29-04-2008 13:52
| W. J. Eradus
Het lijkt sciencefiction. Energie opwekken uit de ontmoeting van zoet en zout water. Met een hogere opbrengst dan alle windmolens van Nederland. Zonder afval en zonder horizonvervuiling. En onafhankelijk van het weer. Binnenkort gaat bij Harlingen een ”Blue Energy”-proefopstelling draaien die al ongeveer 10 kilowatt aan elektriciteit moet leveren.
„Je zou niet zeggen dat bij het uitstromen van rivierwater in zee zo veel energie vrij komt”, zegt ir. Jan Post die met Blue Energy zijn promotieonderzoek doet bij Wetsus, het onderzoeksinstituut voor duurzame watertechnologie in Leeuwarden. Hij geeft een rekenvoorbeeld: „Iedere kubieke meter zoet water die per seconde de zee in stroomt, levert in principe 1 megawatt vermogen. Nu stroomt er in Nederland elke seconde 3300 kubieke meter zoet water in zee. Dat is dus goed voor een totaal vermogen van 3300 megawatt.” Uitdagend: „Een doorsneekolencentrale levert 300 megawatt. Je kunt dus met deze Blue Energy bij een rendement van 50 procent meer dan vijf kolencentrales vervangen.” Maar zover is het nog lang niet.
Post toont een laboratoriumopstelling ter grootte van een forse koelkast. Twee reservoirs met de opschriften ”zoet” en ”zout” zijn via slangetjes verbonden met een zwart doosje, een soort accu. Als hij de kraantjes opendraait en de beide soorten water door de zwarte accu stromen, begint er een kleine ventilator te draaien. Elektriciteit!
In de accu houden membranen van polyetheenfolie, oftewel boterhamzakjesplastic, het zoete en zoute water gescheiden. Door het verschil in zoutconcentratie ontstaat een elektrisch spanningsverschil. „De constructie is eigenlijk heel simpel, maar die folie moet wel speciaal worden voorbehandeld, zodat deze alleen de zoutionen doorlaat” (zie kader).
Te duur
Membraanfolie was tot voor kort te duur om deze wijze van energieopwekking economisch haalbaar te maken. Aanvankelijk was per watt vermogen een membraanoppervlak nodig van 1 vierkante meter, met een kostprijs van ruim 50 euro. Dat was veel te duur. Een doorbraak was de vinding van het Arnhemse onderzoeksinstituut KEMA. Daardoor kon de prijs worden teruggebracht tot 5 euro per vierkante meter. „KEMA stelde het boterhamzakjesplastic bloot aan zeer hoge elektrische spanningen, waardoor zich structuren ontwikkelden die als selectief membraan werken”, zegt Post. De prijs blijft nog altijd zakken. „Op dit moment importeren we uit China folie voor 3 euro per meter. Maar binnen afzienbare tijd hopen we in samenwerking met een Nederlandse folieproducent membranen tegen nog lagere prijs en met betere kwaliteit te kunnen inzetten.” Post is er optimistisch over dat het rendement daarmee nog verder te verhogen is, naar 2 watt per vierkante meter membraan. „We hebben er dan een zeer concurrerende vorm van schone energie bij in ons lage landje aan de zee: blauwe energie.”
Opschalen
De kleine laboratoriumopstelling is bedoeld om het proces te verbeteren en te proberen zo veel mogelijk energie te halen uit een stukje membraan. Maar de goede resultaten daarvan boden nog niet de garantie dat het onder praktijkomstandigheden, in een grote installatie met vele kilowatts of zelfs megawatts vermogen, ook goed werkt. Daarom bouwde Wetsus ook een aanzienlijk grotere proefopstelling: een hoge stapel membraanfolies. Het bordje ”Danger, High Voltage” geeft aan dat dit gevaarlijk hoge spanningen oplevert. „Met deze opgeschaalde installatie zouden we naar een vermogen van enkele kilowatts kunnen. Voor een megawattcentrale zet je gewoon een aantal van deze zuilen naast elkaar. Uiteindelijk is ons doel om een centrale van 200 megawatt te bouwen. Genoeg voor de elektriciteitsvoorziening van alle huishoudens in de drie noordelijke provincies”, zegt de promovendus vol vertrouwen.
Maar voordat een dergelijke grote centrale bij de Afsluitdijk wordt gebouwd, komt er eerst bij Harlingen een Blue Energycentrale met een vermogen van 10 kilowatt. Deze installatie, die naar verwachting binnenkort operationeel is, zal tot 2010 worden getest. Wanneer dit een succes blijkt, zal de capaciteit op termijn worden uitgebreid tot 1000 kilowatt, voldoende om duizend gezinnen van stroom te voorzien. Minister Van der Hoeven van Economische Zaken zal deze centrale volgens de huidige planning op 2 juni officieel in bedrijf stellen. Zij verklaarde op voorhand: „We worden op deze manier minder afhankelijk van fossiele brandstoffen. Ook levert blauwe energie een bijdrage aan de klimaatdoelstellingen. Ik denk dat we op de langere termijn hier heel veel van kunnen verwachten.”
www.redstack.nl voor meer informatie.
Het draait allemaal om SGP
SGP? De politieke partij mag dan vanuit Bijbels rentmeesterschap schone energieopwekking een warm hart toedragen; bij Blue Energy staat deze lettercombinatie voor Salinity Gradient Power, ofwel energie uit het verschil in zoutconcentratie.
De energie kan zich op verschillende manieren manifesteren. Allereerst als verdunningswarmte. Waar een rivier uitmondt in zee, stijgt de watertemperatuur door de menging van zout en zoet met ongeveer 0,1 graden Celsius. Leuk om te weten, maar voor energiewinning onbruikbaar. Andere methoden bieden wel perspectief om de energiemogelijkheden van uitstromend zoet water -in theorie 2,4 megajoule per kubieke meter- te benutten.
Er kan gebruik worden gemaakt van osmose. Al in 1750 ontdekte de Franse priester Jean-Antoine Nollet dat een varkensblaas met wijn, ondergedompeld in water, ging opzwellen. Ook in een vat met zoet en zout water, onderling gescheiden door een membraan die wel water, maar geen zoutionen doorlaat, zal het zoete water door het membraan naar het zoute water trekken om dat te verdunnen. De waterspiegel van het zoete water daalt daardoor, en die van het zoute water stijgt. Dit hoogteverschil kan, net als bij een stuwmeer, worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Het Noorse energiebedrijf Statkraft is op dit moment bezig met de bouw van een experimentele osmosecentrale die 2 tot 4 kilowatt vermogen levert.
Bij de methode die Blue Energy gebruikt, de zogeheten omgekeerde elektrodialyse, draait het om het verschil in zoutgehalte. Als zout water in aanraking komt met zoet, hebben de zoutionen een natuurlijke neiging om naar het zoete water te gaan. Door het water langs membranen te leiden is dit mengproces te sturen. Twee soorten membranen zijn daarvoor nodig: één die alleen de positieve waterstof (H+)-ionen doorlaat en één die alleen de negatieve chloor (Cl-)-ionen doorlaten. Deze membranen worden als scheidingswanden opgesteld tussen het zoute zeewater en het zoete rivierwater aan beide zijden. Het rivierwater aan de ene kant wordt hierdoor positief geladen en aan de andere kant negatief. Er ontstaat als het ware een primitieve accu die bij een spanning van 0,08 volt elektrische stroom kan leveren. Als het water regelmatig wordt ververst, blijft deze stroom lopen. Om een hogere spanning te krijgen wordt een groot aantal membranen afwisselend naast elkaar geplaatst, ofwel ”in serie geschakeld”.
