Breakthrough Energy, opgericht door Bill Gates, kent een Explorer Grant toe aan het bedrijf Cellcius. Deze Eindhovense starter werkt aan een warmtebatterij op basis van zout en water voor energieopslag. Het is een manier om bijvoorbeeld  zonder veel infrastructuur industriële restwarmte in huishoudens in te zetten voor verwarming. Cellcius is één van de eerste bedrijven uit Nederland die steun uit dit fonds ontvangt. 

Cellcius, een spin-off van TNO en TU Eindhoven, ontwikkelt een warmtebatterij op basis van kaliumcarbonaat. Deze zogenoemde zouthydraat kan een verbinding aangaan met water. Door waterdamp aan het zout toe te voegen, ontstaat een chemische reactie waarbij de eigenschappen van kristallen veranderen en warmte vrijkomt. Het proces werkt ook omgekeerd, door water van het zoutkristal af te stoken en de warmte op te slaan in het zout. De batterij is goedkoop, compact en verliest relatief weinig warmte, en heeft de potentie om op grote schaal huizen te verwarmen.

Versnelling

Professor Olaf Adan, hoogleraar bij TU/e en principal scientist bij TNO, werkt samen met zijn onderzoeksteam al ruim tien jaar aan de warmtebatterij. Hij is erg blij met de erkenning: ‘Deze toekenning in een wereldwijde concurrentie is een fantastische bevestiging van het potentieel dat onze Nederlandse innovatie heeft om snel bij te dragen aan de mondiale CO2 reductie. De prijs geeft een grote versnelling aan de stappen naar een marktrijp product en het ontsluiten van duurzame warmte en koude voor iedereen.’

Overbruggen

Cellcius is nu dus geselecteerd voor een Explorer Grant. Explorer Grants ondersteunen ideeën van jonge bedrijven en bieden financiering voor één jaar onderzoek en ontwikkeling. Als in dit jaar concrete stappen worden gezet in de ontwikkeling van de technologie, kan het bedrijf in aanmerking komen voor het Fellows-programma van Breakthrough Energy. Het Fellows-programma is een tweejarig mentorprogramma dat helpt bij de ontwikkeling en commercialisatie van veelbelovende technieken, en is bedoeld om de kloof tussen laboratorium en de markt te overbruggen.

Dure leidingen

Veel proceswarmte van bedrijven blijft nog steeds onbenut. Volgens een onderzoek van Urgenda gaat daardoor jaarlijks 470 PJ aan hoge en middentemperatuur-warmte verloren. Temperaturen van rond de 70 °C zijn te laagwaardig voor veel industriële processen en verdwijnen via koeltorens de lucht in. Niet voor niets investeren bedrijven en overheden steeds vaker in warmtenetten die de warmte transporteren naar de omgeving waar deze nog wel nuttig is: de gebouwde omgeving. Helaas is de businesscase voor dit soort projecten vaak lastig rond te krijgen. Om zo weinig mogelijk warmte tijdens het transport te verliezen, zijn vaak dure, geïsoleerde leidingen nodig.

Vloerverwarming

Cellcius heeft daardoorheen oplossing. Het bedrijf stuurt warme lucht door een bed van zout, waar de warmte in wordt opgeslagen. Daardoor verdampt het opgeslagen water. Het zout gaat vervolgens in een zeecontainer naar een huizenblok, flatgebouw of een ziekenhuis. Hier wordt juist vochtige lucht door het zoutbed geblazen. De opgeslagen warmte die daarbij vrijkomt gaat vervolgens via een warmtewisselaar de gebouwen in. Er is dus geen dure infrastructuur nodig. Het geheim van de innovatie zit met name in de structuur van het zoutcomposiet (K2CO3). Het reageert bij een temperatuur van rond de 70 °C. De batterij levert warmte met een temperatuur tussen de 40 en 90 °C af aan het warmtenetwerk. Huizen met vloerverwarming zouden aan deze temperatuur al genoeg hebben, maar zelfs huizen met meer traditionele cv-systemen kunnen worden verwarmd.

Chemelot

Eerder kondigde het bedrijf de eerste pilot aan bij chemiepark Chemelot in Geleen. ‘De industrie op het Chemelot-terrein overwoog al om warmte uit te koppelen naar de nabije omgeving’, stelt Cellcius CEO Evert Rietdijk op de website van het Programma Verduurzaming Industrie. ‘Maar de aanleg van een warmtenet vormde nog een struikelblok. Nu voeren we eerst een proef uit met een blok van vijftig huizen in, naar alle waarschijnlijkheid,  Sittard-Geleen. We moeten daarvoor een installatie bouwen op het Chemelot-terrein waar we de batterij via een warmtewisselaar laden. Hoe lang dat duurt is afhankelijk van de temperatuur die de fabrieken op het Chemelot-terrein kunnen leveren. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller het gaat.’

De zeecontainer met een capaciteit van zo’n tien gigajoule en een vermogen van honderd kilowatt is opgedeeld in compartimenten die om de beurt worden geladen. Rietdijk: ‘Ook bij de gebruiker zal een installatie moeten worden gebouwd die de warmte kan afgeven aan het huizenblok. Is dat gereed, dan kunnen we beginnen met de eerste praktijkproeven. Dan pas weten we ook exact hoe vaak we de batterij moeten vervangen en hoeveel containers we nodig hebben. De schatting is nu dat een lading gemiddeld een week meegaat. Dus net zo vaak als de GFT en PMD-containers worden geleegd, krijgt ook de warmtecontainer een nieuwe lading.’

Rietdijk verwacht de beide installaties eind 2023 te kunnen installeren en beginnen met testen. De onderzoekers willen nog graag weten hoe de batterij in dagelijkse leven wordt ingezet. Bovendien wil men weten hoe ze de batterij het beste kunnen inpassen in het dynamische energiesysteem.