“Elektriciteit opslaan in chemische verbindingen noodzakelijk voor energietransitie”

Bij de huidige overgang van fossiel naar duurzaam wordt er nogal wat verwacht van duurzame bronnen, zoals zon- en windenergie. Maar daarbij worden energie- en elektriciteitsverbruik vaak door elkaar gehaald. Het overgrote deel van ons energieverbruik betreft niet elektriciteit, maar bijvoorbeeld warmtegebruik in industrie en huishoudens, en transportbrandstoffen. Wind en zon zijn bovendien (geografisch en in de tijd) variabele bronnen en dus lastig voorspelbaar.

Goedkope en dure elektriciteit

Hierdoor ontstaat een mismatch tussen elektriciteitsvraag en -aanbod, en dus onvermijdelijk periodes van goedkope en dure elektriciteit. De Jong: "Dan is het interessant om wat systeemflexibiliteit te creëren, bijvoorbeeld door in goedkope perioden elektriciteit op te slaan om die later, bij elektriciteitsschaarste, weer in te zetten. Energieopslag op grote schaal draagt dan bij aan stabilisatie en het minder afhankelijk worden van fossiele bronnen."

Het opslaan van stroom kan gebeuren in kleinschalige systemen, zoals vliegwielen en batterijen, maar ook in de vorm van chemische verbindingen, brandstoffen. "Echt grootschalig energie opslaan betekent dat we de elektronen uit duurzaam opgewekte elektriciteit moeten omzetten in chemische verbindingen. En er zijn nogal wat moleculen die we kunnen maken: van een bulkbrandstof als CH4, tot meststoffen en plastics."

Waterstof

Hoe komen we nu van duurzame elektriciteit naar die moleculen? De eerste mogelijkheid is de zogenaamde indirecte route. Hierbij wordt eerst water met elektriciteit ontleed in waterstof. Dit kan in de industrie soms direct worden ingezet. Maar dat klinkt gemakkelijker dan het volgens De Jong in werkelijkheid is. Verder kan waterstof ook worden gekoppeld aan CO₂, om daarmee efficiëntere energiedragers te maken.

Methaan

"Een voorbeeld hiervan is methaangas-productie. Het elektriciteitsnet heeft veel mogelijke duurzame toeleveringsbronnen, bijvoorbeeld biomassa. Hieruit kan CO₂ worden gewonnen door verbranding en CO₂-afvang. Deze CO₂ vormt dan weer de grondstof voor methaanproductie. Onze huidige gasinfrastructuur kan grote hoeveelheden opslaan. In tijden van schaarste aan duurzame bronnen kan methaan met gasturbines weer in elektriciteit worden omgezet."

Elektrochemie

Een derde mogelijkheid is de zogenaamde directe power-to-X route. Hierin wordt elektriciteit gebruikt om CO₂ direct via elektrochemie om te zetten in de gewenste moleculen. Het hart hiervan vormt de elektrochemische cel. "Het potentieel van deze elektrochemische technologie is groot, omdat de selectiviteit hoog kan zijn en de procescondities zeker qua temperatuur niet extreem uitdagend."

Er zijn diverse domeinen nodig voor de succesvolle ontwikkeling van electrochemische energieopslag. "In Delft zijn we bezig om een oplijning te creëren van disciplines variërend van materiaalkunde, katalyse, elektrochemie, transportverschijnselen, reactorkunde, energietechnologie en proces-systeem-integratie, tot aan inbedding in onze nationale infrastructuren via systeemstudies. We noemen deze samenwerking de ontwikkeling van de ‘E-Refinery’. Daarin kijken we naar de integratie van de fluctuerende elektriciteitsproductie, CO₂-vangst, de primaire conversie, verder productscheiding en -zuivering, opslag en transport en productgebruik in verschillende sectoren."

Kennisgat

"Grootschalig energie opslaan betekent hoe dan ook dat we de elektronen uit duurzaam opgewekte elektriciteit in chemische bindingen moeten omzetten. Daarvoor moet wel het aloude gebied van de elektrochemie, maar vooral electrochemical engineering, terug op de kaart. Door lang gemis aan aandacht en drive, is er namelijk een behoorlijk gat tussen de benodigde en de aanwezige kennis en kunde op dit gebied in onze samenleving. Een gat dat gedicht moet worden met onderwijs en onderzoek gekoppeld aan valorisatie."