Eén van de technieken die al jaren in vooral de industrie geldt als grote belofte in opslagtechniek, is ijzerbrandstoftechnologie. De Eindhovense startup RIFT (Renewable Iron Fuel Technology) houdt zich er sinds 2020 mee bezig. Het procedé is even eenvoudig als doeltreffend: het ijzerpoeder dat hiervoor nodig is, wordt gemaakt van afvalstaal. Als het poeder wordt verbrand, komt er thermische energie vrij.
De ontstane hitte - met temperaturen tussen de 1.500 en 2.000 °C - wordt gebruikt om water om te zetten in verzadigde stoom. Deze is zonder CO2-uitstoot en bevat slechts 0,07 kg NOx/MWh. Ter vergelijking: aardgas bevat 0,22 kg NOx/MWh. Wat overblijft na dit proces is roestpoeder. Dit roestpoeder wordt met (groene) waterstof omgezet in ijzerpoeder, dat opnieuw wordt verbrand. Dit proces kun je keer op keer herhalen, waardoor er een circulaire brandstof ontstaat.
Pilots met ijzerpoeder
De afgelopen jaren heeft RIFT de technologie in twee pilots en op verschillende schaalgrootte kunnen testen. Bij de brouwerij van Bavaria in Lieshout is de technologie in 2020 al getest bij de productie van bier door het Metal Power Consortium. In 2022 is dit door RIFT opgeschaald tot een vermogen van 1 MW, om aan het warmtenet van Helmond te kunnen leveren. De installatie verwarmt sinds augustus 2022 vijfhonderd Helmondse huizen.
Tegelijkertijd realiseerde RIFT op het Connectr Energy Demo Field op Cleantech Park Arnhem een demo-installatie, waarmee de roest met waterstof wordt omgezet naar ijzer. De combinatie van de boiler en productie is bedoeld om technologie naar industrie te schalen. Het wordt nu daadwerkelijk in een eerste, industriële toepassing ingezet bij Kingspan Unidek in Gemert, met een Iron Fuel Boiler. Onlangs zijn daarvoor de contracten getekend; de installatie moet in 2028 operationeel zijn. Kingspan Unidek wil hiermee maar liefst 90% reduceren van zijn jaarlijkse gasverbruik voor stoomproductie en de CO2-uitstoot hiervan. Het gaat om een vermindering van ruim 6.000 ton CO2 per jaar (zie kader).
Basalt als warmtebatterij
Warmte opslaan in grondstoffen met een hoge energiedichtheid en ze hieraan ook weer onttrekken is een bekend natuurkundig principe, maar wordt nog niet veel toegepast. De reden is simpel: je hebt er veel massa voor nodig en dus ook flink wat ruimte. Het Nederlandse bedrijf Cesar - opgericht in 2013 door ingenieur Cees van Nimwegen uit Best - heeft de technologie in een oplossing vastgelegd, waarmee grootschalig warmte in bijvoorbeeld basalt wordt opgeslagen.
De werking is doeltreffend: elektrische energie uit zonnepanelen, windmolens of uit het overbelaste elektriciteitsnet wordt op de roestvrijstalen buizen aangesloten volgens het principe van de gloeilamp. Via de buiswand wordt de warmte afgegeven aan de kern van de opslag. Dit is een veilig opslagreservoir, optimaal geïsoleerd en gevuld met opslagmaterialen met een hoge energiedichtheid zoals basalt.
Door met ventilatoren koude lucht door de buizen te stuwen, wordt de warmte uit de warmte-accu naar buiten geblazen. De lucht gaat naar een met water gevuld buffervat, met daarin een warmtewisselaar. Die houdt het water op elke gewenste bedrijfstemperatuur. Dit water kan op elk moment worden gebruikt voor het rechtstreeks verwarmen van onder andere woningen, fabrieken en kassen. De warmte-accu en het buffervat staan nabij het te verwarmen object. Er gaat tijdens het transport nauwelijks energie verloren.
Ecodorp Boekel
Dat dit werkt laat het Ecodorp-project in Boekel zien. Hier staan 36 klimaatadaptieve woningen, een buurthuis, een kennis- en educatiecentrum en een werkplaats. De Cesar-warmteopslag wordt met behulp van 600 zonnepanelen verwarmd tot 450 °C. Deze warmte wordt vastgehouden in basalt en via een 2 kilometer lang buizenstelsel aan de huizen afgegeven. De netto opslagcapaciteit is 110 MWh, met een rendement van 70%. Sinds 2023 wordt warmte opgeslagen; vanaf de winter van 2024 profiteren de bewoners ervan.
Een tweede project is gerealiseerd in St. Oedenrode, waar twintig nieuwbouwappartementen in 2024 zijn aangesloten op een Cesar-warmteopslag. De netto opslagcapaciteit van de warmteopslag bedraagt 80 MWh, eveneens met een rendement van 70%. De energie hiervoor wordt geleverd door zonnepanelen in combinatie met elektriciteit uit het overbelaste net, wanneer dit niets of weinig kost. Deze technologie is volgens het bedrijf ook goed te gebruiken in de industrie en de glastuinbouw.
Warmte opslaan in zout
Zout als opslagmedium gebruiken is evenmin nieuw, maar samengebracht in een boilerproduct komt het nog maar weinig voor. De Flextherm Eco is zo’n thermische batterij, waarmee warmte op woningniveau kan worden opgeslagen in anorganisch zout, een zogeheten Phase Change Material. Die warmte kan op een later moment worden gebruikt om het huis van warm water te voorzien.
Hoe werkt dat ook alweer? Het zout wordt eerst door een elektrische spiraal tot maximaal 70 °C opgewarmd. Bij die temperatuur is het zout helemaal vloeibaar. Zodra er vraag is naar warm tapwater, koelt het zout weer af tot de smeltfase, bij 58 °C. De daarbij vrijgekomen warmte-energie wordt afgegeven aan de met koud water gevulde warmtewisselaars, die het warme tap- en douchewater leveren. Ondertussen kristalliseert het afgekoelde zout, waarna het opnieuw wordt opgewarmd. Dit proces kan oneindig doorgaan en dat zonder rendementsverlies.
'Peak-shaver'
De accu is dusdanig compact dat deze in een keukenkastje past. Volgens het bedrijf Flamco, die de warmtebatterij op de markt brengt, heeft het een hoge efficiëntie van 98,8% en warmt de batterij in 2,5 uur op.
De warmtebatterij kan dus als ‘peak-shaver’ worden ingezet, op het moment dat er veel goedkope stroom op het net aanwezig is. Bovendien is het ‘smart grid ready’: door een ‘inverter’ voor zonnepanelen aan te sluiten, kan men naar keuze surplusenergie opslaan (buffer bijladen) of gebruiken (ruimte verwarmen). De ‘inverter’ regelt dat de warmtebatterij alleen opwarmt bij voldoende zonneschijn en bespaart zo CO2.
