Verliesvrije warmtebatterij

In een samenwerking tussen TNO en de TU Eindhoven is een warmtebatterij ontwikkeld die werkt op basis van water en zouthydraten. Door overschotten aan warmte op te slaan, afkomstig van warmtepompen, zonnecollectoren of omgezette elektrische energie, kan deze batterij een belangrijke rol spelen in de energietransitie. Niet in de laatste plaats omdat de opslag volledig verliesvrij is en de batterij zelf eenvoudig is op te schalen.

Energie duurzaam opwekken door gebruik te maken van bijvoorbeeld zon, wind en aardwarmte, is het noodzakelijk om CO2-emissies te verminderen. De afgelopen jaren is het aantal PV-systemen maar ook windturbines en bijvoorbeeld warmtepompen en WKO dan ook flink toegenomen. Hierdoor ontstaat echter steeds vaker de situatie dat er op bepaalde momenten te veel energie wordt geproduceerd. Terug leveren aan het net kan tot zekere hoogte. Ook die grens wordt echter steeds vaker bereikt met als gevolg een overbelast net en de noodzaak de energieproductie af te schakelen.

Energie opslaan

Prof. dr. Olaf C.G. Adan is wetenschappelijk hoofdonderzoeker bij TNO en hoogleraar Technische Natuurkunde bij de TU/e en geeft aan: ‘Voor een deel kunnen we het probleem tackelen door elektrische energie zoveel mogelijk direct gebruiken. Bijvoorbeeld door op ‘piekuren’ de wasmachine of de robotstofzuiger aan te zetten. Maar dit is niet voldoende. De noodzaak om energie praktisch en efficiënt op te slaan blijft en wordt alleen maar groter. Kijken we naar oplossingen ‘voor thuis’, dan zoeken we naar opslagmethoden die gebruik maken van ongevaarlijke en ruim beschikbare materialen en daarnaast veilig en gebruikersvriendelijk zijn.’

Warmtebatterij

Een dergelijke oplossing is de warmtebatterij die is ontwikkeld in een samenwerking tussen TNO en de TU Eindhoven. Het hoofdbestanddeel wordt gevormd door enkele tientallen kilo’s zouthydraat. Dit zijn zouten die vocht bevatten. Door warmte toe te voegen, verdampt het vocht en veranderen de zoutkristallen van structuur waarbij ze de warmte opslaan. Door de reactie om te keren – dus door water toe te voegen –keren de kristallen weer terug in hun oorspronkelijke vorm en geven de warmte weer vrij. Vervolgens is deze warmte via een warmtewisselaar weer beschikbaar te maken voor het verwarmen van de woning of het produceren van warm tapwater. Olaf Adan: ‘Naast het feit dat deze warmtebatterij direct warmteoverschotten van zonnecollectoren of warmtenetten kan opslaan, kan hij ook overschotten aan elektrische energie opslaan. Dit is mogelijk door de elektriciteit via een soort grote dompelaar om te zetten in warmte.’

Stabiele zoutcomposieten

Om de warmtebatterij ‘werkend te krijgen’ is de afgelopen jaren bij TNO en TU/e veel onderzoek gedaan naar geschikte zouten. In eerste instantie gingen de zoutkristallen door het laden en ontladen bijvoorbeeld vrij snel kapot. Inmiddels zijn echter stabiele zoutcomposieten ontwikkeld waar de zouthydraten ín zitten en die bij normaal gebruik minstens zo’n twintig jaar meegaan. Daarnaast hebben beide partijen onderzoek gedaan naar het apparaat waarin dit proces kan verlopen.

Voordelen

Een belangrijk voordeel van de warmtebatterij is dat hij voor een standaard gezinswoning ongeveer zo groot is als een wasmachine, nauwelijks geluid maakt en gebruik maakt van ongevaarlijke materialen die bovendien in grote hoeveelheden voorkomen. Bijzonder is bovendien dat warmte niet kan ‘weglekken’ zoals bij veel opslagsystemen wel het geval is. ‘Denk maar aan de opslag van warmte in water’, geeft Adan aan. ‘Je kunt zo’n systeem nóg zo goed isoleren, het water zal altijd íets afkoelen en is hiermee alleen geschikt voor een korter durende opslag van warmte. Bij de warmtebatterij blijft de warmte echter volledig in het zouthydraat zitten tótdat er water wordt toegevoegd. De opslag is hiermee per definitie verliesvrij.’

Een ander belangrijk voordeel is de schaalbaarheid van de oplossing. Voor kleine ruimtes is een kleinere hoeveelheid zout en hiermee een kleinere installatie nodig. Voor een grote ruimte of bijvoorbeeld een appartementencomplex is het mogelijk een grotere batterij te bouwen of verschillende batterijen te koppelen. Op deze manier is het systeem ook eenvoudig uit te breiden.

Over drie jaar op de markt

Adan: ‘Inmiddels zijn we zover met de warmtebatterij dat het bedrijfsleven aan de slag gaat met het opzetten van de productiemiddelen om onder andere de zoutcomposieten te produceren. We verwachten dat de warmtebatterij over ongeveer drie jaar op de markt is.’