Energieopslag is net zo belangrijk als hernieuwbare energie. Maar hoe slaan we onze energie dan op?

Batterijen zijn er in elke vorm en, vooral, chemie. In de puzzel die energiesystemen van de toekomst heet, zijn ze onmisbaar om het potentieel van hernieuwbare energie volledig te benutten en een van de meest prominente nadelen ervan te beperken: inconsistentie. Om wind- en zonne-energie op hetzelfde niveau te brengen als fossiele energie, is het opslaan van energie voor later gebruik essentieel om op elk moment toegang te hebben tot energie. Bovendien zijn batterijen ook een grote hulp voor het elektriciteitsnet, omdat ze vraag en aanbod in evenwicht houden, het net stabieler maken en de efficiëntie ervan verbeteren.

Waarom dit belangrijk is: Het opslaan van hernieuwbare energie is net zo cruciaal als de productie ervan. In dit artikel verkennen we enkele van de belangrijkste technologieën voor batterijopslag en belichten we hun voor- en nadelen.

Daarom is het belang van batterijen onbetwistbaar. Er zijn tal van opties voor accutechnologie, variërend van gevestigde chemie tot nieuwere en duurzamere. We doken in drie belangrijke batterijtechnologieën voor het heden en de toekomst van de stationaire energieopslagsector met Dirk van Asseldonk. Hij is themaleider accusystemen bij Battery Competence Cluster NL, het innovatieprogramma dat werkt aan het stimuleren en versterken van het Nederlandse accu-ecosysteem.

Lithium-gebaseerde accu’s

Batterijen op basis van lithium zijn op dit moment de meest gebruikte batterijtechnologie. Telefoons, laptops en auto’s werken er allemaal op. Binnen dit segment en daarbuiten wordt de lithium-ion-chemie het meest gebruikt voor draagbare elektronica en elektrische voertuigen (EV’s). De hoge energiedichtheid – de hoeveelheid energie die erin wordt opgeslagen – de lange levensduur en het lage onderhoud hebben ze zo wijdverspreid gemaakt. Een van de meest prominente samenstellingen van lithium is lithium-nikkel-kobalt-mangaan (NCM), dat goed presteert maar afhankelijk is van moeilijker te ontginnen materialen en vatbaarder is voor brand. Daarom is Tesla voor sommige modellen overgestapt op lithium-ijzer-fosfaat (LFP) accu’s. De Model Y die in China wordt verkocht, werkt al met deze cellen.

Lithium-ion-accu’s worden ook gebruikt voor de opslag van hernieuwbare energie. “Ze kunnen snel reageren op het energienet en werken altijd”, benadrukt Van Asseldonk. De andere kant van de medaille is dat Europa afhankelijk is van andere regio’s voor wat het witte goud is geworden. Australië, met hard gesteente mijnbouw, en Zuid-Amerika, met verdampingsvijvers – beide vervuilende en grondstofintensieve methoden – zijn waar het materiaal vandaan komt, terwijl China het grootste deel van de raffinage in handen heeft. Hierdoor zijn Nederland en Europa afhankelijk van import. Er zijn uitzonderingen, zoals Vulcan Energy, dat lithium gaat winnen uit geothermische pekel in Duitsland. Ondertussen moet recycling nog in een stroomversnelling komen.

“Als samenleving moeten we lithiumbatterijen gebruiken, vooral de NCM, in toepassingsgebieden zonder alternatieven. Door hun hoge energiedichtheid zijn ze ideaal voor auto’s, maar de inkoop van hun materialen maakt ons afhankelijk. Er is echter geen ander alternatief om kortstondige pieken en dalen te compenseren. Maar om wind- of zonne-energie voor uren of dagen op te slaan, moeten we geen lithium gebruiken, wat een zeer hoge capaciteit vereist, maar geen zeer hoog vermogen. En lithium is dan niet meer zo goedkoop: de opkomende alternatieven zijn goedkoper in termen van capaciteit,” benadrukt de expert.

Flow batterijen

Een van de technologische opties waar Van Asseldonk op zinspeelt zijn flowbatterijen. In tegenstelling tot conventionele batterijen slaan ze energie op in vloeibare elektrolytoplossingen in externe tanks. Een elektrolyt is een stof die elektriciteit geleidt en de beweging van ionen door een reactiecel mogelijk maakt, waar elektrochemische reacties plaatsvinden om energie te produceren of op te slaan. Deze batterijen kunnen ook oplossingen op waterbasis gebruiken om energie op te slaan. Een kenmerk dat deze accu’s onderscheidt is hun vermogen om energie- en stroomcomponenten van elkaar te scheiden. Dit betekent dat de grootte van de elektrochemische cel het vermogen bepaalt en de grootte van de externe tanks de energieopslagcapaciteit. Hierdoor is een grotere ontwerpflexibiliteit mogelijk.

“Flowbatterijen vormen een goede optie voor langdurige energieopslag. Een ander groot voordeel is dat ze intrinsiek recyclebaar zijn omdat ze gemaakt kunnen worden van duurzame en overvloedige materialen. Neem bijvoorbeeld Elestor, dat zeewaterbromide gebruikt,” legt Van Asseldonk uit. Standaardtechnologieën voor flowbatterijen gebruiken echter vanadium, een metaal dat veel voorkomt in Rusland, China en Zuid-Afrika.

Elestor is een Nederlands bedrijf dat flowbatterijtechnologie ontwikkelt. Naast broom wordt ook waterstof gebruikt als actief materiaal, met als doel zo laag mogelijke opslagkosten per MWh te realiseren. Het in Alphen aan de Rhijn gevestigde AQUABATTERY gebruikt water en keukenzout. Duurzame materialen kunnen de kern vormen van energieopslagoplossingen voor de lange termijn, hoewel de energiedichtheid lager blijft dan bij meer volwassen batterijtechnologieën.

Natrium-ion accu’s

Ook natrium-ion-accu’s (NIB’s) zijn in opkomst als veelbelovende accutechnologie, voornamelijk vanwege de ruime beschikbaarheid van natrium – het mineraal waaruit keukenzout wordt gewonnen. Deze batterij gebruikt natriumionen om elektrische ladingen te transporteren tussen de negatieve en positieve elektroden. In vergelijking met lithium-ionbatterijen zijn deze batterijen niet alleen duurzamer, maar ook goedkoper. Gezien de capaciteit op MWh-schaal die moet worden ingezet om het elektriciteitsnet aan te vullen, kan een goedkoop opslagmedium het verschil maken.

Als bewijs van het potentieel van deze technologie heeft de Zweedse accufabrikant Northvolt onlangs een natrium-ion accu ontwikkeld en toegevoegd aan zijn portfolio. De cel bleek kosteneffectiever en duurzamer dan NMC- of LFP-opties. Met veiligheid als een van de andere voordelen, hebben natrium-ion accu’s een lagere energiedichtheid.

NIB’s bieden ook aantrekkelijke vooruitzichten in de stationaire energieopslagsector. In dit segment zijn de operationele kosten gedurende de levensduur belangrijker dan gewicht of volume. Hoewel de lithiumprijzen de afgelopen maanden aanzienlijk zijn gedaald, zullen natrium-ion-oplossingen in de toekomst waarschijnlijk een goed alternatief vormen naarmate er meer onderzoek wordt gedaan om ze efficiënter te maken.

De rol van het Nederlandse batterij-ecosysteem

Volgens van Asseldonk is het Nederlandse batterij-ecosysteem ontwaakt sinds de lancering van Battery Competence Cluster NL twee jaar geleden. “We hebben nog veel werk te doen, maar het ecosysteem ontwikkelt zich snel. Er is nu een gevoel van urgentie dat ons dwingt om in beweging te komen. Het gaat er niet om dat we een batterijfabriek in Nederland hebben; het gaat erom dat we een industrie hebben die minder afhankelijk is van leveranciers van buiten Europa.”

In zoverre is de keuze om batterijbedrijven te ondersteunen die werken met overvloedige en beschikbare basismaterialen. Als de echte uitdaging voor de komende jaren is om robuuste opslagsystemen te hebben die dagen of zelfs weken stroom kunnen opslaan, dan bevindt Nederland zich in een goede positie.

“Op wereldschaal hebben ongeveer vijftien bedrijven een oplossing voor langetermijnopslag van elektriciteit. Vijf daarvan bevinden zich in Nederland. Dit bewijst hoe goed het ecosysteem het doet,” zegt hij.

Met lithium-ion voor de opslagbehoefte van minuten tot uren en flowbatterijen voor de opslagbehoefte van uren tot weken, zal waterstof de opslagtoepassingen voor langere tijd dekken. Het omzetten van waterstof in elektriciteit en vice versa veroorzaakt echter aanzienlijke energieverliezen, waar verder onderzoek naar nodig is. In die mate willen de Nederlanders nog steeds een wereldwijd referentiepunt zijn en een expertisecentrum voor langetermijnbatterijen oprichten. “We willen het creëren, en als we dat kunnen bereiken, kunnen we wereldwijd een magneet voor innovatie zijn. Op wereldschaal heeft dit segment de potentie om door te groeien naar tien procent van de markt, een enorm aandeel voor een land als Nederland,” concludeert van Asseldonk.