterstof lastig te vervoeren, tenzij je een pijpleiding beschikbaar hebt. Vloeibaar maken van waterstof door het sterk te koelen of te binden in of aan een andere vloeistof kost energie maar maakt transport per schip eenvoudiger. Zeker in de periode dat pijpleidingen nog niet beschikbaar zijn is deze vorm van transport noodzakelijk. Toepassing: Internationaal transport van duurzame energie.
12.Waterstof opslaan als ijzerpoeder: Kansarm
In plaats van waterstof comprimeren of binden aan een vloeistof kun je ook ijzerpoeder produceren met duurzame energie. Energie terugwinnen uit ijzerpoeder gaat via verbranding, waar bij roest ontstaat waaruit je weer ijzerpoeder kunt maken. Het rendement van deze opslagcyclus is nog beroerder dan van andere vormen van waterstofopslag en doorslaggevende voordelen ten opzichte van ammoniak of vloeibare of synthetische vloeibare brandstoffen zie ik niet. Toepassing: Internationaal transport van duurzame energie voor bedrijven die zonder noodzaak iets bijzonders willen doen.
Bron: Tegenlicht / Imagecredit: Marco Montero Pisani, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Beste Thijs, bedankt voor dit overzicht. Zijn er naast deze 12 oplossingen nog andere die niet mogen ontbreken in deze lijst. Hoe staat het ervoor met bijvoorbeeld ammoniak?
Ammoniak is een verbinding met waterstof. Dus er moet eerst waterstof gemaakt worden waarbij er nog een reactie (en dus verlies) moet plaats vinden, namelijk H2 + N2 –> NH3. Nu wordt er uiteraard allang ammoniak gemaakt, vooral door de kunstmestindustrie. Er moet alleen nog een knop omgezet worden om te beseffen dat je de ‘groene’ ammoniak beter kan gebruiken voor de productie van kunstmest. Anders verbrandt je namelijk ammoniak om aardgas te besparen terwijl er tegelijkertijd twee keer zoveel aardgas wordt gebruikt om precies diezelfde hoeveelheid ammoniak te maken voor de productie van kunstmest.
Interessante en mogelijk kansrijke opties die hier missen zijn mijns inziens:
– De Liquid Metal Battery van Ambri (valt enigzins onder punt 3, grid storage is wel degelijk de eerste beoogde toepassing in dit geval, link WattIsDuurzaam (2014)). @Thijs: hier zou ik graag nog wel eens een geüpdatet artikel van jouw hand over willen zien, sinds 2014 is er wel iets aan veranderd qua insteek en batterijchemie. De insteek hier was ook om zoveel als mogelijk goedkope materialen te gebruiken die wereldwijd voorkomen (Calcium en Antimoon als electrodemateriaal, in eerste instantie Bismuth ipv Calcium). Omdat de accu met vloeibare electrodes werkt zou in theorie het maximum aantal laadcycli ook veel groter moeten zijn en dit type accu zou nog langer mee moeten kunnen gaan. Dit jaar gaan ze een demosysteem inzetten, vanaf 2023 willen ze commercieel gaan leveren, aldus de website. RealEngineering heeft hier recent ook nog een interessante video over gepubliceerd.
– Vloeibare luchtopslag van HighView Power (vergelijkbaar met punt 7, echter dan met opslagtanks en opgeslagen als vloeistof ipv gas onder druk, zie ook dit artikel), een 250 MWh installatie staat gepland in de UK in 2022.
Gewoon groene waterstof maken ter vervanging van de huidige 800.000 ton grijze waterstof en bij een stroomtekort dit stopzetten.
Bij punt 7 eens tegengekomen als loskoppelen van compressiestap van expansiestap in Brayton cyclus.
https://www.researchgate.net/publication/267483136_Integration_of_a_Gas_Turbine_GT_With_a_Compressed_Air_Storage_CAES_Plant_Provides_the_Best_Alternative_for_Mid-Range_and_Daily_Cyclic_Generation_Needs
Resultaat is hogere efficiency van het gasverbruik voor piekmomenten.
Ha Thijs, je had laatst een artikel
dat de overmatige voorkeur voor zonnepanelen in de RES’sen contrasteerde met de piekvraag in de winter voor verwarming (warmtepompen) die je dan niet kunt matchen. Behalve met optie 9 dan (in de zomer als de levering van je zonnepanelen pieken dit opslaan in een berg steen). Als je de overmatige voorkeur voor zon als uitgangspunt hanteert is decentraal steen verwarmen niet alleen interessant, maar allicht best kansrijk voor het matchen van vraag en aanbod over de seizoenen heen. Groet, Floris
Wat ik merk aan tegenlicht is dat ze echt gigantisch biased pro waterstof zijn. Waterstof zit echt gigantische nadelen aan. Heel veel onderhoud, slijtage delen, energie verlies. Transport en logistiek is heel beroerd, duur en inefficient.
Voor batterijen in huis ga ik toch eerder gewoon inmovatie in de batterijwereld achterna. Goedkopere, betere chemische batterijen met lange levensduur en recyclebaar. En dat in elk huis, overal kleine mini buffertjes.
De chemische batterij bestaat in heel veel verschillende vormen. En de innovatie is nog lang niet klaar.
Waterstof geeft ook geen vrijheid. Je bent afhankelijk van grote bedrijven. Ik wil gewoon een huis die standalone werkt, en internet via starlink.
Ik heb het gevoel dat er een dikke lobby groep van shell enz achter tegenlicht zit om ons afhankelijk te houden!!! Dat is precies wat waterstof doet.
Liquid metal batterijen zijn misschien interessant. De focus op lichte batterijen is alleen van belang bij draagbare apparaten en auto’s. Voor stationaire toepassingen is vooral de prijs en beschikbaarheid van materialen van belang.
Batterijen zijn in sowieso ongeschikt voor lange termijn opslag. Denk aan de ‘donkere dagen voor Kerstmis’ wekenlang nauwelijks zon en nauwelijks wind. Energieopslag voor dagen of weken wordt steeds belangrijker.
Opslag voor een heel (winter) seizoen blijft voorlopig een droom.
Thijs, leuk overzicht, niets is volmaakt. Waterstof is denk ik de oplossing, want er zijn momenteel 5 methoden voor H2 productie. Eentje is H2 maken uit CO2. Dus geen CO2 belasting maar stimulerende subsidie voor productie H2 uit CO2.
Ik vrees dat u bedoelt H2 maken uit H2O (water). CO2 bevat namelijk geen waterstofatomen. En denk ook aan de omzettingsverliezen.