Nee, het zijn geen smurfen op een loopband. Maar wat moet je je dan voorstellen bij blauwe energie? Denk natter: blauwe energie komt uit water. Om precies te zijn, uit de grens tussen zoet en zout water. Die grenzen liggen bijvoorbeeld bij riviermondingen die de zee in stromen, of bij dijken zoals de Afsluitdijk die zoet en zout water van elkaar scheiden. De energie wordt opgewekt door het verschil in zoutgehalte tussen zoet en zout water.
Membranen
Los je zout (natriumchloride, NaCl) op in water, dan valt dit uiteen in geladen deeltjes: ionen. Deze zijn zowel positief (natrium, Na+) als negatief (chloride, Cl-) geladen. Zout water heeft dus veel meer geladen deeltjes dan zoet water. Dat verschil kan je gebruiken om elektriciteit op te wekken. Dit gebeurt onder andere met speciale membranen die alleen selectief positief of negatief geladen deeltjes doorlaten. Er ontstaat hierdoor een ladingsverschil over de membranen dat omgezet wordt in elektriciteit. Dit heet omgekeerde elektrodialyse.
Eén zo’n membraan met een oppervlak van 1 vierkante meter levert een verwaarloosbare 1,2 watt aan energie op. Maar dat membraan is slechts 0,2 millimeter dik, zodat er heel veel achter elkaar geplaatst kunnen worden. Met zulke compacte afmetingen wordt een energiecentrale op basis van blauwe energie ineens realistisch.
Promovendus Piotr Długołęcki van de Universiteit Twente onderzocht deze vorm van blauwe energie en richtte zich specifiek op het transport van de ionen om de hoeveelheid energie te optimaliseren. Hij voerde zijn onderzoek uit bij Wetsus, een onderzoeksinstituut op het gebied van duurzame watertechnologie.
Schaduweffect
Om zo veel mogelijk energie op te wekken, is het belangrijk dat het water goed gemengd is en gelijkmatig langs de membranen stroomt. Om dit te bewerkstelligen bevindt zich in de ruimte tussen twee membranen een netachtige structuur, een spacer.
De beschikbare spacers kunnen alleen geen geladen deeltjes transporteren. Daardoor kan het deel van de membranen dat bedekt is met de spacer niet bruikbaar om energie op te wekken, met als gevolg een lagere energieopbrengst. Het effectieve membraanoppervlak dat beschikbaar is voor het opwekken van energie is daardoor dus kleiner dan het daadwerkelijk aanwezige membraanoppervlak. Dit heet het schaduweffect van blauwe energie.
Zeecontainers
Długołęcki onderzocht hoe hij dit effect kon minimaliseren en een zo groot mogelijke hoeveelheid energie zou kunnen opwekken uit het mengen van zee- en rivierwater. Hij ontwikkelde geleidende spacers, waardoor een energiewinst van tweehonderd procent bereikt kan worden. Door verbeterde menging en stroming van het water langs de membranen bleek het mogelijk de energieopbrengst met nog eens een factor twee te verhogen.
Het resultaat: membranen die vier keer zoveel energie opwekken. Nu klinkt 5 watt per vierkante meter nog steeds niet wereldschokkend. Ter vergelijking: een beetje windmolen produceert 5 megawatt aan elektriciteit. Maar Michel Saakes, themabegeleider Blauwe Energie van Wetsus, zet de getallen even in perspectief.
“Een centrale van 300 megawatt, zoals die waarschijnlijk op de Afsluitdijk gebouwd gaat worden, is goed haalbaar met membranen van 5 watt. Wij rekenen in zeecontainers. Voor 300 megawatt zijn 60 miljoen membranen nodig, en die passen in 1200 zeecontainers.” Omgerekend zijn dat twee voetbalvelden vol zeecontainers. “Het voordeel is dat we die centrale onder de grond kunnen bouwen. Dat kan je niet met windmolens en zonnepanelen. Stel je voor: de containers van de Rotterdamse haven, maar dan onder de grond.”
Prijskaartje
Het nadeel is, zoals altijd, het prijskaartje. Volgens Kitty Nijmeijer, de begeleider van Długołęcki, zijn het vooral de membranen die de prijs van een centrale opdrijven. “Een membraan kost nu 5 euro per vierkante meter. Dat wordt heel duur als je miljoenen membranen nodig hebt.” Om precies te zijn: 300 miljoen euro. “En daar omheen moet je de centrale zelf nog bouwen.”
Een voorzichtige schatting leert dat zo’n centrale 4,5 jaar moet draaien om de kosten eruit te krijgen. En dat is zonder de stijgende energieprijs in aanmerking te nemen. Nijmeijer: “Als de energieopbrengst omhoog gaat, gaan de kosten omlaag. En als energie duurder wordt, zal zo’n centrale op den duur commercieel haalbaar worden.”