Hoewel er vele vormen zijn van energieopslag, gaat de meeste aandacht in onze tijd uit naar opslag van elektriciteit. Die is een voorwaarde voor het doen slagen van de energietransitie.
Opgeslagen energie is in de natuur op grote schaal aanwezig, denk daarbij aan bomen die energie opslaan, langdurig vasthouden en weer kunnen afgeven. Na lange tijd, onder hoge druk en temperatuur werden zo de fossiele brandstoffen gevormd en de ooit opgenomen energie komt bij verbranding weer vrij. Ook kunnen opgepompt water, perslucht, het vliegwiel of een veer dienen als mechanische energieopslag.
Om elektriciteit rechtstreeks op te slaan speelt de chemische accu een cruciale rol. We kennen de accu van onze telefoon en laptop, we starten er onze auto mee of rijden zelfs volledig op stroom dankzij de accu. We denken bij ‘batterijen’ vaker aan penlitebatterijtjes voor de klok of de afstandsbediening en bij ‘accu’ meer aan een oplaadbare batterij, maar batterij en accu zijn synoniemen en worden vaak door elkaar gebruikt.
Geschiedenis van de batterij
Al vroeg in de geschiedenis werd geëxperimenteerd met elektriciteit en de opslag ervan. In 1800 ontwikkelde Alessandro Volta de eerste echte accu. Deze voltaïsche stapelbatterij kon een constante stroom leveren en bestond uit een stapel van zinken en koperen schijven, gescheiden door in zout water gedrenkte doeken. Dit was een belangrijke doorbraak die de basis legde voor de moderne accu.
In 1859 introduceerde Gaston Planté de loodzuuraccu, het eerste oplaadbare exemplaar. Door het vermogen om meermaals te kunnen laden en ontladen werden deze batterijen snel populair.
In de tweede helft van 20e eeuw werden nikkel-cadmium (NiCd) en nikkelmetaalhydride (NiMH) accu’s ontwikkeld, ieder met specifieke eigenschappen en met betere prestaties dan de loodzuuraccu’s. De doorbraak van lithium-ion accu’s (Li-ion) in de jaren 90 betekende een keerpunt; een nog hogere energiedichtheid in combinatie met minder gewicht en langere levensduur maakten dit type accu zeer geschikt voor draagbare elektronica, elektrische voertuigen en mobiele machines.
Innovaties
De accutechnologie blijft zich snel ontwikkelen. Wereldwijd wordt gewerkt aan de opvolgers van de tot nu toe dominante Li-ion accu’s. Veelbelovend is de solidstate accu, die opnieuw een hogere energiedichtheid en lager gewicht belooft, maar ook een verbeterde veiligheid. De geleider (elektrolyt) is in deze batterijen van vast materiaal in plaats van de vloeibare vorm van de gangbare exemplaren. Vandaar dat ook de naam vastestofbatterij wordt gebruikt voor dit type accu.
Een andere opkomende technologie is de zuurstof-ion batterij, ontwikkeld door de Universiteit van Wenen. Deze accu kenmerkt zich door een langere levensduur door regeneratie van de opslagcapaciteit. Er wordt onderzoek gedaan naar diverse andere grondstoffen voor opslag van elektriciteit, zoals grafeen of silicium. Ook combinaties van diverse stoffen zijn in beeld.
Impact op milieu en arbeidsomstandigheden
De chemische accu is veelbelovend als belangrijke schakel in de energietransitie. Het is echter een feit dat het op grote schaal produceren van batterijen ook nadelen heeft.
Allereerst de benodigde grondstoffen; deze zeldzame aardmetalen zoals lithium, magnesium en kobalt zijn vooral te vinden in Azië en Afrika, waardoor er – opnieuw – ongewenste afhankelijkheid ontstaat.
Bij de mijnbouw in deze gebieden voldoen de werkomstandigheden en milieubelasting vaak niet aan de Europese standaarden. Onafhankelijkheid en welzijn spelen daarom een belangrijke rol in de zoektocht naar nieuwe accutechnologie.
Energiepark Haringvliet
Omdat wind en zon geen constante hoeveelheid stroom kunnen leveren, raakt het elektriciteitsnet regelmatig overbelast. Denk aan lange zonnige zomerdagen gecombineerd met een stevige bries, korte winterdagen met een laagstaande zon of juist lange periodes van bewolking en windstilte.
Om deze problemen het hoofd te bieden is het van belang het overschot aan energie op te slaan en te gebruiken in tijden van stroomtekorten. Dit kan bijvoorbeeld door het produceren van waterstof of het oppompen van water in een bassin. Omdat dit niet overal mogelijk is kan men het verschil in vraag en aanbod dempen door accupacks te plaatsen bij wind- en zonneparken.
Een goed voorbeeld hiervan is het Energiepark Haringvliet op het Zuid-Hollandse eiland Goeree-Overflakkee. Sinds 2022 is hier het eerste en grootste geïntegreerde energiepark van Vattenfall operationeel. Het bestaat uit zes windturbines, 115.000 zonnepanelen en 288 batterijen. Door deze technologieën te clusteren wordt bespaard op aanleg- en exploitatiekosten, het gebruik van duurzame energie gemaximaliseerd, de omgeving zo veel mogelijk ontzien en een bijdrage geleverd aan de stabiliteit van het stroomnet.
Scheepvaart
Door gebruik te maken van opgeslagen energie in accupacks kan regionaal emissieloos worden gevaren. In Noorwegen bijvoorbeeld varen nu al ferry’s volledig op elektriciteit. Het laden gebeurt wanneer de dienstregeling stopt. Voor veerponten kan dit een ideale oplossing bieden, met name in bewoonde regio’s.
Ook binnenvaartschepen die een lijndienst onderhouden kunnen op deze manier de energie voor de voortstuwing halen uit batterijen, zoals de Alphenaar doet. Dit containerschip vaart een vast traject tussen Moerdijk en Alphen aan den Rijn, de batterijpacks worden gewisseld op de laad- of losplaats.
Voor schepen met een willekeurig vaartraject kan een accupakket een goede aanvulling zijn op de bestaande voortstuwing. Dat kan in een hybride opstelling: een elektromotor springt bij als tijdelijk extra vermogen nodig is of neemt voor korte tijd de voortstuwing over. Daardoor kan zonder uitstoot een bepaald gebied worden gepasseerd.
Ook kan een volledig elektrisch aangedreven vaartuig worden voorzien van generatoren en batterijpacks. Deze benadering is dus net iets anders dan de hybride oplossing, omdat de generatoren eenvoudiger te vervangen zijn dan de in de machinekamer geplaatste hoofdmotor. Bovendien is omschakeling naar nieuwe vormen van elektriciteitsopwekking hiermee eenvoudiger en dus toekomstbestendiger.
Tenslotte kan de uitbreiding van het bestaande boordnet met een flink accupakket langdurig stroom leveren en zo een extra generator of havenset vervangen. Het pakket kan geladen worden door de hoofdmotor of generator tijdens de vaart – zelfs bijladen met zonnepanelen is mogelijk. Voordeel is dat bij het ligplaats nemen minder vaak gebruik gemaakt hoeft te worden van schaarse of slecht bereikbare walaansluitingen.
Toekomst
De toekomst van de accutechnologie ziet er veelbelovend uit. Innovaties als de solidstate accu’s en zuurstof-ion batterijen kunnen de prestaties en veiligheid aanzienlijk verbeteren. En wat te denken van biologisch afbreekbare, wateroplosbare batterijen voor medische toepassingen die in het lichaam kunnen worden afgebroken?
De techniek blijft evolueren op het vlak van efficiëntie, veiligheid, milieuvriendelijk en betaalbaarheid. De accu: nu en straks een onmisbare schakel in de energieketen!
