Terug naar de basis: warmteopslag uit het verleden wordt opnieuw relevant
Hoewel warmteopslag geen nieuw concept is, duikt het opnieuw op in de context van de hedendaagse energietransitie. Innovaties waarbij gebruik wordt gemaakt van eenvoudig ogende materialen zoals soapstone of bakstenen beloven grote veranderingen in de manier waarop energie wordt opgeslagen en gebruikt. Europa heeft de afgelopen decennia een sterke groei doorgemaakt in zonne- en windenergie, met talrijke nieuwe projecten die het net op het elektriciteitsnet aansluiten. Deze toename brengt echter ook nieuwe problemen met zich mee, zoals het overschot aan elektriciteit op het net, dat niet altijd efficiënt kan worden opgeslagen of afgezet. Het zoeken naar oplossingen leidt tot herwaardering van oude technische ideeën, aangevuld met moderne technologieën.
De geschiedenis en heropleving van warmteopslag met eenvoudige materialen
In de geschiedenis van Europa en het Midden-Oosten was het al lang bekend dat zand heat kon absorberen en transporteren. De Turken bijvoorbeeld gebruikten zand om koffie te zetten, terwijl in Central-Europe in de tijd van Mozart woningverwarming via grote bakstenen en tegels gangbaar was. Romeinen bewerkten al warmte met houtgestookte centrale verwarming en ondervloerse luchtverwarming om huizen en baden te verwarmen, vooral op plaatsen zonder natuurlijke warmwaterbronnen. Tegenwoordig keren deze basisideeën terug in nieuwe vormen, waarbij ze een rol kunnen spelen in de vermindering van de klimaatimpact en het verlagen van energiekosten voor de consument.
Innovaties in zand- en soapstone-batterijen
In Finland ontwikkelt een start-up, Polar Night Energy, systemen die goedkope resten van soapstone gebruiken om grote zandbatterijen te creëren. Deze kunnen grote hoeveelheden groene energie opslaan als warmte, en dat voor een fractie van de kosten van lithium-ionbatterijen. Het proces is simpel: bij overvloedige en goedkope hernieuwbare energie wordt de lucht verwarmd via elektrische weerstand en door zand gepompt dat in geïsoleerde containers ligt, met temperaturen van wel 600°C. In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen kunnen deze zandbatterijen dagenlang energie vasthouden, zodat bijvoorbeeld continu stoom kan worden geproduceerd zonder schadelijke emissies of om stadsverwarmingsnetten te voorzien. Polar Night Energy heeft al aangetoond dat haar technologie in koude omgevingen kleine gemeentes van warmte kan voorzien. Er loopt momenteel een pilotproject om de opgeslagen warmte weer om te zetten in elektriciteit. De efficiëntie ligt echter op ongeveer 30%, wat veel lager is dan de circa 80% van lithium-ionbatterijen op grootschalige schaal.
De uitdaging van gratis elektriciteit en de markt voor energieopslag
Europa investeert nog steeds stevig in wind- en zonne-energie, maar het overschot aan elektriciteit veroorzaakt problemen bij de marktwerking. Critici wijzen erop dat zonne- en windenergie enkel elektriciteit leveren wanneer de zon schijnt of de wind waait, en dat het kostbaar is om energiecentrales standby te houden of nieuwe nucleaire installaties te bouwen. Bovendien leidt het profiteren van groene stroom tot grote fluctuaties in de elektriciteitsprijzen, waarbij deze soms onder nul zakken wanneer er meer aanbod is dan vraag. Dit fenomeen, negatieve prijzen, vertraagt investeringen in nieuwe energie-infrastructuur en moedigt producenten aan om verlies te compenseren door hogere tarieven te vragen wanneer er veel hernieuwbare energie beschikbaar is. In 2022 kwamen negatieve prijzen voor 0,3% van de tijd voor, maar dat is gestegen naar 3,6% in 2024 en zal verder toenemen in 2025.
Het probleem wordt versterkt door het gebrek aan internationaal beschikbare hoogspanningslijnen. Veel zonne- en windprojecten worden stilgelegd omdat er geen afzetmarkt voor de geproduceerde stroom is. Vertraagde aansluiting van nieuwe opwekkingsinstallaties op overbelaste netwerken leidt ertoe dat Europa mogelijk grote hoeveelheden goedkope, emissievrije energie niet kan benutten omdat de infrastructuur hier niet op is voorbereid. Naarmate de technologie vordert, wordt warmteopslag via bijvoorbeeld bakstenen of zand steeds relevanter. De lobbyorganisatie Eurelectric benadrukt dat batterijen van zand en bakstenen kunnen helpen bij het oplossen van negatieve prijzen en het tegengaan van energieverspilling door lange-termijn warmteopslag te bieden. Volgens beleidsdirecteur Cillian O’Donoghue kunnen dergelijke systemen de druk op het elektriciteitsnet verminderen door nieuwe en flexibele vraagbronnen te creëren.
Andere Europese initiatieven en toekomstperspectieven
Polar Night Energy is niet de enige start-up in Europa die zand gebruikt voor energieopslag. In Letland ontwikkelt Batsand kleinere systemen die gericht zijn op particuliere woningen. In Portugal heeft Rondo recent een opslaginstallatie met een vermogen van 100 MWh in bakstenen gecombineerd met een zonnepaneelplant geïnstalleerd om volledig duurzame stoomproductie te garanderen voor een Heineken-brouwerij. Daarnaast kunnen thermische en elektrische opslagmethoden elkaar aanvullen. Hoewel de prijzen van lithium-ionbatterijen scherp zijn gedaald, blijven de bevoorradingsketens onzeker, waardoor zandbatterijen kunnen bijdragen aan gerichte inzet op plaatsen waar ze het meest nodig zijn. Deze ontwikkelingen versterken de business case voor zon en wind, waarbij het gebruik van eenvoudige materialen een betaalbare en betrouwbare aanvulling vormt op complexe batterijsystemen. Voor steden en huishoudens kan dit in de toekomst betekenen dat in plaats van dure batterijen, de oplossing voor groene overschotten mogelijk ligt in grote zandbakken die woonhuizen in de winter kunnen verwarmen.
