Je leest:

Rendement blauwe energie verdrievoudigd

Rendement blauwe energie verdrievoudigd

Verwarmen leidt tot verdrievoudiging opbrengst blauwe energie

Auteur: | 9 januari 2015

Blauwe energie wint energie uit het mengen van zoet en zout water. Natuurkundigen van de Universiteit Utrecht weten het rendement van blauwe energie te verhogen door het water eerst te verwarmen. Volgens berekeningen kan blauwe energie daarmee in maximaal dertig procent van de energiebehoefte van Nederland voorzien.

Renevr
Hoogleraar theoretische natuurkunde René Van Roij (hier op de foto) werkte samen met promovendus Mathijs Janssen en postdoc Andreas Härtel aan Capacative Blue Energy.
Universiteit Utrecht

Dankzij een eenvoudige aanpassing verdrievoudigt de opbrengst van blauwe energie. Natuurkundigen van de Universiteit Utrecht deden de ontdekking. De aanpassing was zo eenvoudig, dat hoogleraar theoretische natuurkunde René Van Roij nog verbaasd is. In zijn berekeningen toonde hij aan dat na het verwarmen van zoet water tot vijftig graden maar liefst twee keer zoveel energie wordt opgewekt.

“Verwarm je tot tachtig graden, dan verdrievoudigd de opbrengst zelfs”, zegt de theoretisch natuurkundige. Hij werkte samen met promovendus Mathijs Janssen en postdoc Andreas Härtel.

Cyclus

Blauwe energie wint energie uit het mengen van zoet en zout water. Dat kan op meerdere manieren. Van Roij deed zijn berekeningen voor een aanpak die in 2009 werd gepresenteerd door de Italiaanse fysicus Doriano Brogioli en Capacitive Blue Energy heet. Het water doorloopt daarbij een cyclisch ladings- en ontladingsproces in respectievelijk zout en zoet water.

Daarbij worden eerst twee elektrodes in zout water geplaatst, een plus en een min, die opgeladen worden (links in onderstaande figuur). Vervolgens wordt zout door zoet water vervangen, waardoor de spanning tussen de twee elektroden stijgt (rechts in onderstaande figuur). “Daarna ontladen ze in het zoete water, waarna het weer door zout water wordt vervangen. Vervolgens zetten we een nieuwe cyclus op. We laden dus bij een lage potentiaal en ontladen bij een hoge potentiaal en halen daardoor energie uit het water”, legt Van Roij uit.

Cbe
Het principe van Capacitive Blue Energy, waarbij alternerend twee elektroden worden opgeladen in zout water (links) en ontladen in zoet water (rechts).
Capmix

Verwarming verdrievoudigt de opbrengst

Maar waarom leidt verwarming tot meer opbrengst? De uitleg is volgens Van Roij verrassend eenvoudig: “Een toename van de temperatuur zorgt voor meer beweging van zout-ionen en watermoleculen. De in het water ondergedompelde elektroden trekken ionen aan van het andere teken. Een plus-elektrode trekt min-ionen aan en andersom. Zodra de temperatuur stijgt, gaan de ionen harder trillen en bewegen en is er een hogere potentiaal nodig om ze aan de elektrode te laten binden. Dit zorgt voor een hogere opbrengst bij warmer zoet water.”

Het Nederlandse onderzoeksinstituut Wetsus test deze methode wordt momenteel al. Maar ze doen de experimenten nog met onverwarmd zoet water. “We hebben informele contacten met Wetsus. Ik vermoed dat ze door onze berekeningen gaan proberen om het water eerst te verwarmen. Ik ga samen met collega’s in een laboratorium van de Universiteit Utrecht ook een test doen. Dat is denk ik niet zo ingewikkeld.”

De aanpak die Van Roij heeft berekend werkt heel anders dan de methode die momenteel wordt beproefd op de Afsluitdijk. Die werkt op basis van de zogenaamde ‘omgekeerde elektrodialyse’ (Reverse ElectroDialysis, zie kader hierboven) en gebruikt een membraan dat tussen zoet en zout water zit. Kennislink schreef eerder over deze aanpak.

Principe van een installatie voor Reverse ElectroDialysis (RED)

Principe red3
De RED installatie op de Afsluitdijk bevaten stapelingen (Engels: stacks) van membranen. Afwisselend laten die ofwel positieve ionen door (CEM, cation exchance membrane) of anionen (AEM: anion exchange membrane). De concentratieverschillen tussen aan de ene kant het langsstromende rivierwater en aan de andere kant het zeewater resulteren in een ‘verhuizing’ van natrium- en chlorideionen, dwars door respectievelijk de CEM en AEM membranen. Het effect is dat de installatie elektrische lading scheidt en zo een potentiaalverschil genereert. Via de elektroden aan de beide zijkanten resulteert dat in een elektronenstroom die – zoals hier in de tekening – een lamp kan laten branden.
Wetsus | Kennislink

Afsluitdijk

“We weten niet of het verwarmen ook voor deze methode goed werkt. Ik denk van niet, omdat zij op een heel andere manier te werk gaan. Zoet en zout water wordt daar alleen gescheiden door een membraan. Zodra je dan het zoete water verwarmd, wordt ook het zoute water heter en heb je lauw water.” Ook in Noorwegen was overigens een experiment met blauwe energie. Daar werd weer een andere methode beproefd, dat ook gebruik maakte van een membraan. Deze test stopte omdat het te duur was.

Het is nog onduidelijk welke van deze drie methodes het meest succesvol is. Ze bevinden zich allemaal nog in testfases. De Noorse methode en de aanpak van de Afsluitdijk zijn al veel verder dan waar Van Roij en collega’s berekeningen voor deden. “De proeven met Capacitive Blue Energy zijn nog kleinschaliger. De methode wordt momenteel getest in waterbakken ter grote van een aquarium.”

Prof. dr. René van Roij legt uit hoe Nederland via zijn onderzoek efficiënt gebruik kan maken blauwe energie.

Er zijn al berekeningen gedaan dat blauwe energie maximaal in dertig procent van de energiebehoefte van Nederland kan voorzien. Dat klinkt veelbelovend, maar de praktijk is meestal veel weerbarstiger. Het is bijvoorbeeld nog onduidelijk hoeveel van dit theoretisch maximum gewonnen kan worden. Bovendien moet ook nog beter in kaart worden gebracht hoe hoog de kosten van deze opwekking van elektriciteit zijn. Daar liep het uiteindelijk in Noorwegen op stuk. Energie uit zon en wind bleek veel goedkoper. Maar dat zegt nog niets over de test met de andere twee methodes.

Van Roij verwacht dat de verwarming van het water op een slimme manier kan. “Bijvoorbeeld door restwarmte van de industrie te gebruiken. Neem de Eemshaven in de provincie Groningen. Daar wordt een groot datacentrum van Google gebouwd, dat de restwarmte straks kwijt moet. Ik ben theoretisch fysicus en geen specialist op de bouw en doorrekening van installaties. Maar ik verwacht dat die restwarmte goed gebruikt kan worden om water te verwarmen en de opbrengst van blauwe energie fors te vermeerderen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 januari 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.