Energieopslag

Om in onze toekomstige energiebehoefte te voorzien, zal duurzaam opgewekte energie op de juiste plaats en tijd beschikbaar moeten zijn voor de eindgebruiker. In de bebouwde omgeving, bij de industriële productie, in onze transportmiddelen, enzovoort. Om de kloof te dichten met het moment en de plaats van de energieopwekking, hebben we nieuwe opslagsystemen nodig. Zon en wind zijn niet op afroep beschikbaar en bijvoorbeeld niet geschikt voor directe toepassing in het wegtransport. Welke energiedragers de benzine, diesel of LPG in onze tank gaan vervangen is nog lang niet zeker.

Waterstof is een belangrijke kandidaat vanwege het schone karakter en het overal voorhanden zijn van water, de grondstof waaruit waterstof met behulp van bijvoorbeeld elektriciteit vrij gemaakt kan worden (elektrolyse).Waterstof heeft het bezwaar dat het in vergelijking met benzine een veel lagere energiedichtheid heeft. Een liter waterstof, vloeibaar opgeslagen bij extreem lage temperatuur (-254 °C) bevat een kwart van de energie van een liter benzine. Als toekomstige brandstofcellen (die de waterstof omzetten in elektriciteit voor de aandrijving van de wielen) een hoger rendement gaan geven dan de huidige verbrandingsmotoren, kunnen we desalniettemin tot interessante systemen komen. Er wordt naarstig gezocht naar nieuwe, goedkope opslagmethoden waarbij waterstof in moleculaire of atomaire vorm wordt ingesloten in geschikte materialen, waardoor niet zulke extreme omstandigheden nodig zijn.

Een prachtige oplossing voor het vervoer kan ook liggen bij nieuwe batterijen. Hiervoor moeten lichte en compacte batterij systemen ontwikkeld worden die in staat zijn om grote hoeveelheden stroom in korte tijd af te geven, minder schadelijk zijn voor het milieu en met een langere levensduur dan de huidige accu’s. Lithium-ion batterijen zijn op dit moment kansrijke kandidaten, maar vergen nog een lang ontwikkeltraject om tot batterijmaterialen te komen die hoog vermogenstoepassingen toelaten. In lithium-ion batterijen spelen chemische processen een rol waarbij Li geladen wordt in de kristallen van geschikte elektrode materialen. Een andere ontwikkeling is die van de ‘supercapacitors’, waarin elektrische lading wordt opgeslagen op het oppervlak van nanogestructureerde elektroden. Als batterijen en/of supercapacitors in auto’s worden gecombineerd met verbrandingsmotoren, geeft dat een aanzienlijke besparing op het brandstofverbruik. Het nog kleine marktaandeel van deze zogenoemde hybride voertuigen zal naar verwachting in de komende jaren fors stijgen.

Ook heel andere vormen van (grootschalige) energieopslag zullen meer aandacht gaan krijgen. Met zonlicht kunnen chemische verbindingen worden geproduceerd die hun energie elders afgeven. Windmolens vullen in de toekomst wellicht stuwmeren en er wordt gedacht over pompaccumulatie, waarbij lucht in onderaardse holten wordt geperst. Opgeslagen water en gecomprimeerde lucht kunnen later worden gebruikt om turbines aan te drijven voor elektriciteitsopwekking. Ook warmteopslag in de zomer en afgifte in de winter is een belangrijk thema, bijvoorbeeld in de glastuinbouw.

Energie-opslagsystemen zijn minder zichtbaar dan zonnepanelen, windmolens of kerncentrales, maar uiterst essentieel voor duurzame energievoorzieningssystemen. Er is nog veel (fundamenteel) onderzoek in uitéénlopende richtingen nodig voordat we kunnen beschikken over de goede smeermiddelen tussen duurzame energieopwekking en -gebruik.