Als we de warmte van de zomer en de kou van de winter opslaan in ondergrondse bassins (aquifers) hoeven we veel minder van ons dure aardgas aan te spreken om onze huizen te verwarmen. Maar voordat Den Haag groen licht wilde geven aan bodemenergie met warmte/koude-opslag moest er eerst duidelijkheid komen wat de effecten zijn van bodemenergie. Is het wel veilig voor het milieu en de bodem? Kan het leven in onze ondergrond die druk wel aan?
De uitkomsten van een tweejarig onderzoek van Deltares Bioclear, IF Technology en Wageningen UR naar de effecten van bodemenergie met metingen op negen verschillende locaties over het hele land zijn positief. Tot 25 graden heeft bodemenergie verwaarloosbare effecten op de bodem.
Het onderzoeksprogramma ‘Meer Met Bodemenergie’ (MMB) van Stichting Kennisontwikkeling Bodem (SKB) en 35 participanten richtte zich op de secundaire veranderingen in de grond; de chemische toestand, de microbiologie en de fysische toestand van bodem en grondwater. Ook de temperatuur, de grondwaterstands- en de stijghoogteveranderingen in de buurt van aquifers zijn in kaart gebracht. Het uitgebreide onderzoek (labtesten met grondmonsters, thermische- en hydrologische modelleringen, veldmetingen) is gepubliceerd in 12 gedetailleerde rapporten en een handige samenvatting van SKB
Effecten minimaal
De natuurlijke temperatuur van ondiep grondwater (tot 250 meter diepte) in Nederland is 9 – 16 °C. De bovenste laag (50 à 100 meter) wordt al warmer door klimaatverandering en verstedelijking. Bodemenergiesystemen beïnvloeden de processen in de bodem ook. Daarom is in metingen gelet op stroming die bij temperatuurwisselingen op kan treden tussen het opgeslagen water en het omringende grondwater (zie rapport 3 en 4, (PDF)).
De ondergrond bestaat uit verschillende mineralen, waaronder kwarts. De oplosbaarheid van kwarts en andere mineralen neemt beperkt toe bij hogere temperaturen. Slechts in enkele gevallen worden er onregelmatigheden gemeld. Zo werd bij een opslag van 60 °C een toename in de geleidbaarheid van grondwater gemeten, wat zou kunnen wijzen op een toename van het zoutgehalte van het grondwater. Dit soort waarschuwingen zijn echter schaars. Energieopslag kan onze bodem dus wel hebben, zo luidt de boodschap. Het helpt ons om onze strenge duurzaamheidsdoelstellingen op lange termijn te halen.
Den Haag vóór warmte- en koudeopslag
Warmte- en koudeopslag is een duurzame en rendabele techniek om gebouwen te verwarmen in de winter en te koelen in de zomer. Gratis warmte en kou wordt opgeslagen in aquifers, watervoerende lagen – van bijvoorbeeld zand – in de ondergrond, voor later gebruik.
Er zijn twee systemen: open en gesloten. Bij een open systeem wordt gebruik gemaakt van de warmte dan wel koude van het grondwater. Bij een gesloten systeem worden buizen, zogenaamde warmtewisselaars, in de bodem geplaatst. Het stadscentrum van Nieuwegein (in aanbouw) kreeg al toestemming om bodemenergie te benutten. Door de koppen bij elkaar te steken, komt er een grote centrale bodemopslag die op energiegebied het onderste uit de kan haalt voor woningen, kantoren, winkels en het stadskantoor.
Dit filmpje toont hoe de energie in het het hart van Nieuwegein gaat stromen.
Door het gebruik van seizoenswarmte en koude kunnen flinke energiebesparingen worden gerealiseerd. Op dit moment telt Nederland al 1500 open systemen en een veelvoud aan gesloten systemen. Nu er groen licht is kan de beschikbare warmte en koude grootschalig worden opgeslagen. WKO kan volgens het bureau Agenschap.nl een substantiële bijdrage aan de nationale energiebesparingdoelstellingen opleveren. Binnen tien jaar zou het gebruik van WKO zelfs kunnen vertienvoudigen.
Vuil eruit, energie erin
Bodemenergie lijkt zelfs te combineren met de oplossing voor een ander probleem; bodemverontreiniging. De meeste bodemenergiesystemen worden gerealiseerd in drukke stedelijke gebieden met van oudsher veel industrie. Een combinatie van energieopslag en bodemsanering is aantrekkelijk, zeggen de onderzoekers, “mits er natuurlijke afbraakcondities aanwezig zijn of gecreëerd worden”. Door metingen op twee verontreinigde locaties en in labtesten is dat uitgebreid bekeken; zie rapport 9. De aanpak om vervuild water dat voor WKO omhoog wordt gepompt te reinigen hebben we eerder beschreven in het Kennislinkbericht ‘Gebruik de biowasmachine’
Als natuurlijke afbraak onvoldoende effect heeft, kan worden bijgestuurd met hulpmiddelen die het afbraakproces stimuleren, zoals ethanol, chitine of (geëmulgeerde) plantaardige olie. Tijdens het onderzoek is een lijst opgesteld met effecten op de afbraak van vervuiling. Rapport 10 zet twaalf kansrijke cocktails op een rij. De onderzoekers bestempelen beleidsmatige benutting van de ondergrond binnen gebiedsgericht grondwaterbeheer als een ‘oplossing voor de toekomst’. Een ander positief neveneffect is de mogelijkheid om restwarmte van de industrie op te slaan in de onderwaterbassins. De industrie loost nu nog veel restwarmte aan de buitenlucht en in oppervlaktewater. Door opslag van restwarmte in de bodem kan deze woningen en gebouwen verwarmen. Restwarmte komt ook van gesloten kassen, warmtekrachtinstallaties, zonne-energie of geothermie.
Geen interferentie Den Haag
Als kou en warmte te dicht bij elkaar worden opgeslagen vermindert het rendement van de opslag door interferentie. Binnen MMB zijn modelberekeningen uitgevoerd voor het centrum van Den Haag, één van de gebieden met de hoogste dichtheid aan open systemen in Nederland. Uit de berekeningen blijkt dat in het centrum van Den Haag geen sprake van noemenswaardig rendementsverlies. Wel wordt aanbevolen om het proces in de ondergrond te blijven monitoren.
Over het onderzoek
Het aantal bodemenergiesystemen is de laatste jaren sterk gegroeid. De overheid zet in op een groei naar 18.000 systemen in 2020. Door de verwachte groei van het aantal systemen, ontstond de behoeft aan uitgebreid onderzoek naar effecten van systemen en combinaties met andere technieken. De effecten waren op hoofdlijnen bekend, maar er waren kennisleemten. MMB onderzocht de problematiek met 36 partijen. Rapport 1: Koppeling met beleid Rapport 2: Literatuuronderzoek Rapport 3/4: Effecten op de ondergrond Rapport 5: Modellering systemen Rapport 6: Hogetemperatuurwarmteopslag Rapport 7: Interferentie Rapport 8: Autonome opwarming Rapport 9: Effecten op sanering Rapport 10: Combinatie van WKO met bodemsanering Rapport 11: Gebiedsgericht grondwaterbeheer Rapport 12: Combinatie met de waterketen
Met de vernieuwde WKO-tool krijgen woningeigenaren en bouwprojectontwikkelaars inzicht in de mogelijkheden van warmte- koudeopslag (WKO) voor een bouwlocatie. Met de tool kunnen kansen, kosten en terugverdientijden van een WKO-systeem voor een bouwlocatie eenvoudig worden berekend. De tool berekent het meest ideale bodemenergiesysteem, de omvang van de energiebesparing en terugverdientijd.
Lees meer over warmte/koude-opslag:
- Vervuilde bodem? Gebruik de Biowasmachine! (Kennislinkartikel)
- Energieneutraal onder de pannen (Wetenschap24)