Hoe zorgen we er voor dat Nederland klimaatneutraal is in 2050? Hoewel niemand dit in detail kan voorspellen, lijkt het erop dat de warmtebatterij zijn weg gaat vinden in het energiesysteem van de toekomst. TNO heeft, in samenwerking met de partners in het SSUSG Consortium (Sustainable Selfsupporting Urban Smart Grid) een nieuwe mijlpaal bereikt in het onderzoek naar een compacte, verliesvrije warmtebatterij voor de gebouwde omgeving. 

Opslag noodzakelijk 

Duurzame energiebronnen als zon en wind leveren onregelmatig energie. Pieken in zowel aanbod als vraag maken opslag van duurzaam opgewekte energie noodzakelijk. De warmtebatterij kan hierop inspringen en gebouwen bij pieken in de vraag van duurzaam geproduceerde warmte voorzien. Dit maakt de warmtebatterij een onmisbaar onderdeel in de energietransitie. 

De huidige methoden van warmteopslag, meestal in water, zijn echter verre van optimaal. Tijdens opslag en transport treden grote verliezen op en de hoeveelheid opgeslagen energie per kubieke meter is vrij gering. TNO is er nu in geslaagd de opslagdichtheid te verdrievoudigen naar 0,35 GJ/m3, en dat is een primeur en wereldrecord. Het resultaat: grote hoeveelheden warmte kunnen voor langere tijd verliesvrij opgeslagen en weer afgegeven worden. 

Hoe werkt het?  

De technologie achter de verliesvrije warmtebatterij berust op een zogeheten thermochemisch principe. De warmtebatterij voor in huis gaat uit van twee componenten: water en een zouthydraat. Bij het laden wordt warmte aan de batterij toegevoegd en vindt er een drogingsreactie plaats. Bij ontladen wordt waterdamp toegevoegd en wordt warmte gegenereerd. Zodra waterdamp en het zout bij elkaar worden gevoegd, bindt het water aan het zout en gaat het zout over in een nieuwe kristalvorm.

Bij deze reactie komt warmte vrij. Het prototype dat TNO binnen het Europese OPZuid-project SSUSG (Sustainable Selfsupporting Urban Smart Grid) met partners heeft ontwikkeld, bestaat uit twee thermisch geïsoleerde modules met compartimenten voor het zout en voor het te verdampen of condenseren water. Het laden en ontladen van de warmte kan op deze manier in een compact apparaat dat makkelijk in een woning past. 

De door TNO ontwikkelde batterij kan warmte zowel voor korte periodes als voor een heel seizoen opslaan. Zo kan in de zomer opgewekte energie worden opgeslagen en gebouwen in de winter verwarmen en van warm water voorzien. Bovendien kan de batterij tevens elektrische energie in de vorm van warmte opslaan. 

Twee concepten 

TNO heeft in de afgelopen jaren flink geïnvesteerd in compacte warmteopslag door middel van warmtebatterijen. TNO heeft hierdoor veel kennis van actieve materialen, reactoren, componenten en systemen. Op dit gebied lopen continu verschillende projecten. 

Er zijn twee op zichzelf staande concepten voor een compacte warmtebatterij op basis van zouthydraten ontwikkeld. Eén concept op basis van een gesloten-loop principe en één op basis van een vacuümreactor. Beide concepten hebben nu een Technology Readiness Level 6 á 7 bereikt, en zijn daarmee marktrijp. 

Paris proof commitment 

Met drie TNO-webinars tijdens de Dutch Green Building Week (DGBW) en het ondertekenen van het Paris Proof Commitment van de Dutch Green Building Council onderschrijft TNO haar inzet om te komen tot een duurzame gebouwde omgeving.

Machteld de Kroon, managing director TNO Bouw, Infrastructuur & Martiem: “Wij ondertekenen dit commitment omdat het Paris Proof maken van de gebouwde omgeving een doelstelling is waar wij al jarenlang met onze partners aan werken. Dit doen wij door onderzoek, ontwikkeling van innovaties en kennisoverdracht, bijvoorbeeld op het gebied van warmtewinning, -opslag en energieprestatiemodellering”.

TNO ondertekent niet alleen als kennispartner het Paris Proof Commitment. “TNO heeft zelf ook een aanzienlijke vastgoedportfolio. Bij investeringen in ons eigen vastgoed gaat het ook om practice what you preach”, aldus De Kroon.