Meer dan de helft van alle energie gebruiken we in de vorm van warmte. Vandaar het belang van het onderzoekscluster Warmteopslag, Overdracht en Transport. Prof.dr.ir. Anton van Steenhoven leidt binnen de onderzoeksgroep Energy Technology (Werktuigbouwkunde) een project dat warmte-opslag aanzienlijk compacter en dus makkelijker toepasbaar moet maken. Dit gebeurt met behulp van zogenaamde warmtetransformatie-materialen: materialen die warmte opslaan of juist afgeven wanneer ze overgaan in een andere fase. Zo verandert magnesiumsulfaat van fase wanneer er vocht bij komt. Watermoleculen binden zich aan het zout. Hierbij komt warmte vrij, die in de winter bruikbaar is voor de verwarming van een huis. Het omgekeerde gebeurt ook: het magnesiumfosfaat met daaraan zeven watermoleculen geeft bij oplopende temperatuur (tot 150 graden Celsius) zes watermoleculen af. Het zout moet hiervoor worden opgewarmd door bijvoorbeeld zonnewarmte.

“Het voordeel van deze methode is dat de warmte-opslagvaten vele malen compacter kunnen zijn dan bij warmteopslag met waterreservoirs”, vertelt Van Steenhoven. “Helaas gaat het rendement vaak na een of twee keer omlaag, omdat de structuur van het materiaal verandert. Aan de TU/e onderzoeken we wat er precies gebeurt bij dit proces van wateropname en -afgifte.”

Betere batterijen
De kracht en levensduur van herlaadbare batterijen is een belangrijk onderwerp binnen het onderzoekscluster Waterstofopslag en Batterijen. Een lithium-ionbatterij (Li-ion) is een oplaadbare batterij die relatief veel elektrische energie kan opslaan. In de batterij zitten twee elektroden met daartussen een vloeistof met lithiumzout. Tijdens het laden en ontladen worden de geladen lithiumdeeltjes (lithium-ionen) van de ene naar de andere elektrode gepompt. Hoe meer lithium er kan worden opgenomen in de vaste stof van de elektrode, des te meer energie kan de batterij opslaan en leveren.

“Systemen met nieuwe materialen, zoals silicium en tinoxides, kunnen erg veel energie opslaan, maar er zijn ook nadelen”, vertelt prof.dr. Peter Notten van Scheikundige Technologie. “Tijdens het laadproces neemt het volume zo sterk toe dat het materiaal snel stuk gaat. Daar moeten we een oplossing voor vinden. Een andere methode die we onderzoeken, is het maken van nanogestructureerde materialen die veel intern oppervlak hebben, waaraan meer lithium zich kan hechten.”

De levensduur van Li-ionbatterijen is een heikel punt, vooral als deze in elektrische auto’s worden toegepast. Door het herhaald laden en met name diep ontladen, gaat de batterij maar beperkte tijd mee. Notten: “Wij proberen de levensduur van het materiaal te verbeteren door de chemie van de opslagmaterialen te veranderen, maar ook door bijvoorbeeld beschermende lagen aan te brengen op het oppervlak van het materiaal.”

Zonnecellen
Zonnepanelen zetten slechts een deel van het zonlicht om in elektrische energie. Een groot gedeelte van het lichtspectrum wordt niet benut. Dit geldt bijvoorbeeld voor ultraviolet licht. Door ultraviolet licht om te vormen naar licht waarvoor de cel wel gevoelig is, krijgen de zonnecellen een hoger rendement.

De onderzoeksgroep Plasma & Material Processing van prof.dr.ir. Richard van de Sanden buigt zich over deze mogelijkheid binnen het onderzoekscluster Geavanceerde Zonnecellen. “Het omzetten van ultraviolet licht naar wit licht gebeurt al in tl-buizen. Een fluorescerende stof met zeldzame aardmetalen converteert de ultraviolette straling in zichtbaar licht. Wij proberen dezelfde truc toe te passen in zonnecellen. We willen zeldzame aardmetalen verwerken in de anti-reflectielaag die toch al op de cel zit. Zo kan de niet benutte energie in het ultraviolette licht worden omgezet naar wit licht, zonder dat er een extra productiestap nodig is.”

Het aanbrengen van de blauwe anti- reflectielaag, een siliciumnitridelaag, gebeurt middels dunne filmtechnologie. Het onderzoek moet uitwijzen hoe de zeldzame aardmetalen aan deze laag zijn toe te voegen.

Verbranding
Binnen het onderzoekscluster Katalysatoren, Membranen en Scheiding valt onder meer het Eindhovense onderzoek naar verbrandings- en vergassingsprocessen. Met behulp van materialen die gemakkelijk te oxideren zijn, kunnen deze processen efficiënter verlopen. IJzeroxide en olivijn zijn zulke materialen. Bij een hoge temperatuur in een zuurstofrijke omgeving nemen deze zuurstof op, dat ze later weer afstaan aan de brandstof. De brandstof verbrandt of vergast dan in een milieu van pure zuurstof.

Wanneer een organisch materiaal zoals biomassa op deze manier verbrandt, komt uitsluitend warmte, water en kooldioxide vrij. Bij vergassing ontstaan daarnaast waardevolle producten als waterstof en koolmonoxide. Stikstof, een belangrijke component van lucht, komt hierbij niet vrij. Dat zou wel gebeuren zonder het gebruik van geoxideerde materialen voor de toevoer van zuurstof. “Bij verbranding is dat van groot nut, omdat we voor opslag van het kooldioxide de stikstof niet meer hoeven te verwijderen”, zegt prof.dr. Hubertus Veringa van de faculteit Scheikundige Technologie, initiatiefnemer van ADEM. “En bij vergassing is het productgas schoner.”

Bij het vijfde onderzoekscluster, Windenergie, is de TU/e niet betrokken./.