Blue energy in the sky

Noord-Nederland profileert zich nadrukkelijk als dé energieregio van Nederland. Noorderbreedte spreekt dit jaar met vijf knappe koppen die zich er in de voorhoede van het energieonderzoek bewegen. Deel 3: milieutechnoloog Bert Hamelers.

TEKST
Wio Joustra

Noord-Nederland profileert zich nadrukkelijk als dé energieregio van Nederland. Noorderbreedte spreekt dit jaar met vijf knappe koppen die zich er in de voorhoede van het energieonderzoek bewegen. Deel 3: milieutechnoloog Bert Hamelers.

De Amerikaanse nieuwszender NBC kon zijn enthousiasme nauwelijks bedwingen. ‘Broeikasgas zou enorme, onaangeboorde energiebron kunnen zijn’, kopte de zender op de eigen nieuwssite. Om er, nog met een vraagteken, dat wel, de typisch Angelsaksische metafoor van de wolk met de zilveren rand aan toe te voegen. Oftewel, schijnt achter de wolken dan toch de zon van een iets duurzamer wereld?
De opwinding bij NBC stond symbool voor reacties in de hele wereld, na een publicatie vorige zomer in het Amerikaans wetenschappelijk tijdschrift Environmental Science and Technology Letters waarin de auteurs uit de doeken deden hoe stroom uit CO2 kan worden opgewekt. Getekend: onderzoekers van the Centre of Excellence for Sustainable Water Technology in The Netherlands. Oftewel, Wetsus in Leeuwarden!
‘Redelijk extatisch’ waren ze daar geweest in het lab toen ze zagen dat het werkte, liet programmadirecteur en onderzoeksleider Bert Hamelers optekenen in de Leeuwarder Courant. Geen wonder. Want het gas dat ons dagelijks confronteert met de kwetsbaarheid van het milieu en de eindigheid van de aarde zoals we die kennen, blijkt ineens zelf een belangrijke bron van energie te zijn. Energie die nog op relatief eenvoudige wijze valt te winnen ook. Even opmerkelijk als pikant dus.

De schaal is in ieder geval gigantisch, daarin overdreef NBC niet. Op aardgas, kolen of olie gestookte elektriciteitscentrales stoten jaarlijks twaalf miljard ton aan CO2 uit. Daar komt nog eens elf miljard ton emissie bij uit de verwarming van huizen en kantoor- en bedrijfspanden. Tezamen een astronomische 23 miljard ton. Het theoretisch energie­potentieel daarvan is ruim anderhalf miljard kilowattuur, genoeg om in liefst acht procent van de huidige wereldconsumptie aan elektriciteit te voorzien. Voor wie dat niet kan bevatten had Hamelers met zijn team nog een andere vergelijking in petto – het was tenslotte een Amerikaans wetenschappelijk tijdschrift: het is vierhonderd keer de jaarlijkse elektriciteitsproductie van de Hoover Dam over de Colorado Rivier tussen Nevada en Arizona.
Dat maakte indruk en niet alleen aan gene zijde van de Atlantische Oceaan. De mailbox van Wetsus explodeerde, de paper met alle technische details van de uitvinding van Hamelers en zijn team werd in no time 250 keer gedownload. En dat is in het wereldje van milieu- en energie-experts vaak, heel vaak zelfs.

Lading en ontlading

‘Blue Energy in the Sky’ was geboren. Een juiste definitie, want het idee komt voort uit Blue Energy. Dat is winning van energie uit het concentratieverschil tussen zoet en zout water waarmee tot 2017 in de Afsluitdijk wordt proefgedraaid en waarvoor Wetsus het leeuwendeel van de kennis levert. ‘Als het met water kan, kan het misschien ook wel met gas, dacht ik. Waarom niet?’, aldus Hamelers.
Het Wetsus-team gebruikt elektroden om energie te winnen. Het pompt afwisselend gewone lucht met weinig CO2 en rookgas met veel CO2 door water. Het CO2 uit het gas reageert tot H2CO3 (koolzuur), dat zich onmiddellijk splitst in positief en negatief geladen deeltjes. Het systeem bestaat uit twee elektroden waarvan de ene alleen positieve deeltjes adsorbeert en de andere alleen negatieve. Deze adsorptie zorgt ervoor dat elektronen gaan stromen van de elektrode met negatieve deeltjes naar de elektrode met positieve deeltjes. Als de elektrode verzadigd is met geladen deeltjes verwijdert water dat in contact is geweest met de lucht die deeltjes. Dat leidt het proces in omgekeerde richting, wat aantoont dat je twee keer elektriciteit kunt winnen uit CO2. Het is een continu proces van lading en ontlading, zoals in een batterij of accu. ‘Maar’, waarschuwt Hamelers, ‘de CO2 ontsnapt wel weer de lucht in. Dit betekent dat de uitvinding niet de panacee is voor het klimaatprobleem. Verder spreekt het voor zich dat er een grote installatie nodig is om die stroom uit CO2 op te wekken. Dat is een hele uitdaging en daar zijn we hard mee bezig. Als het lukt zijn we spekkoper.’

Mondiale markt

De grote belangstelling voor de ontdekking uit de gehele wereld stemt Hamelers positief over de toekomst van Blue Energy in the Sky. De belangstelling komt uit zowel de hoek van bedrijven die willen participeren in de ontwikkeling van de technologie als van ondernemingen die een tekort aan elektrici­teit hebben of een overschot aan CO2. Net als bij Blue Energy is gedaan met Fuji Film, Landustrie, Alliander en Magneto Special Anodes en Redstack, wil Wetsus ook voor Blue Energy in the Sky samenwerken met strategische partners die de technologie tot een product voor de mondiale markt kunnen ontwikke­len. ‘Je begint in het lab waar je stroom produceert in een test setup. Uiteindelijk ga je een demonstratie­project opzetten in de schoorsteen van een kolencentrale.’ En om de potentie nog eens op een andere manier te benaderen wijst de milieutechnoloog erop dat een kolencentrale die één megawatt aan elektriciteit produceert dankzij de energie uit CO2 1,1 megawatt kan leveren. ‘China hoeft dan maar negen in plaats van tien nieuwe kolencentrales te bouwen.’

Slimme technieken

Hamelers komt uit de stal van Wageningen Universiteit maar voelt zich bij Wetsus – bijna letterlijk – als een vis in het water. ‘Energie, water, voedsel, het hangt allemaal met elkaar samen’, antwoordt hij op de vraag of het niet verrassend is dat wateronderzoek zich ook met energie bezighoudt. ‘Vaak hoor je dat het de vraagstukken zijn van de toekomst. Maar dat is niet zo, het zijn de vraagstukken van nu. De problematiek ligt er al en iedereen zou zich ermee bezig moeten houden, want we hebben elkaar hard nodig. Land, nutriënten en water zijn al schaarse artikelen, terwijl de steeds hogere levensstandaard in de wereld steeds meer water en voedsel vergt. De bevolkings- en welvaartstoename drijven ons. Daar moeten oplossingen voor komen. Een voorbeeld is schaliegas. Aan de ene kant is het gewenst dit gas te produceren om in de energiebehoefte te voorzien, aan de andere kant komen drinkwaterbronnen door het productieproces – fracking – in gevaar. Water, energie, voedsel, we komen elkaar overal tegen. Wateronderzoek heeft dan ook alleen maar zin als het ook iets betekent voor energie.’
Vanuit die filosofie houdt Wetsus zich bezig met Blue Energy, stroom uit CO2 en bio-elektrochemische systemen (zogenoemde resource recovery, bijvoorbeeld direct elektriciteit produceren uit afvalwater). ‘Energie bepaalt steeds meer ons onderzoek’, zegt Hamelers. ‘Huidige ontzoutingstechnieken voor de productie van drinkwater uit zeewater kosten veel energie. We zijn dan ook steeds op zoek naar slimme ontzoutingstechnieken. Wetsus kijkt niet zozeer hoe we wat we al hebben kunnen verbeteren, maar meer naar doorbraaktechnologieën. Opeens iets heel anders doen, daarin zijn we uniek in de wereld. We weten dat we daarbij een groot afbreukrisico lopen. Maar het is ook nog altijd zo: high risk, high gain.’

China

Daarom werkt Wetsus met diverse bedrijven en een groot aantal universiteiten en kennisinstituten in de hele wereld samen. Hamelers: ‘Als we dan een doorbraak bereiken zijn de commerciële partijen er ook direct bij betrokken. Het mag dan crisis zijn, de bedrijven blijven komen.’ Nederland heeft op dit terrein een vooraanstaande positie, maar het buitenland staat niet stil, integendeel. Hamelers noemt China als voorbeeld van een land dat veel geld en mankracht inzet op alles wat met water en groene energie te maken heeft. Hij voorspelt dat het meest volkrijke land in de wereld over vijf tot tien jaar toonaangevend zal zijn op dit terrein. En tegen die tijd zal de wereld er al weer anders uitzien dan nu. ‘We gaan met z’n allen steeds meer in delta’s wonen en we gaan de grote steden steeds meer beschermen.’ Dat water en energie daarbij een steeds belangrijker rol gaan vervullen, behoeft in de visie van Hamelers dan ook geen betoog.

Sluit je aan bij Noorderbreedte!
Laat u informeren en inspireren over alles wat mooi, bijzonder en in ontwikkeling is in het Noorden!
vanaf €37,50