Doorbraak in opslag: ‘Sun in a box’

Gesmolten silicium, op een temperatuur van 1870 graden, opgeslagen in een tank van grafiet, zou wel eens de prijsdoorbraak kunnen zijn in de opslag van duurzaam opgewekte energie.

Onderzoekers van het Massachusetts Institute for Technology (MIT) publiceerden dit idee in Energy & Environmental Science (bron).

De goedkoopste opslag van overtollige stroom uit windmolens en zonnepanelen is tot nu toe het omhoog pompen van water, zodat bij tekorten het water naar beneden kan lopen langs turbinebladen die generatoren aandrijven. Dit kan niet overal worden ingepast, al opperde in september Jan Huynen (86) in een proefschrift dat dit ook ondergronds moet kunnen (bron).

De Amerikaanse onderzoekers claimen dat hun ‘zon in een doosje’-concept nog voordeliger is. Ze zochten een alternatief voor gesmolten zout, dat tot ruim 500 graden Celsius kan worden verhit. Hogere temperaturen betekenen dat het staal van pompen gaat corroderen. Via gesmolten metalen kwamen ze uit bij silicium, het belangrijkste element in zand en glas. Dit silicium verhitten ze tot 2400 graden Celsius. Op die temperatuur gaat silicium licht uitstralen; het gloeit witheet op. Dit licht wordt benut wordt om stroom op te wekken met PV-cellen als er een tekort is aan duurzame stroom. Bij overschotten wordt stroom benut om met hitte-elementen het silicium weer op te warmen.

De verliezen die hierbij optreden, zijn hoger dan bij batterij-opslag. Maar het systeem is bij de huidige Li-ion prijzen zes tot acht keer zo goedkoop, en als de batterijprijzen de verwachte bodem hebben bereikt, nog altijd drie keer zo goedkoop. Dat maakt de verliezen ruimschoots goed. De efficiëntie zou verder verhoogd kunnen worden als er turbines gemaakt worden die de hoge temperaturen kunnen weerstaan, zodat niet het licht in PV-cellen maar de hitte benut kan worden in generatoren. Deze turbines zijn technisch denkbaar, maar zouden investeringen van honderden miljoenen vergen. Op de korte termijn is het oogsten van de energie in het licht dus de meest haalbare route.

De tanks waarin dit silicium zit, worden gemaakt van grafiet. Dit reageert met zuurstof op zulke hoge temperaturen, maar dat proces stopt doordat er een beschermende laag wordt gevormd, ongeveer zoals aluminium nooit verder roest dan een oppervlakkig laagje. De onderzoekers testten dit in een miniatuur proefopstelling.

Tegen Techxplore.com vertelt Asegun Henry, een van de onderzoekers, dat er nog een probleem moest worden overwonnen: het bouwen van een tank die groot genoeg is om hitteverlies te voorkomen (ca. 10 meter doorsnede). Dit vereist dat verschillende delen grafiet aan elkaar moeten worden gehecht. Dat lukte met grafoil, flexibel grafiet dat bij hoge temperaturen gaat werken als lijm.

Een stad van 100.000 inwoners kan met een zo’n systeem geheel op duurzame energie draaien, claimen de onderzoekers. De prijs van opwek en opslag samen zou spoedig concurrerend kunnen zijn met fossiele energieproductie. Speciale eisen aan het landschap worden niet gesteld. In de Nederlandse situatie ligt het voor de hand om na te gaan of dezelfde installatie in de winter ook kan worden ingezet als bron voor warmtedistributie. De ‘koude’ tank, met het silicium dat verder wordt opgewarmd zodra er zon- of windenergie over is, is nog altijd 1900 graden Celsius.