Volgens prof.dr.ir. René de Borst, decaan van de faculteit Werktuigbouwkunde en door het College van Bestuur gevraagd om de taak van wetenschappelijk directeur van het EEI op zich te nemen, wordt het nieuwe instituut een ‘virtuele entiteit’ met twee doelen. Ten eerste moet het EEI zorgen voor een coherent beeld naar buiten toe, zodat duidelijk zichtbaar wordt wat de TU/e op het gebied van energieonderzoek presteert. In een recent rapport van wetenschapsuitgever Elsevier komt de TU/e vlak na Imperial College London naar voren als tweede Europese universiteit op het gebied van ‘alternative energy’. Door de versnippering van het energiegerelateerde onderzoek is voor de buitenwereld echter lastig te zien dat de TU/e een belangrijke speler is op dit gebied. Daarnaast kan het instituut ook intern als een katalysator werken, denkt De Borst. “Het EEI kan ertoe bijdragen dat onderzoekers elkaar gemakkelijker over faculteitsgrenzen heen weten te vinden.”

Het instituut is opgedeeld in vier thema’s: ‘Built Environment’ (themaleider: prof.dr.ir. Jan Hensen, B), ‘Future Fuels’ (prof.dr. Philip de Goey, W, zie kader), ‘Energy Conversion’ (prof.dr.ir. René Janssen, ST, zie kader) en ‘Fusion and Plasma’ (prof.dr. Niek Lopes Cardozo, TN). In elk thema participeren zes tot elf hoogleraren. Toen anderhalf jaar geleden werd besloten tot de oprichting van een Eindhoven Energy Institute, werd gedacht aan drie pijlers, vertelt De Borst. Het bouwkundige thema ontbrak nog. Rond diezelfde periode bleek echter dat de TU/e kans maakte co-locatie te worden van de KIC Energie (zie kader op pagina 9) en dat nadruk op energie in relatie tot de gebouwde omgeving de kans daarop sterk zou vergroten.

“Toen hebben we nog eens goed nagedacht en rond de afdeling van Bouwkunde die zich bezighoudt met de energiehuishouding van gebouwen een vierde poot opgezet. In twee van de andere poten, Energy Conversion en Future Fuels, zaten veel elementen die heel relevant zijn voor de gebouwde omgeving. Denk aan het opslaan van warmte, of het terugvoeren van een teveel aan lokaal opgewekte energie naar het elektriciteitsnet. Om een gebouw energieneutraal te maken, moet je je niet alleen bezighouden met isolatie en andere lowtech-oplossingen, maar moet je denken aan het lokaal opslaan van energie, slimme verlichting zoals OLED’s, en ‘smart grids’.” Deze onderwerpen, waarover expertise aanwezig is bij respectievelijk Werktuigbouwkunde, Technische Natuurkunde en Electrical Engineering, werden daarom onder het vierde thema, ‘Built Environment’ geschaard. De strategische keuze voor een vierde thema bleek vruchtbaar: vorig jaar werd de TU/e aangewezen als co-locatie van de KIC Inno-Energy. De deelname aan het Europese publiek-private megaproject is belangrijk voor de TU/e, vindt De Borst: “Niet alleen wordt ons netwerk erdoor vergroot, je kunt het ook zien als een keurmerkstempel van de EU.” En dat kan op de langere termijn nog veel opleveren aan Europese subsidies.

Eén van de drijvende krachten achter de oprichting van het Eindhoven Energy Institute is dr.ir. Lex Lemmens van de faculteit IE&IS. Hij is opleidingsdirecteur van de 3TU masteropleiding Sustainable Energy Technology. Deze interdisciplinaire opleiding draait nu enkele jaren en telt inmiddels een stabiele instroom van dertig tot veertig studenten. Daarnaast is Lemmens sinds eind jaren negentig directeur van het Centrum Technologie voor Duurzame Ontwikkeling, dat zal gaan functioneren als het secretariaat van het EEI. Want hoewel we het over een ‘virtueel’ instituut hebben -met een minimaal budget en zonder fysieke locatie- is voor de uitstraling naar buiten uiteraard een goed onderhouden website, promotiemateriaal, en een aanspreekpunt voor bijvoorbeeld potentiële (buitenlandse) studenten. Temeer daar de master Sustainable Energy Technology met ingang van september 2010 onderdeel wordt van het Europese Erasmus Mundus-programma.

De ‘Graduate School on Sustainable Energy’ die de TU/e heeft opgericht met de TU München en DTU Lyngby komt ook onder de paraplu van het EEI, aldus Lemmens: “De bestaande graduate school gaat nu vooral over katalyse en verbrandingsprocessen, maar dat zal in de loop der tijd uitgebreid worden met andere onderzoeksgebieden, zoals zonnecellen. Daarnaast is het de bedoeling dat er een tweejarige ontwerpersopleiding onder het instituut komt te vallen.”

Het Centrum Technologie voor Duurzame Ontwikkeling (TDO) werd in 1994 opgericht naar aanleiding van een discussie over het nut van een milieuopleiding aan de TU/e, vertelt Lemmens “Destijds is besloten om geen aparte opleiding op te zetten, maar binnen elke opleiding aandacht te besteden aan milieu en duurzaamheid. Het centrum is er in de loop van de jaren in geslaagd om binnen alle faculteiten de neuzen richting duurzaamheid te krijgen. Dat leidde in 2002 tot een evaluatie waaruit bleek dat het energieonderzoek aan de TU/e weliswaar verbrokkeld was, maar dat het samen behoorlijk wat voorstelde.” Toch vond het vond het toenmalige College van Bestuur in 2004 dat duurzaamheid niet langer een thema was waarmee je je kon onderscheiden: iedereen deed het namelijk.

Lemmens legde zich daar echter niet bij neer en bleef met zijn TDO onverstoorbaar doorwerken. “Ik kon niet geloven dat het energie- en klimaatprobleem niet belangrijk was. Alles wees erop dat de klimaatverandering een serieus probleem was en dat je dat moest oplossen langs de weg van duurzame energie.” Daarbij werd hij gesteund door de onderzoekers binnen de faculteiten, wat leidde tot de oprichting van de master Sustainable Energy Technology (SET). “Dat heeft het CvB vervolgens wel gesteund door SET-fellows aan te stellen.” De zaak raakte in een stroomversnelling toen duidelijk werd dat er iets te halen viel bij de EU als de TU/e met een duidelijk energieprofiel naar buiten kon treden. “Het was helder dat er een ‘call’ zou komen voor een KIC Energie. Daar heb ik het laatste jaar veel energie in gestoken om ervoor te zorgen dat Eindhoven een hoofdrol zou gaan spelen in die KIC. De visie van het huidige CvB is daarbij belangrijk geweest: ze hebben zich op het juiste moment ingezet voor de ontwikkelingen rond energie. En met het binnenhalen van de KIC en nu FOM Rijnhuizen worden ze daarvoor beloond.”/.

Eindhoven Energy Institute: thema’s Energy Conversion en Future Fuels

Het thema ‘Energy Conversion’, geleid door zonnecelexpert René Janssen, draait kort gezegd om het omzetten van zonne-energie naar energievormen die praktisch zijn in het gebruik. Op elk moment straalt de zon honderdduizend terawatt aan energie naar de aarde - een fractie hiervan is genoeg om in de energiebehoefte van de mensheid te voorzien. Janssen zegt dan ook heilig te geloven dat zonne-energie aan het einde van deze eeuw de belangrijkste energiebron zal zijn. Maar dan moet er nog wel wat gebeuren. “Het gaat erom zonnecellen op grote schaal, tegen lage kosten en met ruim voorradige grondstoffen te produceren.” Als dat lukt, is het een kwestie van enkele honderdduizenden vierkante kilometers aardoppervlak bedekken met deze zonnecellen “Ik zeg altijd: leg Spanje vol met zonnecellen en je bent klaar.”

De expertise van Janssen ligt vooral op het vlak van deze zonnecellen zelf, maar het is volgens hem ook van belang om nu al verder te denken dan het opwekken van elektriciteit uit zonlicht. “Het probleem is dat je met zonlicht eigenlijk precies energie opwekt op het moment dat je het niet nodig hebt en op de plaats waar je het niet nodig hebt. De zon schijnt overdag en elektriciteit voor verlichting heb je dan niet nodig.” Ook heb je -in een gematigd klimaat- in de winter meer energie nodig, terwijl er dan juist minder zonlicht is.

Het is een probleem dat overigens niet alleen de kop opsteekt bij zonne-energie: windenergie is wat dat betreft nog minder voorspelbaar. Daarom wordt er als het hard waait ook elektriciteit uit windenergie vanuit Nederland naar Noorwegen getransporteerd, waar het wordt gebruikt om water omhoog te pompen naar stuwmeren. “Dat bewijst al dat dit probleem niet alleen technologisch van aard is, maar ook politiek. Het gaat over de grenzen van landen en zelfs continenten heen.” Denk maar aan het invoeren van zonne-energie uit de Sahara of het Midden-Oosten. Geen ondenkbaar scenario.”

Het zou handiger zijn als die elektriciteit kon worden vastgelegd in benzineachtige brandstoffen. Die hebben namelijk een hoge energie-inhoud en zijn makkelijk te vervoeren. Janssen: “We zullen een manier moeten vinden om zonne- en windenergie, waarschijnlijk via elektrische energie, vast te leggen in een koolstofhoudende brandstof. Daar doen we nu aan de TU/e nog weinig aan, maar er zijn daar wel gedachten over. Binnen het EEI zullen we bepalen welke zaken we op dit gebied het best eerst kunnen aanpakken.”

Hoogleraar verbrandingstechnologie Philip de Goey, themaleider van ‘Future Fuels’, bevestigt het verhaal van Janssen. “Je kunt je niet voorstellen dat een vliegtuig rondvliegt op batterijen. Datzelfde geldt voor vrachtschepen of zware vrachtwagens. Het is zelfs lastig voor te stellen dat een groot percentage van het personenvervoer op batterijen zal werken. Daar zullen vloeibare brandstoffen voor nodig blijven.”

Het thema ‘future fuels’ is volgens hem op te delen in twee subthema’s: schone verbranding en duurzame brandstoffen. “Als je toe wilt naar een duurzame energievoorziening, moet je door een transitietraject waarin je nog fossiele brandstoffen gebruikt. Maar ook op de lange termijn heb je chemisch opgeslagen energie nodig in de vorm van een vloeibare brandstof. Dat worden wel andere brandstoffen dan benzine en diesel. We moeten naar een systeem waarbij we vloeibare brandstoffen niet langer in raffinaderijen uit aardolie worden gemaakt, maar bijvoorbeeld uit biomassa.”

Schone vloeibare brandstoffen kun je op meerdere manieren maken, vertelt De Goey. Zo kun je aardgas vergassen (verbranden met te weinig zuurstof) zodat er zogeheten syngas ontstaat (een mengsel met veel waterstof en koolmonoxide) en het vervolgens om te zetten naar schone diesel. Dit wordt al door Shell in Qatar en door SASOL in Zuid-Afrika gedaan. “Maar er zijn veel meer manieren. Je kunt niet alleen aardgas vergassen, maar ook steenkool en biomassa. Uiteindelijk wil je zonne-energie direct opslaan in vloeibare brandstoffen. Dat kan door met elektriciteit uit zonnecellen waterstof vrij te maken uit water en dat vervolgens met CO2 om te zetten in vloeibare brandstof. Zo ga je op termijn van synfuels naar sunfuels.”

De volgende vraag is hoe je deze brandstoffen ook schoon en zuinig kunt verbranden. Gelijkmatige verbranding is volgens De Goey hierbij van het grootste belang. Te hete plekken in de vlam moet je vermijden, omdat bij te hoge temperaturen stikstof met zuurstof reageert tot het schadelijke NOx. Maar verbranding bij te lage temperatuur is problematisch: daarbij ontstaat roet. “We zijn met een serie nieuwe technieken bezig waarbij door turbulentie zowel te hoge als te lage temperaturen worden vermeden. Het interessante is dat je die nieuwe brandstoffen zo kunt ontwerpen dat je voor elke verbrandingstechniek de optimale brandstof maakt. Zo’n brandstof hebben wij onlangs gepatenteerd.”

KIC InnoEnergy

De thema’s van het EEI vormen feitelijk de inhoudelijke bijdrage van de TU/e aan de Knowledge and Innovation Community ‘InnoEnergy’, een van de drie KIC’s die de Europese Unie in het kader van het European Institute of Innovation and Technology (EIT) bezig is op te zetten. De TU/e vormt samen met de Katholieke Universiteit Leuven één van de zes co-locaties van de KIC.

Prof.dr.ir. Jan Blom, emeritus hoogleraar elektrische energiesystemen, neemt namens de TU/e de leiding over deze co-locatie Benelux. Hij vertelt over de achtergrond van het EIT: “Het idee is ontstaan toen door de EU in Lissabon is afgesproken meer te doen aan innovatie, omdat we achterliepen bij Amerika en Japan. Naar voorbeeld van het MIT (Massachusetts Institute of Techology, red.) in Boston is toen besloten om een vergelijkbaar instituut in Europa op te richten, het EIT.” Om allerlei politieke redenen is uiteindelijk gekozen om het instituut te verspreiden over alle Europese landen, waardoor het volgens Blom meer een netwerk is dan een instituut. “Het is een ‘web of excellence’ geworden”.

Behalve de universiteiten van Leuven en Eindhoven doen ook TNO, haar Vlaamse tegenhanger VITO en het Belgische distributiebedrijf EANSDIS namens de Benelux mee in InnoEnergy. Het thema ‘Built Environment’ van het EEI valt mooi samen met het door de co-locatie Benelux geleide KIC-thema ‘Intelligent energy-efficient buildings and cities’. De overige drie pijlers van het EEI sluiten aan bij thema’s van drie van de vijf andere co-locaties.