Vooruitgang in de opslag van energie in zout
Hoes Installatie-Duurzaam informeert:
Enkele jaren terug lag de nadruk vooral op de productie van hernieuwbare energie. Tegenwoordig wordt er echter steeds meer gefocust op het efficiënt opslaan van deze energie. Zoutbatterijen lijken in deze context een belangrijke rol te gaan spelen, aangezien ze efficiënte, verliesvrije oplossingen bieden en gebruik maken van onschadelijke, milieuvriendelijke materialen die in grote hoeveelheden aanwezig zijn.
Hoewel de techniek van een zoutbatterij om energie op te slaan al lang bestaat, heeft deze nog enige tijd nodig gehad om zich te ontwikkelen tot een commercieel product dat ook praktisch bruikbaar is. Onder andere TNO, in samenwerking met de TU Eindhoven, onderzoekt deze technologie, maar ook andere bedrijven hebben het idee inmiddels opgepikt en zijn bezig met de implementatie ervan. Een voorbeeld hiervan is het Zwitserse FZSoNick, dat eind vorig jaar, vertegenwoordigd door Fortona (een onderdeel van Hanzestrohm), een commerciële zoutbatterij op de Nederlandse markt bracht.
Wat is een zoutbatterij?
In principe werkt een zoutwaterbatterij op basis van een conventionele anode en kathode, die via een elektrolyt met elkaar zijn verbonden. Bij de zoutwaterbatterij fungeert het zoute water als dit elektrolyt, waarbij ionen zich bij het ontladen van de batterij verplaatsen van de anode naar de kathode, en omgekeerd tijdens het opladen van de batterij.
Een belangrijk voordeel van een zoutbatterij ten opzichte van een lithiumbatterij is de inherente veiligheid ervan. Door de gebruikte materialen is er, ook bij hoge temperaturen, overladen of diep ontladen, geen kans op zogenaamde ‘thermische runaway’. Dit geldt ook als de batterijen vallen of ergens tegen aan stoten. Bovendien zijn de materialen van zoutbatterijen niet brandbaar en komen er bij beschadiging geen gevaarlijke stoffen vrij. De batterij is dus veilig in gebruik, maar ook tijdens transport.
De materialen die in een zoutbatterij worden gebruikt zijn milieuvriendelijk en in grote hoeveelheden, relatief goedkoop te verkrijgen. Er worden dus geen zeldzame, dure grondstoffen gebruikt, wat de batterij ook minder aantrekkelijk maakt voor diefstal. Bovendien is de batterij vaak volledig recyclebaar. Andere voordelen van zoutbatterijen zijn hun lange levensduur, omdat ze amper degraderen, hun lage onderhoudsvereisten en hun vermogen om volledig ontladen te worden zonder schade op te lopen.
‘De kern van de batterij met gesmolten zout heeft een temperatuur van ongeveer 250 °C’
Beperkingen
De grootste beperking van de standaardzoutwaterbatterij is momenteel de relatief lage energiedichtheid. Dit betekent dat voor de opslag van grote hoeveelheden energie een groot volume nodig is, waardoor de batterij in principe niet geschikt is voor mobiele toepassingen. Maar zelfs bij toepassing in woningen of bedrijven vereist een zoutbatterij vaak een technische ruimte van aanzienlijke omvang. Bovendien leveren zoutbatterijen slechts een beperkte hoeveelheid stroom per tijdseenheid, waardoor ze minder geschikt zijn voor het opvangen van piekstromen die ontstaan wanneer verschillende apparaten gelijktijdig worden ingeschakeld, zoals een vaatwasser, wasmachine en stofzuiger in woningen.
SMC-batterij
Als oplossing voor deze beperkingen presenteerde Fortona op de vakbeurs Solar Solutions International 2023 een nieuw type zoutbatterij: de SMC (sodium metaal chloride) -batterij, ontwikkeld door het Zwitserse bedrijf FZSoNick.
Kees Compaan, senior sales engineer bij Fortona, legt uit: “Beide types, zowel de SMC- als een standaard zoutbatterij, maken gebruik van vloeibaar zout. Het verschil is echter dat de SMC gebruik maakt van gesmolten zout, terwijl een conventionele zoutbatterij een zoute vloeistof op kamertemperatuur gebruikt. De kern van de batterij met gesmolten zout heeft een temperatuur van ongeveer 250 °C. Dit levert een aantal unieke voordelen op.”
Gesmolten zout
De SMC-batterij bestaat voor 32 procent uit keukenzout, 22 procent uit nikkel, 22 procent uit ijzer en 20 procent uit keramiek. Dit zijn veilige en natuurlijke grondstoffen die wereldwijd ruimschoots beschikbaar zijn. Door bèta aluminium aan dit zout toe te voegen, wordt het vloeibaar bij een temperatuur van 150 °C. Door vervolgens nikkel toe te voegen en de temperatuur te verhogen tot 250 °C, wordt het mengsel geschikt voor energieopslag in een batterijcel.
“Omdat deze zoutbatterij van binnen zeer warm is, is het rendement vergelijkbaar met dat van een lithiumbatterij. Hierdoor is het probleem van de lage energiedichtheid van een standaard zoutbatterij geëlimineerd. Dit betekent wel dat je deze batterij eerst moet opwarmen voordat je hem kunt gebruiken. Dit kost inderdaad wat energie, maar door de goede isolatie van de roestvrijstalen behuizing is het warmteverlies sterk te beperken en draagt de warmteproductie tijdens het laden en ontladen juist bij aan een betere efficiëntie van de batterij,” legt Compaan uit.
Beter dan een lithiumbatterij?
In termen van opslagcapaciteit en grootte is de SMC-batterij vergelijkbaar met een lithiumbatterij. Echter, de SMCheeft verschillende voordelen ten opzichte van lithiumbatterijen. Naast de bovengenoemde veiligheidsaspecten en duurzaamheid van materialen, zijn er nog andere belangrijke factoren die de SMC-batterij tot een aantrekkelijk alternatief maken. Een SMC-batterij kan bijvoorbeeld volledig worden ontladen en geladen zonder dat dit de levensduur van de batterij beïnvloedt. Lithiumbatterijen, daarentegen, degraderen na verloop van tijd bij volledig laden en ontladen.
Daarnaast kan een SMC-batterij ook als noodstroomvoorziening fungeren, wat bij een lithiumbatterij over het algemeen niet mogelijk is. Bovendien heeft de SMC-batterij een levensduur van twintig jaar, zonder dat de capaciteit afneemt. Dit is aanzienlijk langer dan bij lithiumbatterijen, die gemiddeld tien jaar meegaan.
De toekomst van energieopslag
Zoutbatterijen hebben een enorme potentie voor de toekomst van energieopslag. De ontwikkelingen in deze sector zijn nog in volle gang en we kunnen verwachten dat zoutbatterijen een prominente rol zullen spelen in het energielandschap van de toekomst, met name vanwege hun veiligheid, duurzaamheid, efficiëntie en lage kosten. Hoewel er nog steeds uitdagingen zijn – met name in termen van energiedichtheid en stroomafgifte – zijn de voortdurende verbeteringen in deze technologie een bemoedigend teken.
Zoals met alle innovaties in hernieuwbare energie en energieopslag, is het belangrijk dat we deze ontwikkelingen kritisch blijven volgen en ondersteunen. Door te blijven investeren in onderzoek en ontwikkeling van technologieën zoals zoutbatterijen, kunnen we blijven werken aan een duurzame toekomst waarin we onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen.