Waarom dit artikel?
Een samenleving die steeds meer vertrouwt op zon en wind, heeft energieopslag nodig. Energie kan in verschillende vormen worden opgeslagen (bijvoorbeeld mechanisch of als warmte), maar onontkoombaar is opslag in accu’s. Dit is uiteraard algemeen bekend.
Er zijn meer typen accu’s, maar gangbaar in het dagelijks leven zijn accu’s die op lithium gebaseerd zijn. Lithium is een relatief zeldzame grondstof die gemijnd moet worden. Daartegen bestaan veel milieubezwaren en dat is niet zonder reden.
Daarnaast vragen sommige batterijtypes ook om andere, relatief zeldzame, grondstoffen als bijvoorbeeld kobalt en nikkel.
Ik ga zeker niet zover dat ik alle vormen van mijnbouw afwijs, maar dat is een artikel in eigen recht waard voor in de toekomst.
Maar goede, alternatieve batterijtypes die geen zeldzame grondstoffen gebruiken zouden erg welkom zijn. Er is al jarenlang een hoop research op dit gebied, zoveel dat dat niet in één populair (bedoeld) artikel te bespreken is.
Elke batterij of accu combineert een element links in het periodiek systeem (zoals lithium) met een element rechts in dat systeem. Research die zich focust op het vervangen van lithium, kiest natuurlijkerwijze vaak op het element dat er in het periodiek systeem meteen onder staat, namelijk natrium. Natriumchloride kennen wij als keukenzout en dat is in grote hoeveelheden op aarde aanwezig, zowel onder de grond (dan toch weer mijnbouw) als in zee.
Dit artikel wil iets vertellen over een recent Nederlands initiatief om een natriumbatterij te gaan produceren. Het motief hiertoe is niet alleen maar technisch. Het plan raakt aan politieke kwesties zoals grondstoffenschaarste, zelfvoorzienendheid en industriepolitiek. En dat de fossiele industrie niet de hele tijd moet klagen hoe zielig ze zijn, maar dat men ook eens moet nadenken over bedrijfsactiviteiten die in de toekomst wel kansen bieden.
Het Nederlandse samenwerkingsverband
Nobian, Exergy Storage, de Universiteit Twente en innovatieplatform ISPT hebben het samenwerkingsverband STARBATCH opgericht. STARBATCH staat voor Sodium Tetra chloro Aluminate Recyclable BATtery Chemicals .
Sodium (met een +) is de Engelse naam voor natrium en de mondvol Tetra Chloor Aluminaat (AlCl4 met een -) is een groep atomen die doet alsof hij rechts in het periodiek systeem thuis hoort. Ook aluminium is een van de meest voorkomende elementen in de aardkorst (en kan bovendien goed gerecycled worden).
Nobian wint en bewerkt zout in Twente en Groningen (Nobian heette vroeger Koninklijke Zout en is de ‘KZ’ in ‘AKZO’). Een informatieve pagina over de zoutmijnbouw in Twente is https://www.nobian.com/nl-nl/zoutwinning/bestaande-zoutwinning/twenthe-rijn . Een afgeleid product is chloor, vandaar dat Nobian in een logische positie is om aan het samenwerkingsverband mee te doen.
Nobian is (tot nu toe) de enige van 20 grote ondernemingen in Nederland waarmee de regering ‘maatwerkafspraken’ heeft kunnen maken. Nu was dat in het geval van Nobian relatief makkelijk, want de onderneming loost niet veel en een grote besparing op het elektriciteitsverbruik voor de chloorproductie is ook in het eigen belang, maar goed – het subsidiebedrag is met €185 miljoen relatief laag.
Exergy Storage is de beoogde feitelijke producent van de batterij. Ze beschrijven hun techniek in zeer algemene bewoordingen op https://exergy-storage.nl/exergy-main/technology/ .
De website impliceert dat het een startup is (zo op het oog wel een ervaren team). In hoeverre de startup zijn toekomstige taak aan kan, moet blijken. Ze verkopen nog niets en alles is in de ontwerpfase of richting een pilotfase.
De onderneming is gevestigd op het Industriepark Kleefsewaard (het oude ENKA-terrein) in Arnhem. Met de TU Twente en het (in Amersfoort gevestigde) ingenieursbureau ISPT is er sprake van zoiets als een Oost-Nederlandse initiatief.
(afbeelding Pacific Northwest National Laboratory)
Hoe het werkt
De websites geven vooral optimistisch gestemde wervende teksten met slechts in algemene bewoordingen hoe de techniek in elkaar zit. Daarvoor moet je gaan googlen.
Een artikel dat erg dicht bij het ontwerp van Exergy lijkt te komen, is te vinden op https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.01.009 . Dat is echter voer voor specialisten en een vereenvoudigde samenvatting ervan is te vinden op www.pv-magazine.com/2023/02/08/sodium-aluminum-battery-for-renewables-storage/ . Daaruit bovenstaand schema.
Het ‘molten salt’ is de mondvol Sodium Tetra Chloro Aluninate en het Solid-state electrolyte is een plaat keramisch materiaal waar wel de natriumionen doorheen kunnen (Na+ ), maar niet de andere molekulen. Dat ‘molten’ betekent dat het inwendige van de batterij boven het smeltpunt van NaAlCl4 moet liggen en onder het punt waarbij het te hard begint te verdampen. In praktijk is dat ca 180°C, bij voorkeur non stop.
Op zich kan dat, maar het lijkt de accu vooral geschikt te maken voor statische doeleinden (bijvoorbeeld een buurtbatterij of een gridbatterij bij een zonnepark). Afgezien van de bedrijfstemperatuur zouden de verdere specificaties goed en goedkoop zijn. Er zijn weinig verliezen, de accu zou lang meegaan en het is veel minder brandgevaarlijk.
Exergy Storage zegt overigens niet over de noodzaak van een hoge bedrijfstemperatuur.
Het is interessant hoe dit verder gaat lopen. Het opschalen van startup’s in Europa is geen vanzelfsprekendheid en naar alle waarschijnlijkheid is er concurrentie.