Efficiënte energieopslag noodzakelijk voor energietransitie

Noodzakelijk voor de transitie naar duurzame energie is dat energie efficiënt wordt opgeslagen. Volgens Wiebren de Jong, hoogleraar aan de TU Delft, betekent dit wel dat duurzaam opgewekte elektriciteit (gedeeltelijk) moet worden omgezet en opgeslagen in chemische verbindingen.

Er wordt flink wat verwacht van duurzame bronnen, zoals zon- en windenergie, bij de huidige overgang van fossiel naar duurzaam. Daarbij worden elektriciteit- en energieverbruik vaak door elkaar gehaald. Het grootste deel van ons energieverbruik is namelijk niet elektriciteit, maar bijvoorbeeld warmtegebruik in huishoudens en industrie of transportbrandstoffen. Wiebren de Jong constateert: "Wind en zon zijn bovendien (geografisch en in de tijd) variabele bronnen en dus lastig voorspelbaar."

Er ontstaat hierdoor een mismatch tussen de vraag en het aanbod van elektriciteit met als gevolg periodes van goedkope en dure energie. "Dan is het interessant om wat systeemflexibiliteit te creëren. Bijvoorbeeld door in goedkope perioden elektriciteit op te slaan om die later, bij elektriciteitsschaarste, weer in te zetten. Energieopslag op grote schaal draagt dan bij aan stabilisatie en het minder afhankelijk worden van fossiele bronnen", aldus De Jong.

Hij vervolgt: "Het opslaan van stroom kan gebeuren in kleinschalige systemen, zoals vliegwielen en batterijen, maar ook in de vorm van chemische verbindingen, brandstoffen. Echt grootschalig energie opslaan betekent dat we de elektronen uit duurzaam opgewekte elektriciteit moeten omzetten in chemische verbindingen. En er zijn nogal wat moleculen die we kunnen maken: van een bulkbrandstof als CH4, tot meststoffen en plastics."

Eén van de mogelijkheden om van duurzame energie naar die moleculen te komen is de zogenaamde indirecte route, waarbij eerst water met elektriciteit wordt ontleed in waterstof. In de industrie kan dit soms direct worden ingezet. "Maar dit klinkt gemakkelijker dan het in werkelijkheid is", zegt De Jong. Waterstof kan verder ook aan CO2 worden gekoppeld voor het maken van efficiëntere energiedragers.

"Een voorbeeld hiervan is methaangas-productie. Het elektriciteitsnet heeft veel mogelijke duurzame toeleveringsbronnen, bijvoorbeeld biomassa. Hieruit kan CO2 worden gewonnen door verbranding en CO2-afvang. Deze CO2 vormt dan weer de grondstof voor methaanproductie. Onze huidige gasinfrastructuur kan grote hoeveelheden opslaan. In tijden van schaarste aan duurzame bronnen kan methaan met gasturbines weer in elektriciteit worden omgezet."

"Dit is een voorbeeld van hoe wij binnen de Delftse afdeling Process & Energy kijken naar processen. Het gaat om slimme integratie van processen die uitzicht biedt op opschaling. Dit kan ook werkelijk in ons recent vernieuwde P&E lab."

"Maar mijn groep kijkt ook nadrukkelijk naar de zogenaamde directe power-to-X route. Hierin wordt elektriciteit gebruikt om CO2 direct via elektrochemie om te zetten in de gewenste moleculen. Het hart hiervan vormt de elektrochemische cel. Het potentieel van deze elektrochemische technologie is groot, omdat de selectiviteit hoog kan zijn en de procescondities zeker qua temperatuur niet extreem uitdagend."

Volgens De Jong zijn er voor de succesvolle ontwikkeling van electrochemische energieopslag diverse domeinen nodig. "In Delft zijn we bezig om een oplijning te creëren van disciplines variërend van materiaalkunde, katalyse, elektrochemie, transportverschijnselen, reactorkunde, energietechnologie en proces-systeem-integratie, tot aan inbedding in onze nationale infrastructuren via systeemstudies. We noemen deze samenwerking de ontwikkeling van de ‘E-Refinery’. Daarin kijken we naar de integratie van de fluctuerende elektriciteitsproductie, CO2-vangst, de primaire conversie, verder productscheiding en -zuivering, opslag en transport en productgebruik in verschillende sectoren."

Bron: Energienieuws.info