Ook de Eindhovense zoutbatterij is niet de heilige warmte-graal

Vincent van den Hoogen, via TU/e

De Universiteit Eindhoven en TNO werken al jaren aan een warmtebatterij op basis van zouten. Een interessant concept dat goede kans maakt om een bescheiden rol te spelen in de warmtetransitie tot een aardgasvrije gebouwde omgeving.

Opslag van warmte in droge zoutkristallen

Zoutkristallen van verschillende soorten zout nemen in vochtige lucht watermoleculen op in hun kristalrooster. Dit is een reactie die vanzelf verloopt en die (dus) energie oplevert, in de vorm van warmte.

Dit natuurlijke effect werkt ook de andere kant op. In hete en droge lucht geven de gehydrateerde zoutkristallen de watermoleculen weer af. Ondernemende onderzoekers aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben op basis van dit principe een warmtebatterij ontwikkeld. Met de spin-off Cellcius brengen ze het concept op de markt.

De warmtebatterij betreft een gesloten systeem met 4 hoofdcomponenten, zie ook de video; 1) een vat vol zoutkorrels, in dit geval kaliumcarbonaat, 2) een ventilator die lucht door de zoutkorrels en over de warmtewisselaar blaast, 3) een condensor/bevochtiger die water aan de circulerende lucht onttrekt of toevoert en 4) een warmtewisselaar die warmte van een externe een warmtebron opneemt (bij opladen) of afgeeft aan een woning (ontladen).


Al jaren enthousiaste pers, maar nog altijd geen verkoopbaar product

In 2016 werd een groot Europees onderzoeksproject voor de warmtebatterij afgerond. De vakpers pikte het concept op als een ‘unieke, verliesvrije batterij voor seizoensopslag‘. In 2019 beschreef het Algemeen Dagblad de vinding uit Eindhoven als een superbatterij. In 2020 was het een belofte voor de energietransitie. In 2021 was het een gat in de markt.

Deze maand volgde opnieuw een golf van positieve pers. In de Volkskrant las ik dat het systeem 3 tot 6 miljoen (van de ruwweg 8 miljoen) Nederlandse woningen van het gas af kan halen. Volgens Trouw zou de vinding de energietransitie wel eens rap kunnen versnellen. Tegelijkertijd herinnert Trouw eraan dat de TU/e al 12 jaar aan het concept werkt.

Een warmtewisselaar, ventilator en condensor zijn bewezen componenten, en kaliumzout is geen kostbaar materiaal. Dat er na 12 jaar ontwikkeling nog geen warmtebatterij te koop is, is geen aanbeveling. Het suggereert dat realiseren van het op het oog simpele systeem in de praktijk toch complex is. En/of dat de behoefte aan het systeem overschat is.


Wat zijn de kenmerkende voordelen van de warmtebatterij?

Als je een buffervat met water opstookt tot 90 graden dan koelt het snel af, ook al is het goed geïsoleerd. Als je zo’n buffer ’s middags opwarmt om de volgende ochtend te douchen, is dat warmteverlies prima te overzien. Als er meerdere dagen of zelfs maanden tussen het opslaan en gebruiken van de warmte zit, blijft in de warmwaterbuffer nauwelijks warmte over.

Opslag van warmte voor onbepaalde tijd

Het grote voordeel van warmteopslag in zout is dat het ‘verliesvrij’* is. Zo lang er geen vochtige lucht bij het droge zout komt, blijft de opgeladen warmte desnoods jaren opgeslagen.

Een tweede voordeel dat veel genoemd is, is dat deze vorm van opslag relatief compact is. Een kubieke meter droog zout bevat ruwweg evenveel energie als 40 kuub aardgas, of als 3 à 4 kuub water opgestookt tot 90 graden. Een derde voordeel zijn de relatief beperkte kosten. Per opgeslagen eenheid energie kost de opslag van warmte in zout ruwweg een tiende van de opslag van elektriciteit in thuisaccu’s. Met de opgeslagen elektriciteit kun je natuurlijk ook wel weer meer dan met warmte.


Welk probleem beoogt Cellcius op te lossen?

Toch maar geen seizoensopslag

Gegeven de relatief beperkte omvang en kosten, en het energiebehoud over lange tijd, is de warmtebatterij in voorbije jaren gepresenteerd als seizoensopslag voor zonne-energie, voor individuele woningen.

Voor een warmtebatterij waar een huishouden 2 weken mee zou kunnen douchen, werd eerder een richtprijs van €3.000 tot €6.000 genoemd. Voor de doorontwikkeling van deze toepassing bood de Europese Unie €7 mln subsidie. Later in 2022 ontvangen enkele huishoudens een warmtebatterij op proef, als bekroning van het Europese onderzoek.

Inmiddels gelooft Olaf Adan, hoogleraar aan de TU/e en medeoprichter van Cellcius, echter meer in een grootschaliger toepassing. Met transport van zout over de weg kan zijn concept industriële afvalwarmte eenvoudig de woonwijk inbrengen. Een lokaal warmtenet brengt de warmte dan vervolgens naar aangesloten woningen. Adan in Trouw: “Dat heeft veel meer slagkracht dan die individuele batterijen. Dus daar zetten we nu vol op in.”


*Niets is vrij van energieverlies, ook deze kaliumcarbonaatbatterij niet

Het is absoluut het vermelden waard dat energie die is vastgelegd in het zout voor onbepaalde tijd behouden blijft, maar het systeem is groter dan alleen het zout. De communicatie van de TU/e en TNO gaat helaas knap slordig om met de term ‘verliesvrij’. Dat werkt onvermijdelijk ook door in de berichtgeving in de kranten en vakmedia. Onder meer de volgende aspecten maken dat je echt niet kunt stellen dat geen energie verloren gaat:

  • Afkoeling zout. Om het zout te drogen is hete lucht van rond de 90 graden Celsius nodig. Tijdens het drogen warmt ook het zout op tot deze temperatuur. Als het drooggemaakte zout niet snel gebruikt wordt om te verwarmen, koelt het af en gaat dit deel van de toegevoerde energie op korte termijn verloren. De soortelijke warmte van kaliumcarbonaat is bijna 2x zo hoog als van water, en het soortelijk gewicht 2,4x zo groot. Dit energieverlies ligt dus in dezelfde orde als van een te vroeg opgestookte warmwaterbuffer die afkoelt tot kamertemperatuur;
  • Lage afgiftetemperatuur. Als het droge zout water opneemt, geeft het systeem een temperatuur af die aanzienlijk lager ligt dan de ruwweg 90 graden benodigd voor het drogen. In een publicatie in uit 2018 beschreven Adan en collega’s dat het kaliumzout bij hydrateren een temperatuur van 33 tot 45 graden afgeeft. Te laag voor legionellaveilige bereiding van douche- of afwaswater. In de Volkskrant spreekt de hoogleraar nu van ongeveer 65 graden. Dat zou wel net aan genoeg zijn voor warm tapwater. Hoe dan ook krijg je bij ontladen duidelijk minder energie terug dan er bij opladen is ingestopt;
  • Transport over de weg. Uitgaande van industriële restwarmte is verlies van zeg 20 of 40% van de input geen groot bezwaar. Transporteren van het zout van een industriële warmtedump naar een woonwijk (en terug), vergt echter wel degelijk energie die ons geld en CO2-uitstoot kost. Gehydrateerd kaliumcarbonaat weegt 2,4 ton per kubieke meter. Een vrachtwagen kan dan zo’n 15 tot 20 kuub zout – ruwweg 700 kuub aardgasequivalent – per rit transporteren. Als we 25 kilometer heen en terug per vracht aannemen, komt dat neer op bijna 3% energieverlies via dieselverbruik;
  • Transport per buis. De leidingen van het warmtenet in de wijk verliezen een deel van de uit het zout toegevoerde energie voordat deze warmte aan de aangesloten woningen geleverd wordt. Daar kan Cellcius niets aan doen, maar dat moet in vergelijk met oplossingen bij individuele woningen wel meegeteld worden.

Over de hele keten zal het energetisch rendement over de duim misschien 70% zijn. Prima, maar zeker niet verliesvrij.


Niet de beste oplossing voor 3 tot 6 miljoen woningen

Alles afgewogen kan ik de nieuwe focus op industriële afvalwarmte en grootschaliger toepassingen wel plaatsen:

  • Kansarm voor individuele woningen. Voor individuele woningen biedt de warmtebatterij geen complete oplossing. Er blijft sowieso een warmtepomp, zonneboiler of andere aardgasvrije warmtebron nodig om het systeem op te laden. Ook is het geen beste oplossing voor tochtige woningen. Om niet onnodig veel binnenruimte op te offeren aan zout, wil je sowieso ook investeren in goede isolatie, kierdichting en ventilatie. Als je al investeert in isolatie én een duurzame warmtebron, is de kans klein dat je €3.000 tot €6.000 extra overhebt voor een systeem voor 2 weken aan douchewater;
  • Interessant als piekvoorziening. Uitgaande van 700 kuub aardgasequivalenten per vracht zal een warmtenet jaarlijks zo’n 2 vrachtwagens zout per aangesloten adres verbruiken. Voor een wijk met 200 woningen is dat over het jaar een vracht per dag. Maar dat is een gemiddelde, in een strenge winterweek zullen vrachtwagens af en aan rijden. Om de vrachten te beperken, wil je ook hier investeren in het verlagen van de warmtebehoefte bij aangesloten adressen. En vermoedelijk is een alternatieve warmtebron voor de basislast aantrekkelijker dan alles op zout. Bijvoorbeeld geothermie, een datacenter of een collectieve warmtepomp. Als piekvoorziening kan de zoutbatterij interessant zijn, in concurrentie met een ketel op biomassa, groen gas of waterstof.

Al met al is het mij niet gelukt om een situatie te bedenken waarin het concept van Cellcius overduidelijk beter is dan alle andere bewezen toepassingen voor het verwarmen van huizen. Zonder doorslaggevende selling points verwacht ik niet dat de warmtebatterij de energietransitie rap kan versnellen. Daarom acht ik de kans ook uitermate klein dat 3 tot 6 miljoen woningen later deze eeuw gebruikmaakt van zout als warmtedrager. Het is jammer dat deze suggesties wel gewekt worden.

Jammer omdat het bewoners, corporaties en renovatiepartijen verwart. De warmtetransitie is al uitdagend genoeg, en had zeker niet nóg een valse heilige graal nodig. Als je van plan was om je eigen huis te verduurzamen met isolatie en een (hybride) warmtepomp, ga daar dan vooral mee door. Als je al van plan was om corporatiewoningen extra te isoleren en aan te sluiten op een warmtenet, ga daar dan vooral mee door. De jaren die je wacht totdat de warmtebatterij wel op de markt komt, stook je anders aardgas. Dat was altijd al vervuilend, en is de komende jaren ook nog eens duur en een geopolitiek probleem.

De al te enthousiaste claims zijn ook jammer omdat ze negatief afstralen op het mooie wetenschappelijke werk en de toekomst van Cellcius. Opslag van warmte in zout is in potentie wel degelijk een interessante toevoeging aan de gereedschapskist voor de warmtetransitie. Het is alleen niet de beste uitvinding sinds gesneden brood. Ook als straks 30.000 woningen gebruikmaken van deze innovatie, is dat waardevol. Als het te zijner tijd naar meer smaakt, mag dat in de krant.


Bron: TU/e, Volkskrant, TNO, Trouw / Imagecredit: Vincent van den Hoogen, via TU/e

Dit vind je misschien ook leuk...