TNO ontwikkelt warmtebatterij op basis van het hydrateren van zouten

Er is behoefte aan opslagsystemen die een overschot aan warmte zomer kunnen opslaan en in de winter kunnen vrijmaken.
Die bestaan al. Warmte-Koude Opslag in de bodem is een voorbeeld, Ecovat in Uden doet het met grote watertanks en ook het Mijnwater-project in Heerlen is op dit gebied actief (zie ook Warmte in Brabant en het Mijnwaterproject )

“TNO is er, met Europese wetenschappelijke partners en bedrijven, als eerste in geslaagd een batterij te ontwikkelen die zonnewarmte in de zomer opslaat door middel van het hydrateren en dehydrateren van zouten. Het prototype is ontwikkeld en daarmee is een grote stap voor commerciële ontwikkeling gezet.” Zo begint een bericht van TNO (maart 2017) op zijn website www.tno.nl/nl/aandachtsgebieden/leefomgeving/buildings-infrastructures/energiepositieve-gebouwde-omgeving/warmtebatterij-doorbraak-opslag-duurzame-energie/ .

Ook op de website van TNO, maar gedateerd 16 sept 2016, staat een interview met Huub Keizers, programmamanager Energie in de bebouwde omgeving. Dit is te vinden op https://time.tno.nl/nl/artikelen/zomerwarmte-voor-in-de-winter/ . Dit interview legt aan leken in begrijpelijke taal uit hoe het systeem werkt.

— – – –
Zomerwarmte voor in de winter

1. Wat is een warmtebatterij?
“Zoals een gewone batterij stroom opslaat, zo slaat de warmtebatterij warmte op. Zo kan zomerwarmte worden opgeslagen om er winterkou mee te verdrijven. TNO werkt in het internationaal consortium MERITS aan de ontwikkeling van een prototype van een warmtebatterij, die geschikt is voor woningen.”

2. Hoe werkt het?
“Het hart van de warmtebatterij is een groot vat gevuld met zout. Voor de liefhebbers: bij het systeem van TNO gaat het om natriumsulfide, een materiaal dat goedkoop is en ruim voorradig. Laden en ontladen van de batterij gebeurt op basis van hydratatie. De warmte die de batterij inkomt, droogt het zout. Wanneer later water wordt toegevoegd, komt de warmte weer vrij. Dit heet thermochemische opslag. Het invangen van de warmte kan bijvoorbeeld met zonnecollectoren, zoals mensen ze nu al op hun huis hebben liggen. De warmte die weer uit de batterij komt, is te gebruiken om water in een boiler op te warmen. Het warme water kan dan worden gebruikt voor de centrale verwarming of als warm water.”

“Het hart van de warmtebatterij is een groot vat gevuld met zout. Voor de liefhebbers: bij het systeem van TNO gaat het om natriumsulfide, een materiaal dat goedkoop is en ruim voorradig. Laden en ontladen van de batterij gebeurt op basis van hydratatie. De warmte die de batterij inkomt, droogt het zout. Wanneer later water wordt toegevoegd, komt de warmte weer vrij. Dit heet thermochemische opslag. Het invangen van de warmte kan bijvoorbeeld met zonnecollectoren, zoals mensen ze nu al op hun huis hebben liggen. De warmte die weer uit de batterij komt, is te gebruiken om water in een boiler op te warmen. Het warme water kan dan worden gebruikt voor de centrale verwarming of als warm water.”

3. Waar is een warmtebatterij voor nodig?
“We werken aan een toekomst waarin huizen geen energie meer verbruiken, maar zelfs energie opleveren. Het gaat dan om goed geïsoleerde, prettig leefbare en gezonde huizen, die beschikken over systemen om energie op te wekken. Dat zijn bijvoorbeeld zonnepanelen voor stroom en zonnecollectoren voor warmte. Om een huis echt energieneutraal te maken, is de opslag van energie essentieel – ook over de seizoenen heen. Bij duurzame energie zijn vraag en aanbod namelijk niet goed op elkaar afgesteld: op zonnige zomerdagen is de productie hoog en het verbruik laag, op donkere winterdagen is dat omgekeerd. Met een warmtebatterij is het overschot van de zomer ’s winters in te zetten.”

4. Wat doet TNO?
“TNO is een van de deelnemers aan het Europese samenwerkingsproject MERITS. Doel van het project is het aantonen van de technische haalbaarheid van de warmtebatterij. Behalve wetenschappers en onderzoekers van instellingen als TNO werken er ook industriële partners en het MKB mee. Het projectteam heeft een prototype gebouwd, dat nu naar Nederland komt. De technologie werkt, nu gaat het om het marktrijp maken. De komende jaren werken TNO-onderzoekers aan de verfijning van het ontwerp. Er is nog een belangrijke slag te maken om het systeem compacter te maken. Bijvoorbeeld door de energiedichtheid van het zout te verhogen en de toe- en afvoer van warmte en vocht te verfijnen. Hoe beter je dat doet, hoe kleiner het systeem wordt. Ook de levensduur en stabiliteit zijn belangrijk: de module moet probleemloos honderden keren kunnen laden en ontladen. Het belangrijkste doel is nu om de warmtebatterij kleiner te maken, liefst tien keer zo compact. Met de huidige efficiëntie zou de warmtebatterij namelijk nog te groot zijn voor in huis. We willen toe naar maximaal drie kubieke meter, zodat de batterij bijvoorbeeld in een kelder of kruipruimte past.”

5. Hoe verhoudt de warmtebatterij zich tot andere vormen van energieopslag?
“De compactheid is een voordeel; het zout kan veel energie bevatten. Nu gebruiken tuinders waterbassins om restwarmte in op te slaan. Dat werkt ook, maar dan heb je grote volumes nodig. Een ander voordeel van de warmtebatterij is dat eenmaal opgeslagen warmte niet ‘weglekt’, wat bijvoorbeeld bij de opslag van warmte in warmwaterbassins en stroom in gewone batterijen wel gebeurt. Dat betekent dat de warmte maanden opgeslagen kan blijven. Er is markt voor allerlei vormen van energieopslag, de warmtebatterij is een van de kleuren op het palet. Energieopslag zal altijd maatwerk zijn: wat in het ene huis werkt, kan niet in een ander huis, of werkt alleen goed bij opschaling naar wijkniveau.  (…)

6. Wanneer is de warmtebatterij te koop?
“We hopen over zes jaar een product op de markt te hebben voor ‘early adopters’. Het is echter nog te vroeg om te praten over de terugverdientijd van de warmtebatterij. Dat hangt van zoveel factoren af. Maar het is duidelijk dat de prijs dusdanig moet zijn, dat het voor huiseigenaren interessant is. De verdere ontwikkeling van de warmtebatterij van TNO gebeurt onder andere binnen het Meerjarenplan Compacte Conversie en Opslag en het Europese project CREATE. TNO stopt dus veel energie in de warmtebatterij, om die – geheel in stijl – later terug te zien in een vernieuwende technologie voor de bouw- en energiemarkt.”

– – – – – –

Warmtebatterij TNO

Enkele punten van commentaar van mijn kant. (zie ook Warmte in Brabant en het Mijnwaterproject )

Zoals Keizers terecht zegt, zijn er verschillende vormen van seizoenoverstijgende vormen van warmteopslag, en is maatwerk nodig. Ik doe dan ook geen uitspraak over de kansen en bedreigingen van de ene opslagvorm versus de andere.

TNO streeft er naar het systeem onder de 3m3 te krijgen (maar dat is het nog niet), maar zelfs 3 kuub is voor een individuele woning al veel. Bovendien komen er waarschijnlijk extra voorzieningen bij, bijvoorbeeld aanvullende verwarming voor tapwater.
In een nieuwbouwwoning kan men misschien nog om een tank van 3 kuub  heen bouwen (plus toebehoren), maar ik zie in een bestaande woning nog niet zo’n tank geïnstalleerd. Bovendien is het de vraag hoeveel dat allemaal kost.
Keizers zegt dan ook terecht dat het systeem mogelijk alleen werkt bij opschaling tot wijkniveau. Het zou dan een rol kunnen spelen bij een stadsverwarmingssysteem.
Ik zie dit verhaal als de zoveelste aanwijzing dat de verduurzaming van de bestaande woningbouw om nieuwe vormen van centrale warmtelevering zal gaan vragen.

De container op de afbeelding, waarin TNO zijn opslagtanks ondergebracht heeft, wordt verwarmd met een zonnecollector. Die wijze van verwarming is echter niet essentieel voor het project. Elke warmtebron kan ingezet worden, bijv. ook geothermie, restwarmte van bedrijven, overtollige elektriciteit uit PV-systemen, enz. Dat maakt de bruikbaarheid van het systeem groter.

Thermochemische opslag van warmte (TNO), gebaseerd op CaCl2 . De afbeelding is downloadbaar op de eerste van bovenstaande websites (onderaan).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.