Welke efficiënte en op relevante schaal toepasbare manieren zijn er om energie op te slaan?

Duurzame energiebronnen, zoals windmolenparken of zonnepanelen, leveren niet continu energie. Om optimaal gebruik te kunnen maken van deze bronnen, is opslag van energie essentieel. Nu berust energieopslag volledig op gebufferde fossiele brandstoffen. Nieuwe, duurzame, opslagmethoden moeten op zeer grote schaal en op een efficiëntie manier energie kunnen opslaan.

20 IJsselmeren

In Nederland wordt iedere dag zo'n 2550 GWh (gigawatt uur) aan energie verbruikt. Dat komt overeen met de hoeveelheid energie die het zou kosten om 20 IJsselmeren van helemaal leeg tot helemaal vol te laten lopen met een generator in de Afsluitdijk. Om te garanderen dat de gevraagde hoeveelheid energie ook daadwerkelijk geleverd kan worden, wordt door de wet voorgeschreven dat er tenminste voor 91,25 dagen energiereserve is.

Energieopslag wordt bij gebruik van niet-continue energiebronnen nog belangrijker: wind en zon kunnen immers tegelijk wegvallen.

Sla elektriciteit op als elektriciteit en warmte als warmte

Veel energie is nodig voor verwarming en klimaatbeheersing van gebouwen. Een efficiënte manier van energieopslag is door in de zomer warmte aan de gebouwen te onttrekken (waardoor ze worden gekoeld) en deze op te slaan in waterhoudende lagen in de grond. In de winter kan deze warmte weer worden gebruikt voor het verwarmen van gebouwen.

De meest efficiënte manier om elektriciteit op te slaan is in batterijen. Voor een huishouden is een aantal Lithium-ion batterijen ter grootte van een verhuisdoos al voldoende om alle benodigde elektriciteit in op te slaan. In combinatie met een slim elektriciteitsnetwerk (een Smart Grid) kan ook een elektrisch wagenpark een manier zijn om elektriciteit op te slaan. De batterijen van aan het elektriciteitsnet gekoppelde elektrische auto's - die staan op te laden - kunnen heel goed tijdelijk extra elektriciteit opslaan als er veel wind is bijvoorbeeld. In tijden van tekort van elektriciteit leveren de auto's terug aan het net. Voor de opslag van 100 GWh zijn dan wel ongeveer 7,6 miljoen elektrische auto's nodig.

Om energie op hele grote schaal op te slaan, is waterstof een ideale energiedrager. Het kan uit water gemaakt worden en in zoutkoepels of lege gasvelden onder druk in zeer grote hoeveelheden worden opgeslagen. Om waterstof te gebruiken in bijvoorbeeld auto's, moet het lokaal worden opgeslagen in bijvoorbeeld materialen of opslagtanks.

Wat doet de TU Delft?

Batterijtechnologie

In Delft wordt gewerkt aan Lithium-ion batterijen. De nadruk ligt hierbij op de capaciteit, de veiligheid, de snelheid van het opladen, de kosten en het gewicht van de batterijen. In de toekomst zijn nieuwe materialen nodig die goedkoper en veiliger zijn dan de huidige materialen. Ook essentieel zijn een grotere opslagcapacitiet en snellere laad- en ontlaadsnelheden. De afdeling NanoStructured Materials richt zich op het op nanoschaal structureren van materialen hiervoor.  

• Beluister een podcast (september 2009) waarin batterijenonderzoeker Marnix Wagemaker uitlegt waar de publicatie van hem en zijn collega's in Advanced Materials over gaat.
• Bekijk een flitscollege van prof. Fokko Mulder over de Lithium-Polymeer accu in zonnewagen Nuna5.
• Lees het persbericht (7 feb 2011) over het EuroLiion project, een Europees project met partners uit de accu- en autoindustrie voor ontwikkeling betere Li-ion batterijen.

Opslag in waterstof

Een belangrijke onderzoeksvraag is in welke materialen waterstof het meest efficiënt is op te slaan. Bij de ontwikkeling van nieuwe opslagmaterialen spelen nanostructurering en katalysatoren op dit moment een centrale rol. Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar de optimale opslagcapaciteiten, de gebruikscondities en de duurzame herbruikbaarheid van de materialen. Dit onderzoek vindt plaats in de nucleaire onderzoeksreactor RID.

Links en contact

• Lees meer over het stoppen van warmteverspilling
• Lees meer over het onderzoek naar Smart Grids
• Voor meer informatie over het onderzoek, neem contact op met het Delft Energy Initiative.