‘Als de elektriciteit in de buurt uitvalt, hebben wij nog een week stroom. Als we zuinig doen, tenminste.’ Guillo Schrader kijkt belangstellend naar de mannen die in zijn bijkeuken accu-elementen ophangen. Opgestapeld hebben ze het formaat van een halve koelkast, goed voor een capaciteit van elf kilowattuur.
Schrader, die als transitiemanager bij Shell werkt, benadrukt dat hij het niet voor het geld doet. Hij wil vooral de veertien zonnepanelen op zijn jarenzeventighuis in Leiden optimaal benutten. ‘Want je zal zien dat de netbeheerder noodgedwongen zonnepanelen gaat afkoppelen als er bij mooi weer te veel zonnestroom op het net komt. Mijn stroom gaat dan niet verloren maar naar mijn eigen accu’s.’
De Delftse mijnbouwingenieur en gepromoveerd natuurkundige houdt van techniek. Vandaar zijn keuze voor een Duitse leverancier. ‘Een Chinese accu is goedkoper, maar véél minder mooi.’ De individuele aanpak met iedereen zijn eigen accu is volgens Schrader in de Nederlandse verhoudingen de meest haalbare. ‘Als je samen met de buren een grote accu wil of andere vormen van energieopslag, dan kom je meteen om in de regelgeving.’ Wel vormen zijn accu’s een onderdeel van de ‘virtuele powerplant’ van de accuproducent sonnen. De tienduizenden thuisaccu’s die de Shell-dochter al heeft geïnstalleerd kunnen op afstand gecontroleerd en aangestuurd worden, zodat ze gezamenlijk fungeren als één grote energieopslagfaciliteit. De virtuele energiecentrale ontlast zo het elektriciteitsnet op piekmomenten van energievraag en -aanbod. De accubezitters krijgen ieder een deel van de winst die de virtuele elektriciteitscentrale oplevert.
‘Dat heb ik veel liever dan de saldering die we in Nederland hebben’, zegt Schrader. Hierbij krijgen eigenaren van zonnepanelen een gegarandeerde prijs voor de stroom die ze aan het net leveren. ‘Een pervers systeem, want mensen die geen panelen hebben subsidiëren zo degenen die ze wel hebben.’
De saldering remt bovendien de accuverkoop in Nederland, merkt IJsbert Bekooy (26), eigenaar/oprichter van Accuselect, het bedrijf dat in Leiden de accu’s installeert. In Duitsland en België is de verkoop van thuisaccu’s de afgelopen twee jaar geëxplodeerd omdat die subsidie op zonnestroom daar niet bestaat. ‘Hier groeien we ook’, zegt Bekooy. ‘Maar de aantallen zijn wat bescheidener.’ Accuselect, dat pas twee jaar bestaat, installeerde vorig jaar hooguit één thuisaccu per week – nu zijn dat er drie keer zoveel.
‘Je moet er natuurlijk wel het geld voor hebben’, realiseert Leidenaar Schrader zich. Een flinke thuisaccu kost gemiddeld zo’n tienduizend euro. ‘Als je dat geld moet lenen, dan is het niet rendabel.’ Nu verwacht hij binnen zes à zeven jaar uit de kosten te zijn.
Vergeet voor de korte termijn kernenergie of waterstof: de volgende fase van de energietransitie komt door de accurevolutie. Bestaande batterijen en accu’s zijn steeds goedkoper en milieuvriendelijker. Wereldwijd vinden er wetenschappelijke doorbraken plaats die nieuwe varianten efficiënter en beter recyclebaar maken. Zeldzame metalen worden vervangen door overvloedig aanwezige stoffen als natrium en ijzer. Van telefoon tot auto, van thuisaccu tot grootschalige industriële apparaten, de kosten van de opslag van de groene elektriciteit zetten een duikvlucht in. Hierdoor wordt het steeds aantrekkelijker om elektriciteit te gaan opslaan als het hard waait, de zon schijnt en de stroomprijs onder nul zakt. Burgers en bedrijven zijn dan niet alleen consumenten van elektriciteit, maar ook producent en zelfs handelaar.
Lokale opslag van goedkope energie is een essentieel onderdeel van de energietransitie. Dit drukt niet alleen de prijs van stroom, het vermindert ook de congestie (verstopping) van het stroomnet. Door technische doorbraken is dit binnenkort op tal van plekken rendabel. ‘Voor elke opslagduur komt er een apart type batterij’, voorspelt Guido Mul, hoogleraar aan Universiteit Twente. Hij doet onderzoek naar katalysatoren die reacties in batterijen versnellen. De aloude lithium-ionbatterijen, die in de ruim half miljoen elektrische auto’s zitten die nu in Nederland rondrijden, zullen de komende jaren nog toonaangevend zijn. Maar daarnaast krijgt elke toepassing zijn eigen batterij.
In de lithium-ionbatterijen (Li-ion) wordt de energieopslag en -afgifte gegenereerd door beweging van lithium-ionen van de positieve naar de negatieve elektrode (en vice versa) via de elektrolyt, vaak een zoutoplossing. De batterijen kunnen binnen enkele uren een hoog vermogen leveren – ideaal voor auto’s.
De oude generatie batterijen bevat naast lithium ook nikkel, mangaan en kobalt (nmc). Metalen die of zeldzaam zijn, of vooral worden gewonnen in landen met foute regimes, al dan niet met kinderarbeid. En er is ook een ander, meer praktisch bezwaar: ‘We hebben zo veel batterijen nodig, en die kunnen we niet produceren met de huidige hoeveelheid kobalt en nikkel’, zegt Mark Huijben, hoogleraar nanomaterialen voor energieconversie en -opslag aan Universiteit Twente.
Nieuw is de lfp-batterij die lithium, ijzer en fosfaat bevat. De laatste twee stoffen zijn ruim beschikbaar en goedkoop. De accu’s worden nu al gebruikt in vrachtwagens, bussen en boten, en ook de eerste autoproducenten stappen over. Deze accu’s zijn veiliger, schoner en hebben een langere levensduur. Wel is er een nadeel: vergeleken met nmc-batterijen heeft het lfp-type een lagere energiedichtheid. Auto’s hebben grotere accu’s nodig om even ver te kunnen rijden.
Onderzoek richt zich dan ook met name op het verminderen van het gebruik van lithium, een extreem vervuilende stof die moeilijk is te winnen. In Europa stuit de opening van lithiummijnen vaak op grote weerstand van omwonenden. ‘Dat maakt ons voor lithium afhankelijk van China, dat al tientallen jaren strategisch lithium wint op verschillende plekken in de wereld’, zegt hoogleraar Marnix Wagemaker, die aan de TU Delft onderzoek doet naar energieopslag en batterijen. ‘Wij, naïeve Europeanen, hebben dat nu pas door.’
In de ‘solid state’-batterij is het gebruik van lithium al sterk verminderd. Deze veiligere en goedkopere batterij bestaat uit een vast, keramisch materiaal. Het ontwerp, dat zich in laboratoria allang heeft bewezen, verbetert ook de energiedichtheid van de batterij. ‘Op internet staan genoeg filmpjes waarin ze er met een spijker doorheen slaan en die batterij gaat never nooit de fik in’, vertelt Huijben. Het is volgens hem een kwestie van tijd voordat dit type batterij de markt verovert.
Binnenkort opent in het Franse Duinkerken een fabriek die solid state-batterijen gaat maken voor Mercedes. De voorlopige resultaten zijn hoopgevend; de accu zou de actieradius van een auto met 79 procent doen stijgen.
De natrium-ionbatterij bevat zelfs helemaal geen lithium. Natrium is bovendien niet giftig en overal overvloedig aanwezig in het zeewater. ‘Ook hier in Twente in de grond trouwens’, zegt Huijben. In theorie is deze batterij goedkoper en veiliger, belast het milieu minder, laadt sneller op en gaat langer mee. Er is één zwak punt: de energiedichtheid is relatief laag, de batterijen met lithium halen doorgaans het dubbele van de natrium-ionbatterijen. De actieradius van een elektrische auto neemt hierdoor sterk af. Voor thuisgebruik, zoals in Leiden, is de accu echter ideaal.
Gaat iedereen met zonnepanelen nu ook een thuisaccu aanschaffen? ‘Het is in ieder geval een steeds interessanter wordende optie’, vindt Bob Ran, programmamanager energietransitie bij tno. Energiemaatschappijen zoals Vandebron en Eneco kondigden onlangs aan dat klanten moeten gaan betalen voor het terug leveren van overtollige elektriciteit uit hun zonnepanelen. ‘Dat voelt misschien gek, maar dat is gewoon wat er gebeurt op de markt’, zegt Ran. ‘Wanneer er een overschot is, hebben zonne- en windparken, net als energiecentrales, er geld voor over om hun elektriciteit af te staan. Ook huishoudens met te veel energie zullen in zo’n geval moeten betalen.’
Het loont dan de moeite om de elektrische auto niet ’s avonds maar overdag op te slaan en ’s middag nog een extra wasje te draaien. Met een thuisbatterij koop je stroom overdag met lage tarieven in om er ’s avonds gebruik van te maken als de prijzen stijgen omdat de zonnepanelen niets opleveren. Door het slim inkopen van stroom, dat mogelijk is met een flexibel energiecontract, kunnen de huisaccu’s zelfs rendabel worden in huizen waar zonnepanelen niet mogelijk zijn.
‘Kijk, daar is onze eerste grootschalige waterstof-broombatterij.’ Guido Dalessi, van oorsprong natuurkundige, wijst op een gele barak ter grootte van een sportkantine op Industrie Park Kleefse Waard in Arnhem. Daarin staan twee grote vaten met vloeibare waterstof en broom. In ‘membraan stack’ ertussenin wordt waterstof (H2) en broom (BR2) samengevoegd tot waterstofbromide (hbr), waarbij stroom vrijkomt. Als er elektriciteit wordt toegevoegd – bij voorkeur als de prijs laag is – splitst hbr zich weer. ‘Dan laadt de batterij weer op.’
Dalessi werkte lange tijd in de cd-industrie, die door de opkomst van alternatieve opslagtechnieken ophield te bestaan. Na zijn vertrek wilde hij wat nuttigs doen. Hij sprak met tientallen start-ups, maar bij die ene ingenieur – Wiebrand Kout – bleef hij hangen. ‘Het basisidee is best simpel en de maatschappelijke noodzaak groot, want er is grote behoefte aan langdurige opslag. Dat sprak me aan.’ Hij begon als stagiair en toen dat beviel, werd hij investeerder en directielid van Elestor. Het doel: het in de praktijk ontwikkelen van een ‘flow battery’ met de laagst mogelijke kosten bij grootschalige, langdurige opslag van elektriciteit. Door kenners ook wel ldes genoemd, Long Duration Energy Storage.
Wind en zon kunnen in de toekomst in een groot deel van onze stroomvoorziening voorzien. Op hooguit een paar weken na – de ‘dunkelflaute’ – als het niet waait en de zon schuilgaat onder een dik wolkendek. Dan komt de waterstof-broombatterij van pas. ‘Onze batterij is tussen zeven uur en zeven dagen opslag het meest economisch’, zegt Dalessi. ‘Veel goedkoper dan bijvoorbeeld alleen waterstof.’
In 2016 begonnen ze met een paar ‘jonge gepromoveerde chemici die het risico durfden te nemen’. Het wereldwijde patent was al toegekend en de financiering van de eerste twee, drie miljoen ‘ging eigenlijk wel gemakkelijk’. Inmiddels werken er zo’n zestig mensen bij Elestor, en onlangs werd een financieringsronde van dertig miljoen euro succesvol afgerond, met als belangrijkste investeerder het Noorse energiebedrijf Equinor.
De eerste grote klant is Vopak. Het olieopslagconcern, met terminals over de hele wereld, werkt aan een toekomst waarin fossiel een veel kleinere rol speelt. ‘En daar kwamen wij in beeld’, zegt Dalessi. ‘We kunnen van twee van die grote olieopslagtanks een enorme batterij maken. Dat moet natuurlijk wel veilig gebeuren, want je werkt wel met chemicaliën, en daarin is Vopak juist gespecialiseerd.’ De accu van drie megawattuur die nu in Arnhem wordt gebouwd, gaat later per schip naar Vopak ‘om het verdienmodel te valideren’. Bij een goede test, kan met het ontwerp van een mega-batterij van 250 megawattuur begonnen worden, die in theorie in staat is om tienduizenden Nederlandse huishoudens een dag lang van stroom te voorzien.
De batterij brengt bovendien de waterstofeconomie dichterbij, is de overtuiging van Dalessi. Bij stroomopslag door middel van waterstof gaat bij lading en ontlading twee keer veertig procent verloren. Gecombineerd met de Elestor-accu wordt dit verlies gehalveerd. En ook voor de overbelasting van het stroomnet zouden de accu’s een oplossing kunnen vormen. ‘Op zo’n industrieterrein zoals hier in Arnhem, waar inmiddels 25.000 zonnepanelen staan, vorm je dan een autonoom systeem dat maar af en toe een beroep doet op het externe stroomnetwerk.’
Wat is zijn grootste zorg? ‘We maken nu de systemen nog steeds handmatig en nog niet in series’, antwoordt Dalessi als hij door de productieruimte van het jarenzeventigkantoorgebouw loopt. ‘Dat is traag en duur.’ De volgende stap naar fabrieksmatige productie komt eraan. ‘Dat is dan wel weer een overgang waar we wat steun kunnen gebruiken uit bijvoorbeeld het Klimaatfonds of het Innovatiefonds.’ En of die fondsen de komende jaren overeind blijven, wordt juist nu bepaald bij de kabinetsformatie.
‘We hebben heel lang zitten slapen, maar ook het Nederlandse onderzoek is nu vooraanstaand’, zegt TU Delft-hoogleraar Marnix Wagemaker. Hij heeft de laatste tijd verschillende chemische stoffen onder de loep genomen die voor batterijen de ideale eigenschappen hebben. Zo kwam ook natrium – het hoofdbestanddeel van tafelzout – in het vizier. ‘Met name het formaat van de ionen is van belang, en hoe makkelijk ze van plus naar min bewegen’, legt Wagemaker uit.
De belangstelling voor zijn vakgebied groeit sterk, merkt hij. ‘We moeten hier nu zelfs studenten weigeren.’ Ook subsidies slaat hij soms af. Desondanks is hij blij met alle aandacht. ‘We hebben innovaties met accu’s nodig om van de energietransitie een succes te maken. Opslag van de soms overvloedig aanwezige elektriciteit is dan essentieel.’
Op de TU Delft werd onder zijn leiding de afgelopen tijd hard gewerkt aan de ontwikkeling van een eigen natriumbatterij, en met succes. Vorige maand presenteerden ze hun prototype dat sneller oplaadt dan alle andere bestaande batterijen en ook nog eens dertig tot veertig procent langer meegaat, door gebruik te maken van een combinatie van kristalstructuren.
Het grote voordeel is volgens Wagemaker dat de massaproductie gewoon kan plaatsvinden in de huidige lithiumaccu-fabrieken. Dat maakt de opschaling een stuk makkelijker. Desondanks zal het nog wel tien jaar duren voordat er auto’s met deze accu’s rondrijden, waarschuwt de hoogleraar. ‘Het zijn gewoon heel dure en langdurige processen.’
In Twente doet Huijben belangrijk onderzoek voor de totstandkoming van de vastestofbatterij, waarbij de vloeistof tussen de anode en de kathode is vervangen door een vaste stof. ‘Dat levert een hoge energiedichtheid op en meer vermogen doordat je geen koel- en beschermingsvoorzieningen nodig hebt.’ Bijkomend voordeel: de batterij is een stuk veiliger omdat de vaste stof niet kan lekken of in brand vliegen. ‘Je houdt dus meer ruimte over voor energieopslag’, zegt Huijben.
‘We zullen in Nederland die nieuwe batterijen niet zelf gaan produceren’, verwacht Wagemaker, ‘daar hebben we de ruimte niet voor en de kosten zijn hier te hoog. Maar onze onderzoeksprogramma’s kunnen overal ter wereld worden toegepast. Dat is ook een doorbraak, want ons land was tot voor kort geen partij in dit soort onderzoeksprogramma’s.’
Met een rechts kabinet op komst, dat doorgaans niet staat te springen bij miljoenenuitgaven voor duurzaamheid, groeit het risico dat Nederland weer in slaap sukkelt. Het leidt tot kopzorgen bij hogescholen en universiteiten – hun onderzoeken draaien op overheidssubsidies. En ook het midden- en kleinbedrijf is er niet gerust op; innovatieve start-ups als Elestor, die de technologische ontwikkelingen omzetten in een businessmodel, zijn veelal afhankelijk van publiek geld.
‘Het grootste risico is dat het geoormerkte geld voor klimaatonderzoek anders besteed gaat worden’, vreest de Twentse hoogleraar Guido Mul. Het is dan ook niet voor niets dat acht grote Nederlandse bedrijven, verzameld in de Dutch Sustainable Growth Coalition, vorige week de oproep deden aan de informateurs Elbert Dijkgraaf en Richard van Zwol om in de kabinetsplannen een groen industriebeleid te waarborgen. De ceo’s van onder andere AkzoNobel, Shell en dsm vragen om een ‘stabiel langetermijnbeleid dat duurzame economische groei, technologische ontwikkeling een innovaties stimuleert’. Want het is belangrijk dat de overheid meedoet in een ‘complexe systeemtransitie naar een klimaatneutrale en circulaire samenleving’.
