Is onze warmtebatterij wel echt verliesvrij? (Het antwoord is ja)

1. Is het principe van een verliesvrije warmtebatterij niet in strijd met de natuurwetten van de thermodynamica? Is er geen verlies van energie, of is het verlies zeer klein?

Matthew Corcoran (USA)

Het ‘verliesvrije’ aspect van de warmtebatterij was duidelijk opzienbarend. Veel lezers, zoals Matthew, vroegen zich af of nul energieverlies wel mogelijk was, en of de onderzoekers hier soms een fundamentele natuurwet dachten te schenden. Gelukkig is dat niet het geval, Adan is niet van plan een perpetuum mobile te bouwen.

Hoe zit het dan wel? Het gaat hier om verliesvrije opslag. De warmte die eenmaal is opgeslagen in de batterij, gaat nooit verloren. Bij andere opslagmethodes, zoals met water of faseovergangsmaterialen, is altijd sprake van afkoeling en verlies je na verloop van tijd de opgeslagen warmte. In deze warmtebatterij gebeurt dat niet: thermochemische opslag is volledig verliesvrij.

Hoe dat kan? Centraal in de warmtebatterij staat de combinatie waterdamp en zout. Breng je deze met elkaar in contact, dan ontstaat een reactie waarbij het water mengt met het zout en warmte vrijkomt. Vergelijk het met het maken van gips, waarbij je water toevoegt aan een calciumsulfaat, dit wordt ook een beetje warm.

De reactie werkt ook andersom: door toevoegen van warmte kun je het water en zout weer van elkaar scheiden. Adan noemt dit het ‘droog stoken van een zout’, aangezien je droog zoutpoeder overhoudt. Zolang je het water en zout van elkaar gescheiden houdt – en je dus het droge zoutpoeder hebt – blijft de energie er altijd in opgeslagen.

De warmte moet in eerste instantie wel ergensvandaan komen, dat is waarschijnlijk waar veel lezers op doelen. En inderdaad, bij die momenten waarbij de warmte de batterij in of uit gaat, dus tijdens de conversie, gaat wat energie verloren omdat het apparaat zelf ook opwarmt en afkoelt. Dat is echter nog steeds zeer weinig. En, zoals gezegd, als die warmte eenmaal in de batterij zit is, die opslag zelf verliesvrij.

2. Met welke energiebron wordt het systeem gevoed?

Dirk-Jan Braker (NL)

Het mooie is: met eigenlijk elke vorm van duurzame energie. Zowel thermische als elektrische energie kan aan de batterij worden toegevoegd. Dus of het nu gaat om een zonnecollector op je dak, via een warmtenet of met elektriciteit uit zonnepanelen of wind: het kan allemaal.

3. Hoeveel zout heb je nodig om de winter van november tot april door te komen?

René Sluiter (NL)

Ook deze vraag zagen we vaker terugkomen. Het antwoord is alleen niet heel eenduidig te geven. Allereerst is het van belang duidelijk te maken dat je de warmtebatterij door het jaar heen voortdurend op- en ontlaadt, de batterij werkt ‘multicyclisch’ . Het is dus niet zo dat je de batterij één keer oplaadt in de winter en daarna tot april gebruikt. Dan zou je namelijk een zeer groot volume aan zout nodig hebben – meerdere kubieke meter – dat je maar eens per jaar gebruikt en dat is volgens Adan onpraktisch en inefficiënt.

Dat hoeft ook niet, aangezien gedurende het jaar voldoende energie beschikbaar is om de batterij telkens mee ‘op te laden’. Alleen in de winter zijn periodes mogelijk dat er even niet genoeg zon en wind beschikbaar is, maar in Nederland gaat het dan in het slechtste scenario om maximaal twee weken. Dat is dan ook de periode die de batterij in ieder geval kan overbruggen.

Hoeveel zout je daarvoor nodig hebt, hangt – uiteraard – af van de hoeveelheid warmte die moet worden opgeslagen. Dat is voor elke woning anders, want dit wordt bepaald door onder meer het aantal personen in het huishouden, het energieverbruik of hoe goed een huis geïsoleerd is. Maar voor een typische situatie van een vierpersoonshuishouden in een normaal geïsoleerd huis, denkt Adan aan een apparaat ter grootte van een forse wasmachine, met ongeveer een paar honderd kilo zout.

4. Is het mogelijk de batterij in elk huis te monteren?

Johny Berkvens (NL)

Of de warmtebatterij past in een huis hangt – los van de grootte van het huis – zoals net al genoemd, af van de warmtevraag. Even gechargeerd: een kleine eenpersoons-nieuwbouwwoning heeft een veel kleiner formaat nodig dan een achtpersoonshuishouden in een bouwval. De onderzoekers denken dat het in een groot deel van de huizen zal passen.

Naast individuele woningen kan de warmtebatterij voor groepen woningen, zoals een appartementencomplex worden gebruikt. Volgens Adan is één van de sterke punten van de batterij dat deze eenvoudig is op te schalen. Het systeem is modulair gebouwd, en je hebt voor een groter opslagvolume simpelweg meer zout nodig. Zeker bij kleine appartementen, waar een systeem in elke woning relatief veel ruimte in zou nemen, kan het goed voorstelbaar zijn dat je één groter systeem voor een heel complex installeert.

5. Kan de technologie ook gebruikt worden in combinatie met andere warmtebronnen, zoals een warmtepomp?

Chris Thomson (Verenigd Koninkrijk)

Jazeker, sterker nog: samen met een warmtepomp vormt de warmtebatterij volgens Adan zelfs een uitstekende combinatie. De warmtebatterij laat de warmtepomp namelijk beter presteren. Dat zit zo: hoe groter het temperatuurverschil dat een warmtepomp moet overbruggen, hoe slechter het rendement. In de winter is dat vaak het geval, als kraanwater van temperaturen rond het vriespunt moet worden opgewarmd to de gebruikelijke 65 graden Celsius.

De warmtebatterij kan een deel van dit traject overnemen. De waterpomp warmt het water op tot 20 graden Celsius, bedoeld voor het verwarmen van ruimtes, en de warmtebatterij zet de stap van 20 naar 65 graden Celsius. De warmtepomp heeft hierdoor een veel beter rendement en verbruikt minder elektriciteit. Dat kan grote gevolgen hebben: warmtepompen zouden kleiner en goedkoper kunnen worden en wellicht hoeft minder geïnvesteerd te worden in uitbreiding van het elektriciteitsnet. 

6. Hoeveel zal de warmtebatterij kosten en wanneer kun je deze testen of kopen? 

Olawale Olaigbe (Verenigd Koninkrijk)

Een relevante vraag, en tegelijk zeer lastig om nu goed te beantwoorden. Adan doet een voorzichtige schatting dat de kosten van de eerste generatie die nu wordt ontwikkeld op ongeveer tien euro per opgeslagen megajoule uitkomt. Dat is aanzienlijk goedkoper dan concurrende technologieën: de kosten zijn tien tot vijftien keer lager dan elektrische opslag.

Adan hoopt dat het apparaat over een jaar of drie te koop is. Over anderhalf jaar vinden naar verwachting de eerste praktijktests plaats in woningen in Nederland, Frankrijk en Polen. Hij is op dit moment zeer druk met de voorbereidingen hiervan. 

7. Zal de warmtebatterij mogelijkheden hebben voor internet of things en een app/platform om de status in realtime te zien voor gebruik en onderhoud?

Tadeo Vera Mora (Italië)

Dat is zeker de bedoeling, volgens Adan. Toevallig is net een project gestart om de technologie te ontwikkelen om te bepalen hoe vol of leeg de batterij is. Volgens Adan is dat een stuk ingewikkelder dan het misschien lijkt. Uiteindelijk moet deze en andere informatie over de status van de batterij inderdaad te volgen zijn in een app of webapplicatie. 

Het is volgens Adan belangrijk om deze data te delen met de buitenwereld. Niet alleen om een goed beeld te hebben van de prestaties van de warmtebatterij, maar ook om interactie met de gebruikers te kunnen hebben en zo te leren van hun behoeftes.

8. Kun je er ook mee barbecueën?

Arjan Geluk (NL)

Een zeer originele vraag, waar Adan zelf nog niet eerder aan had gedacht! Helaas zullen we Arjan moeten teleurstellen, met de warmte uit deze batterij lukt dat niet. De warmtebatterij warmt water op tot ongeveer 60 graden Celsius, dat is bij lange na niet genoeg om je hamburger mee te grillen…