18 november 2010 -
Verzamel in de zomer met zonnecollectoren de warmte die op woningen terechtkomt en bewaar die tot de daaropvolgende winter. Zo simpel kan energiebesparing zijn. Maar hoe sla je die warmte optimaal op? Daarvoor is prof.dr. Herbert Zondag zowel bij ECN als aan de TU/e op zoek naar het meest geschikte materiaal, het beste reactorontwerp en de perfecte systeeminpassing.
Prof.dr. Herbert Zondag. Foto | Bart van Overbeeke
In het ‘Building Future scenario’ van TNO en ECN staat de doelstelling dat in 2050 de woningbouw energieneutraal moet zijn. Zondag is er van overtuigd dat dat met een combinatie van goed geïsoleerde woningen, zonnecollectoren en thermochemische warmteopslag haalbaar is.
Zondag werkt een dag in de week als hoogleraar Heat Storage Technology in de groep Energy Technology van de faculteit Werktuigbouwkunde. Drie dagen in de week werkt hij bij het Energieonderzoek Centrum Nederland in Petten, bij het onderzoeksprogramma ‘Energie in de gebouwde omgeving’. Hij houdt zich bezig met thermochemische warmteopslag. Daarbij wordt, de naam zegt het al, warmte opgeslagen in een chemische reactie.
ECN heeft een brede inventarisatiestudie naar verschillende typen potentieel geschikte thermochemische materialen uitgevoerd. Hierbij zijn zouthydraten geselecteerd als veelbelovende materialen voor deze vorm van warmteopslag. Een zouthydraat kun je scheiden in gedroogd zout en waterdamp door warmte toe te voegen. Je bewaart ze afzonderlijk en op het moment dat je ze weer bijeenbrengt, komt de warmte weer vrij. Zondag verduidelijkt: “Je kunt zouthydraten, die van nature water opnemen in hun kristalrooster, drogen door er met een ventilator warme lucht door te blazen. Dan blijft er een hygroscopisch zout over. Op het moment dat je daaraan waterdamp aanbiedt, wordt het water weer opgenomen in het kristal en komt de warmte weer vrij. Concreet : je blaast vochtige koele lucht door het materiaal en er komt warme droge lucht vrij. Je kunt dat moment uitstellen, zo lang je wilt. Het gedroogde materiaal kun je eindeloos bewaren, mits goed afgesloten. Sterkste punten van zouthydraten zijn de hoge energiedichtheid die behaald kan worden en de mogelijkheid om warmte na opslag verliesvrij te bewaren.”
Voordelen van het gebruik van waterdamp zijn de lage prijs, de veiligheid en de makkelijke absorptie door vele zouten. Bovendien kan water eenvoudig aan de omgeving (lees: lucht) worden onttrokken en ook in een gesloten systeem gecondenseerd opgeslagen worden. “Nu zijn we op zoek naar het meest geschikte vaste materiaal. Het moet een sorptie-materiaal zijn met voldoende energiedichtheid, het moet vallen binnen de veiligheidsnormen, het moet overvloedig beschikbaar en niet te duur zijn. Ook mag de productie van het materiaal en het bijbehorende reactorvat niet teveel energie kosten.”
Andere partijen gebruiken bijvoorbeeld zeoliet, Zondag en de zijnen buigen zich over magnesiumchloride en magnesiumsulfaat. “ Zeoliet is relatief duur en je kunt er niet zoveel energie per kubieke meter in opslaan als wij zouden willen. We zien dat magnesiumchloride prettige eigenschappen heeft.” Minpuntje is dat het kan overhydrateren. Dan neemt het zoveel water op dat de kristalstructuur wegvalt. Het zout kan dan oplossen in zijn eigen kristalwater. Dan ontstaat er een brij van materiaal waar geen lucht doorheen te blazen is. “Nu zoeken we naar een materiaal dat we kunnen toevoegen waardoor de structuur van magnesiumchloride open blijft.” Welk materiaal kan dat zijn? “Dat mag ik helaas niet zeggen”, zegt Zondag gedecideerd en hij barst vervolgens in lachen uit. “Nee, sorry, noem het maar een dragermateriaal. Ik heb mijn baas bij ECN beloofd dit niet te onthullen.”
Het materiaalonderzoek is slechts een deel van het werk van Zondag. “We doen daarnaast onderzoek op reactorniveau. Hoe kunnen we de reactor zodanig maken dat we het materiaal goed en homogeen kunnen hydrateren zonder dat je teveel drukval in het systeem krijgt en zonder dat je materiaal overhydrateert waardoor de reactor dichtslibt? En we doen onderzoek op systeemniveau. Wat zijn de bouwkundige en installatietechnische voorwaarden? Drie promovendi doen materiaalonderzoek; een doet bij ECN experimenteel werk en twee werken aan de TU/e aan numeriek onderzoek. Zij zijn nog in de beginfase. Op reactorontwerp en systeemontwerp zijn afstudeerders bezig.”
De TU/e en ECN zijn niet de enigen binnen Europa die zich bezighouden met thermochemische warmteopslag. “Er zijn een aantal partijen actief. Daarmee hebben we direct of indirect overleg.”
Over acht jaar wil Zondag dat de geoptimaliseerde thermochemische opslag op de schaal van een kubieke meter is getest en hoopt hij klaar te zijn voor een veldtest op een systeem op ware grootte van ongeveer acht kubieke meter. “De komende jaren zullen zo’n vijf promovendi aan deze ontwikkeling bijdragen, evenals een groot aantal afstudeerders vanuit de faculteit Werktuigbouwkunde, maar ook vanuit Sustainable Energy Technology, Technische Natuurkunde, Bouwkunde en Scheikundige Technologie. Verder hoop ik, naast het onderzoek, over de jaren een grote groep studenten te bereiken met mijn college Thermal Energy Storage”, zei Zondag afgelopen vrijdag tijdens de afronding van zijn intreerede. En hij sloot af met het adagium: Wie wat bewaart, die heeft wat! (NS)
In summer, collect heat that descends upon homes by means of solar collectors and store it until winter. Saving energy can really be that simple. Still: what’s the best way to store heat? To find that out, prof.dr. Herbert Zondag is doing research at both ECN and TU/e to find the best suitable material, the best reactor design, and the perfect system integration. He’s currently working with thermochemical heat storage. “Salt hydrates can be split into dried salt and water vapor by adding heat. You store them separately, and the moment you reunite the two, the heat will be released again.”
Cursor als PDF
)
