Energie

Het probleem met batterijen (en drie alternatieven) 

En nee, het antwoord is niet li-ionbatterijen.
12-04-2022 - door Birger
Zonder batterijen geen energietransitie

Zonder batterijen geen energietransitie

Batterijen zijn onmisbaar voor een toekomst waarin we hernieuwbare energie gebruiken, in plaats van fossiele brandstoffen. Momenteel gebruiken we ontzettend veel li-ionbatterijen om al onze apparaten van stroom te voorzien. Maar deze zijn duur en niet bepaald duurzaam. Wat zijn de alternatieven? En hoe realistisch is een toekomst zonder de li-ion-accu? Wij vertellen je er alles over en laten je kennismaken met 3 groene alternatieven.

De belangrijke rol van batterijen in de energietransitie

De transitie naar een duurzamere toekomst is begonnen. Een belangrijk onderdeel daarvan is de overstap van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen. Denk bijvoorbeeld aan zon en wind: ze raken nooit op, veroorzaken geen luchtvervuiling en stoten geen CO2 uit.

Toch hebben deze hernieuwbare energiebronnen één groot nadeel: ze zijn weersafhankelijk. ‘s Nachts of als de wind niet waait, wordt er geen elektriciteit opgewekt. Het aanbod van duurzame energie fluctueert dus: niet alleen tijdens de dag, maar ook gedurende het hele jaar. Aan de andere kant varieert de vraag naar energie ook.

Vraag en aanbod komen dus niet altijd op hetzelfde moment overeen. Om dit probleem te overbruggen hebben we batterijen nodig. Ze kunnen energie opslaan wanneer het overvloedig en goedkoop is, en het beschikbaar stellen om op een ander moment te gebruiken. Zo kunnen we afstand nemen van fossiele brandstoffen en tegelijkertijd geld besparen.

Momenteel zijn li-ionbatterijen de meest gebruikte manier van energieopslag. Denk alleen al het stille geroezemoes van de miljoenen elektrische voertuigen de rondzoeven op lithiumaccu's.

Maar, zoals wij al eerder schreven, zitten er heel wat haken en ogen aan li-ionbatterijen.

Zonnepanelen werken fantastisch overdag, maar door de energie op te slaan, kun je het ook ‘s avonds gebruiken. | Foto: Kindel Media via Pexels

De twee problemen met de huidige li-ionbatterij

In de jaren ' 90 verschenen oplaadbare lithium-ion batterijen voor het eerst op de markt. Deze batterijen zijn klein, hebben een hoge energiedichtheid (kunnen veel energie opslaan in een klein volume) en gaan lang mee. Tot op de dag van vandaag zijn li-ionbatterijen de keus bij uitstek om alles van stroom te voorzien, van elektrische auto's tot je keukenweegschaal.

De vraag naar deze oplaadbare batterijen is in de laatste jaren exponentieel gegroeid: van slechts 0,5 gigawattuur in 2010 tot ongeveer 526 gigawattuur in 2020 (bron). Ter vergelijking: 1 gigawattuur kan ongeveer 1 miljoen huishoudens een uur lang van stroom voorzien. Naar verwachting zal de vraag tegen 2030 toenemen met een factor 17, volgens Bloomberg.

Daarom stijgt de prijs van lithium enorm hard: in de afgelopen vier jaar is de prijs verviervoudigd. Dit maakt het produceren van nieuwe batterijen ontzettend duur. Maar er zijn twee fundamentelere problemen met de huidige lithium-accu’s.

1. Technische vooruitgang gaat erg sloom

Ten eerste is er op technisch gebied een grote uitdaging: ondanks de vele miljarden die zijn geïnvesteerd om lithium-ionbatterijen te verbeteren, laadt een elektrische auto nog steeds een stuk langzamer op dan een benzineauto. De energiedichtheid van batterijen is slechts een fractie van dat van fossiele brandstoffen.

Helaas geldt de Wet van Moore niet voor batterijen. Deze "wet" stelt dat elke twee jaar de snelheid van computers verdubbelt, terwijl de oppervlakte van de chip halveert. Volgens JB Staubel, een van de oprichters van Tesla, verdubbelen de batterijprestaties slechts elke tien jaar. Vijf keer zo sloom dus.

Om de energieopslag te vergroten kunnen we dus niet vertrouwen op technologische innovatie, maar moeten we gewoon veel meer li-ionbatterijen produceren.

2. Productie li-ionbatterijen slecht voor het milieu

Onze 'lithiumkoorts' oefent alleen veel druk uit op de natuur en lokale gemeenschappen om de benodigde grondstoffen te delven die nodig zijn om een batterij te maken. Neem bijvoorbeeld aan de vervuilende mijnen om nikkel en kobalt uit de grond te halen. Ook zijn er veel meldingen van de erbarmelijke werkomstandigheden voor de mijnbouwers, waarvan een deel nog maar kind is. En dan heb je nog de miljoenen liters water die worden gebruikt om lithium te winnen in Zuid-Amerika, een van de droogste gebieden ter wereld.

Leestip van de redactie: Hoe onduurzaam zijn batterijen?

Onder de zoutoppervlakte van de Salar de Uyuni ligt bijna de helft van al het lithium ter wereld opgeslagen. | Foto: Alexander Schimmeck via Unsplash

Drie nieuwe, duurzame alternatieven voor de lithium-batterij

Dus, de grote vraag is: zijn er schonere alternatieven voor energieopslag voorhanden? Het goede nieuws is dat er volop slimme koppen zijn die werken aan duurzame oplossingen voor energieopslag. En sommige initiatieven komen zelfs van Nederlandse bodem. We lichtten er drie uit:

1. Batterij van basalt uit Nederland

Uitvinder Cees van Nimwegen ontwikkelde met zijn bedrijf NICE developments het CESAR systeem. Deze installatie zet duurzaam opgewekte energie om in warmte, die vervolgens wordt opgeslagen in basalt: vulkanisch gesteente dat je kan kopen bij de bouwmarkt. Door buizen gaat die hitte de container met basalt in. De bakstenen slurpen de hitte op en leggen die vast.

Cruciaal hierbij is een goede isolatie. Daarom zitten de stenen in een metalen omhulsel en zijn omgeven door een laag steenwolisolatie van meer dan een meter dik. De isolatie houdt de warmte maanden, zo niet jaren binnen.

Met een opslagsysteem van meer dan 100.000 kWh is het CESAR systeem een constante warmtebron dat energie afgeeft. Volgens Cees kun je er zo’n 36 huishoudens mee van stroom voorzien. Momenteel levert de basalt-batterij stroom aan 22 woningen in Sint-Oedenrode.

Meer lezen? Lees ons interview met Cees hier: Uitvinder maakt batterij van steen

Uitvinder Cees van Nimwegen voor zijn basaltbatterij. | Foto: NICE Developments

2. Zoutwaterbatterij van de Westerschelde

 Het bedrijf AquaBattery werkt momenteel aan een batterij die de energie benut die vrijkomt als je zout en zoet water mengt, of zuur en basisch water. Dat er hierbij energie vrijkomt is te danken aan het feit dat zout water een groot aantal positief en negatief geladen deeltjes bevat, terwijl zoet water er aanzienlijk minder heeft. Wanneer zout en zoet water worden gecombineerd, komt er energie vrij door het verschil in geladen deeltjes.

Momenteel is AquaBattery, in samenwerking met de Zeeuwse Milieufederatie, bezig met het bouwen van een heus batterij-eiland in de Westerschelde. Dit energie-eiland levert zo'n 300 miljoen kWh aan opslagcapaciteit. Ter vergelijking: een huishouden verbruikt dagelijks zo'n 8 kWh, dus zou het eiland 37,5 miljoen huishoudens een dag van stroom kunnen voorzien, oftewel alle 7 miljoen Nederlandse huishoudens 5 dagen lang. 

Maar de bouw staat echter nog in de kinderschoenen: op dit moment is er alleen een pilot van 10 kWh operationeel.

Meer weten? Lees ons artikel hier: Is zeewater de batterij van de toekomst?

Zo moet het energie-eiland in de Westerschelde eruit gaan zien. | Foto: AquaBattery

3. Overtollige energie opslaan in zand

Iedereen weet dat zand veel warmte kan vasthouden: loop maar eens met je blote voeten op een warme dag over het strand.

Amerikaanse onderzoekers van het NREL-lab hebben nu een manier gevonden om energie in zand op te slaan. Het werkt als volgt: zandkorrels worden tot 1.200°C verhit door een reeks verwarmingsapparaten, aangedreven door zonnepanelen. Stel je voor dat je zand door een gigantisch groot broodrooster strooit. Vervolgens worden deze warme zandkorrels in silo's opgeslagen, die goed zijn geïsoleerd Zo blijft het zand warm, net zoals een thermosfles.

Wanneer er vraag is naar elektriciteit, dan stroomt het zand weer uit de silo en door de warmtewisselaar om zo energie te leveren. Het concept van de zandbatterij is vrij eenvoudig, het grote vraagstuk is nu hoe dit idee kan worden opgeschaald.

Zand kan erg goed warmte vasthouden en is daarom een geschikt alternatief voor batterijen. Foto: Jim Gade via Unsplash

Einde tijdperk zonder li-ionbatterij lijkt (nog) ver weg

Er zijn dus verschillende, duurzame alternatieven voor grootschalige energieopslag in ontwikkeling. Toch maken ze ook gelijk duidelijk waarom de li-ion-accu zo geliefd is: geen van de bovengenoemde batterijen zijn zo flexibel in formaat en gebruiksvriendelijk of hebben zo'n hoge energiedichtheid als de li-ion-accu. Daarentegen zijn ze wél stuk voor stuk duurzamer om te produceren.

Om op dit moment in de alsmaar toenemende vraag naar energieopslag te voldoen, zijn li-ionbatterijen dus onmisbaar: de alternatieven zijn simpelweg nog niet kant-en-klaar genoeg om vandaag al op grote schaal gebruikt te worden. Een tijdperk zonder li-ionbatterij lijkt nog ver weg.

Om de smerige zijde van de energietransitie te verduurzamen, moeten we onze aandacht dus vestigen op hoe we de levenscyclus van li-ion accu's kunnen verduurzamen: van ethisch en duurzamere grondstofdelving tot het beter recyclen van ons elektrisch afval.

Meer duurzaam batterijnieuws

Profile picture for user Birger IJsenbrand
Birger
Auteur
Na zijn stage bleef Birger betrokken bij Voor de Wereld van Morgen als vaste redacteur. Naast zijn studie monetaire economie, schrijft hij artikelen over duurzame ondernemingen, geldzaken en het klimaat met praktische tips voor een groenere lifestyle.