Batterijtechnologie maakt energietransitie mogelijk
Het mogelijk maken van de energietransitie – de overgang van fossiele brandstoffen naar volledig duurzaam energiegebruik – heeft wel iets weg van een legpuzzel van minstens vijfduizend stukjes. Mét veel strakblauwe lucht en zónder voorbeeld. Het afkrijgen van die puzzel vraagt om intensief zoeken naar de juiste combinatie van duurzame energiebronnen en toepassingsmogelijkheden: puzzelstukjes die samen de gewenste afbeelding vormen van een wereld waarin de CO2-uitstoot van de mens niet langer een bedreiging vormt voor het milieu. Over twintig jaar moet, zo is afgesproken in het Energieakkoord, aardgas als energiebron volledig zijn vervangen door duurzame energie uit bijvoorbeeld zon en wind. Op termijn kunnen we met zonne- en windenergie echter slechts aan vijftig procent van de energiebehoefte voldoen. Om ook de andere helft mogelijk te maken, moeten we alternatieve oplossingen bedenken en slimmer omgaan met energie.
Een van de tot nu toe ontbrekende puzzelstukjes die de energietransitie dichterbij kunnen brengen, is batterijtechnologie. We kennen batterijen al zo’n 250 jaar als medium voor de opslag van elektriciteit. We gebruiken ze onder meer in onze auto’s, horloges, mobiele telefoons en laptops, waarbij we tegenwoordig ook nog met powerpacks (draagbare batterijen) rondsjouwen voor extra vermogen onderweg. Diezelfde batterijtechnologie zou ook wel eens een sleutelrol kunnen vervullen bij de energietransitie. Tot voor kort was de elektriciteit die wordt opgewekt door zonnepanelen en windmolens namelijk niet grootschalig op te slaan. De opgewekte energie moest direct worden verbruikt, hetzij door het elektriciteitsnet dat wordt gevoed door zon- en windparken en waarop wij allemaal zijn aangesloten, hetzij door de eigenaren van zonnepanelen of windmolens (zoals boeren) die overtollige stroom op hun beurt weer terugleveren aan het net. Overschotten op zonnige of winderige dagen konden dus niet worden bewaard voor gebruik op bewolkte en windstille dagen en gingen jammer genoeg verloren.
Duurzame festivals
Inmiddels is die mogelijkheid er wel en staan we voor een doorbraak op het gebied van opslag van duurzame energie. Groene stroom uit zon of wind kan worden opgeslagen in elektrische batterijen. Die opslag kan zowel centraal als decentraal plaatsvinden. Centrale opslag vindt plaats in een batterij die direct aan de energiebron is gekoppeld, zoals de batterij van drie megawatt, die momenteel wordt gebouwd naast windpark Alexia. De batterij levert straks ‘uit voorraad’ groene stroom aan het elektriciteitsnet, wanneer de reguliere duurzame energiebronnen niet in de behoefte kunnen voorzien. Daarnaast is decentrale opslag mogelijk, bijvoorbeeld in de vorm van een verplaatsbare batterij die op locatie kan worden ingezet. Eigenlijk een reusachtig powerpack dat na opladen op elke gewenste locatie en elk moment duurzame stroom levert. Zo zijn het afgelopen jaar elektrische batterijen ingezet bij festivals als Mystery Land en Oerol, als alternatief voor de (niet-duurzame) portable generator.
Hoog tarief omzeilen
Ook voor het bedrijfsleven biedt batterijtechnologie de komende jaren nieuwe perspectieven. Bedrijven kunnen straks zelf een batterij plaatsen voor de opslag van energie die ze opwekken met zonnepanelen of windmolens. Dat kan (na de aanvangsinvestering) leiden tot belangrijke besparingen. Tot nu toe kon het overschot aan zelfopgewekte energie alleen worden teruggeleverd aan het net en niet worden bewaard voor bijvoorbeeld verbruik tijdens nachtelijke uren, of op minder zon- en windrijke dagen. Op die momenten moest weer stroom worden ingekocht van de energieleverancier. Met een batterij kunnen bedrijven duurzame energieoverschotten opslaan tot het moment dat ze deze nodig hebben, of deze eigen ‘goedkope’ stroom bewaren voor momenten dat externe inkoop duur is. Zo speelt een bedrijf in vriescellen slim in op het tariefverschil tussen dag en nacht. Tijdens de uren met goedkoop nachttarief wordt de temperatuur van de vriesinstallatie expres lager ingesteld dan nodig. De vriescellen zijn dan koud genoeg om de stroom overdag te kunnen uitschakelen en daarmee het dure dagtarief te omzeilen. Een batterij brengt dezelfde mogelijkheden voor kostenefficiency en flexibele inzet met zich mee.
Stroomstoringen
Bedrijven met een wisselend energiepatroon tussen dag en nacht of gedurende de week kunnen met een batterij dus besparen op hun energienota, terwijl ze pieken en dalen in hun energiebehoefte gemakkelijker kunnen opvangen. Een ander voordeel is continuïteit. Bij een stroomstoring in het net kunnen de bedrijfsactiviteiten gewoon doorgaan. Een stroomstoring duurt gemiddeld een half uur: dat is met een eigen batterij gemakkelijk te overbruggen. Naast kosten en flexibiliteit is er nog een derde voordeel: het terugbrengen van de CO2-uitstoot. Bedrijven kopen nu vaak groencertificaten om hun hoge CO2-emissies te compenseren en te voldoen aan de regelgeving. Met een batterij kunnen ze hun CO2-uitstoot daadwerkelijk zelf omlaag brengen. Duurzaamheid hoeft dan niet meer te worden afgekocht, maar vormt een integraal onderdeel van de bedrijfsvoering. Dat kan ook vanuit reputatie-oogpunt en de maatschappelijke license to operate een belangrijk argument zijn. Binnen nu en vijf jaar komt elk bedrijf met een wisselende energiebehoefte dan ook voor de keuze te staan of een elektrische batterij voordelen kan opleveren in geld, flexibiliteit en duurzaamheidsbeleid. Bedrijven met een gelijkmatige energieconsumptie kunnen wellicht beter een groencontract afsluiten bij hun energieleverancier. Overigens is het goed mogelijk dat ook zij duurzame stroom krijgen uit een batterij, namelijk uit de centrale opslag bij de windparken.
De superbatterij
Zijn we met elektrische batterijen in staat de ontbrekende vijftig procent van de elektriciteitsbehoefte duurzaam te leveren om aan de doelstellingen voor CO2-reductie te voldoen? Nee, als we zonder fossiele brandstoffen en de bijbehorende CO2-uitstoot willen voorzien in de wisselende energiebehoefte in alle seizoenen, moeten we met grover geschut komen: een superbatterij voor de opslag van grote volumes duurzaam opgewekte energie. Zo’n superbatterij kan overschotten in zonne-energie uit de zomer opslaan voor gure winters en het surplus aan energie uit herfststormen uitleveren als er slechts een lentebriesje waait. Zo’n superbatterij is ook in staat om geïmporteerde duurzame energie uit andere delen van de wereld – zoals de zonnige Sahara – voor langere tijd op te slaan. Er wordt momenteel hard gewerkt aan de ontwikkeling van die superbatterij. Het gaat daarbij niet om een batterij in de traditionele zin van het woord, maar om de omvorming van de Magnumcentrale in de Eemshaven tot ‘superbatterij’. Bij de huidige gascentrale moeten op termijn overschotten aan groene stroom omgezet kunnen worden in ammoniak. Dat gaat als volgt: als er meer zonne- en windenergie wordt geproduceerd dan verbruikt, wordt die elektriciteit ingezet om stikstof aan waterstof te binden tot vloeibare ammoniak. In tegenstelling tot waterstof kan ammoniak in tanks worden opgeslagen en van en naar elke plek ter wereld worden vervoerd over de bestaande infrastructuur. Hiermee wordt het ook mogelijk om ammoniak die is geproduceerd uit groene stroom te importeren uit plaatsen waar deze overvloedig en goedkoop voorhanden is. Ammoniak is dus eigenlijk een waterstofdrager. Bij een tekort aan groene stroom kan de opgeslagen ammoniak worden verbrand in de turbines van de centrale en ontstaat er weer elektriciteit. Daarbij komt alleen stikstof en waterdamp vrij en geen CO2 (zoals bij de verbranding van aardgas).
Waterstof als energie of grondstof?
Over vijf jaar moet de superbatterij klaar zijn voor een demonstratie op relevante schaal, over tien jaar moet de technologie op grote schaal toegepast kunnen worden. Nuon werkt bij de ontwikkeling van de technologie voor de superbatterij samen met een kennisinstituut als TU Delft, maar ook met bedrijven als Akzo en Oci Nitrogen. De technologie is namelijk ook interessant voor de (petro) chemische industrie. Oci Nitrogen is een producent van kunstmest, waarvoor ammoniak een belangrijke grondstof vormt. Het bedrijf kan de opgeslagen ammoniak die is verkregen uit groene stroom dus ook gebruiken als grondstof voor de kunstmestproductie, afhankelijk van de fluctuaties in energiebehoefte, het aanbod op de grondstofmarkt en de prijsstelling van beide. Zo kan strategisch en operationeel de optimale afweging worden gemaakt: zowel vanuit het oogpunt van kosten, als continuïteit en duurzaamheid: het verlagen van de CO2-footprint.
Ingeblikte zon uit de Sahara
Grootschalige toepassing van de technologie brengt ook de waterstofeconomie dichterbij. Rijden we straks dus allemaal in waterstofauto’s, of breekt toch de elektrische auto definitief door? De ratrace zal worden gewonnen door de meest gebruiksvriendelijke technologie, wat betreft kosten, actieradius en oplaad/ tanksnelheid. En trekt straks heel Nederland groene stroom van de superbatterij, aangevuld met ingeblikte Sahara-zon? Of hebben we straks allemaal een elektrische batterij voor thuisgebruik, die we kunnen gebruiken om onze auto in te pluggen en om ons huis CO2-vrij te verlichten en verwarmen? Het is allemaal mogelijk. Om de energietransitie in twintig jaar tijd mogelijk te maken, moeten we niet denken in óf óf, maar in én én. De puzzel is in de maak, het zoeken naar de juiste stukjes in volle gang. Hier en daar worden de contouren van het toekomstige plaatje al zichtbaar, maar hoe de uiteindelijke afbeelding er precies uit komt te zien, blijft nog even een verrassing.
> Lees hier meer over de ontwikkeling van een superbatterij die windenergie kan opslaan
Deze analyse is gepubliceerd in de special Energietransitie, gepubliceerd bij Management Scope 05 2017