Iedereen kent batterijen, de meesten gebruiken ze elke dag van hun leven. Ze zijn aanwezig in allerlei consumentenelektronica, van horloges, laptops en mobiele telefoons. Wanneer de meeste mensen aan een batterij denken, denken ze aan een gewone chemische AA-batterij, het soort dat je in een zaklamp of een afstandsbediening van een televisie zou kunnen stoppen. Dit soort technologie is echter veel wijdverbreider dan dat. Batterijen kunnen in vele vormen voorkomen en worden op grote schaal gebruikt in de energieopwekkings- en opslagindustrieën om de elektrische energie binnen netwerken te beheren. Batterijtechnologie zal de komende jaren waarschijnlijk de sleutelfactor zijn in de ontwikkeling van duurzame energietechnologie.
Dit is het gevolg van een eigenaardigheid die verband houdt met hernieuwbare energie. In tegenstelling tot andere energiebronnen die naar behoefte kunnen worden in- en uitgeschakeld, is de opwekking van hernieuwbare energie afhankelijk van het weer; bij slechte weersomstandigheden wordt er geen elektriciteit opgewekt. Dit geldt met name voor zonne-energie, die alleen overdag stroom opwekt en 's nachts geen stroom. Dit leidt tot een probleem met de energiebalans; elektriciteit wordt dag en nacht gebruikt en moet dus door het elektriciteitsnet worden opgewekt om aan de vraag te voldoen.
Een volledig hernieuwbaar systeem zou niet aan deze eis voldoen, aangezien de energieopwekking komt en gaat. Er is een systeem nodig dat de gedurende de dag opgewekte energie verzamelt en distribueert wanneer dat nodig is. Dit is waar de batterijen in beeld komen. Grote banken met batterijen kunnen de elektriciteit opslaan en vrijgeven wanneer dat nodig is. Dit soort systemen worden tegenwoordig al gebruikt. Als onderdeel van het Australische elektriciteitsnet zijn grote lithium-ionbatterijbanken gebouwd om overtollige stroom op te slaan. De banken bevinden zich momenteel in hun proefperiode om hun effectiviteit te testen.
Lithium-ionbatterijen zijn momenteel de meest populaire vorm van batterijen in de industrie; het zijn de batterijen die vaak worden gebruikt in mobiele telefoons, consumentenelektronica en elektrische voertuigen. Dit komt omdat ze op dit moment de beste oplossing voor deze toepassingen zijn. Ze hebben echter enkele nadelen, vooral als je ze wilt toepassen op grootschalige elektriciteitsopslag, zoals we vandaag bekijken. De materialen die nodig zijn om de batterijen te produceren zijn moeilijk te verkrijgen, omdat ze grotendeels worden gewonnen in Afrikaanse landen met slechte ethische werkpraktijken, wat leidt tot veel uitbuiting in de lithiummijnindustrie.
https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work
Deze zorgen over de materiaalinkoop leiden er ook toe dat de productie van lithium-ionbatterijen duur is, zodat de eenheid elektriciteitsopslag per uitgegeven pond, met andere woorden de kostenefficiëntie, laag is. Ten slotte kunnen deze batterijen enige stabiliteitsproblemen hebben, waarbij verschillende batterijen grootschalige branden veroorzaken in de Australische batterijtestcentra wanneer de batterijen oververhit zijn. Dus hoewel deze batterijen geweldig zijn voor een aantal consumentenelektronica, zijn ze niet zo goed voor grootschalige elektriciteitsopslag.
Dus wat voor alternatieven zijn er? Er is natuurlijk de traditionele manier om elektriciteit op te slaan… water! Hydro-elektrische dammen zijn over de hele wereld een beproefde methode voor het opslaan en vrijgeven van elektriciteit. Tijdens de piekenergieopwekking wordt water in een reservoir gepompt en als er elektriciteit nodig is, wordt het water uit het reservoir vrijgegeven en door een turbine geleid, waardoor elektriciteit wordt opgewekt. Dit systeem wordt al honderden jaren in een of andere vorm gebruikt en is dus een zeer betrouwbare manier om grote hoeveelheden energie op te slaan. Het heeft echter wel een groot nadeel, namelijk de ruimte en investeringen die nodig zijn om zo’n groot project te bouwen. Dit soort projecten is ook beperkt tot een bepaalde geografie die grote hoogten en bergachtige landschappen vereist.
Wat batterijtechnologie nodig heeft is innovatie. Gelukkig zijn er een aantal nieuwe batterijtechnologie-ideeën in ontwikkeling om dit gat in de markt te vullen. Een opwindende nieuwe startup uit Edinburgh heeft technologie ontwikkeld in dezelfde geest als de door zwaartekracht aangedreven waterkrachtcentrales die we zojuist hebben besproken, waarbij een zwaar gewicht wordt gehesen in plaats van het water. Gravitricity heeft voor deze nieuwe technologie een proeftuin gebouwd in Prins Albert Dock, met veelbelovende resultaten! Het uiteindelijke doel van het bedrijf is om de niet meer gebruikte kolenmijnen van Groot-Brittannië om te bouwen tot lange schachten om grote gewichten omhoog en omlaag te brengen om elektriciteit op te slaan en vrij te geven.
https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/
Nu naar een ander soort energie… Thermisch! Onderzoekers van veel instellingen over de hele wereld onderzoeken de ontwikkeling van thermische batterijen. Deze batterijen verwarmen materiaal als er overtollige elektriciteit is en zetten diezelfde warmte om in elektrische energie voor gebruik als er minder energie beschikbaar is. Hoogwaardige versies van deze technologie gebruiken gesmolten zouten, verwarmd tot meer dan 1000 graden Celsius, als thermisch opslagmateriaal. Systemen als deze zijn veelbelovend als methode voor energieopslag, maar hebben nog steeds problemen met het verplaatsen van de gesmolten zouten om er elektriciteit uit te genereren.
In Finland is een versie met lagere specificaties van deze technologie geïnstalleerd. Het systeem, in samenwerking met een plaatselijk dorp, verwarmt gewoon zand tot 500 graden Celsius met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Deze opgeslagen energie kan vervolgens het hele jaar door worden gebruikt om lokale huizen consistent te verwarmen (een bijzonder belangrijke factor tijdens koude Finse winters). Deze proof-of-concept van een proeffabriek is bijzonder spannend omdat het een extreem goedkope manier is om elektriciteit op te slaan en gemakkelijk in lokale gemeenschappen kan worden geïntegreerd, wat een kans biedt om lokale microgrids te ontwikkelen.
https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520
Hopelijk kun je nu zien hoe belangrijk batterijtechnologie is voor de groene toekomst van de aarde en hoe verschillende technologieën volop in ontwikkeling zijn om ervoor te zorgen dat hernieuwbare energie effectiever en goedkoper is dan ooit!