“Goedkope batterijen zullen de hernieuwbare energiemarkt revolutionair veranderen,” schreef de Britse oud-minister Chris Huhne afgelopen zondag in the Guardian.
Bij het aanbod van hernieuwbare energiebronnen wordt doorgaans niet gekeken naar stocks (opslag) maar naar flows (stromen). Er is geen reservoir aan zonne- of windenergie dat we naar believen kunnen gebruiken: slechts als er zon of wind ís kan daaruit energie opgewekt worden. Aanbod moet echter met vraag gematcht kunnen worden. Voor het succes van hernieuwbare energievoorziening is energieopslag dan ook hard nodig. Er zijn al redelijk grootschalige experimenten waarin de energieopwekking uit wind wordt gecombineerd met samengeperste lucht (CAES), die eventueel met biobrandstof weer tot energie omgezet kan worden (1). Veiligheid en lange-afstand transport blijven echter een probleem. Daardoor liggen, voor grootschalig gebruik, twee andere opties het meest voor de hand: waterstof en batterijen. Het zijn beide opties die niet alleen voor energie-infrastructuur, maar ook voor auto’s een belangrijke mogelijkheid zijn. Dat maakt een recente aankondiging van Elon Musk (Tesla) groot nieuws, niet alleen voor de auto-industrie maar ook voor de energiesector. Zijn plan is om in 2020 een giga-fabriek van start te laten gaan met de productie van 500,000 lithium-ion batterijen, wat méér is dan de huidige wereldproductie (2).
Overcapaciteit bufferen
Een dergelijke capaciteitsvergroting zou batterijprijzen op termijn met 30% kunnen verlagen, wat weer grote effecten kan hebben voor hernieuwbaar energiegebruik zowel in mobiliteit als daarbuiten. Er wordt al tijden gespeeld met het idee om auto’s te gebruiken voor tijdelijke energie-opslag, om daarmee overcapaciteit van hernieuwbare energieproductie te bufferen voor de minder zonnige (of winderige) dagen. Een studie uit de VS in 2008 (3) gaf bijvoorbeeld aan dat 75% van alle auto’s in de VS iedere nacht opgeladen kunnen worden met de overcapaciteit van het net (als het elektrische auto’s waren).
Het is niet raar dat Tesla kiest voor Lithium-ion batterijen, ook al zijn er alternatieven. De Vanadiumbatterij (VRFB) wordt ook al op kleine schaal gebruikt (o.a. voor busjes in Rome) en kan snel opgeladen worden (4), maar heeft een lage energiedichtheid en is vrij complex. De natrium-zwavel batterij is zwaar en heeft ook een lage energieopslagcapaciteit, en daardoor voornamelijk zinvol voor grootschalige energieopslag. (5) Op dit belangrijke punt van energiedichtheid scoort lithium-ion technologie het beste met zo’n 100-250 Wh/kg. Dit maakt de technologie het meest interessant voor R&D, zoals uit onderstaand overzicht van patent-aanvragen blijkt (6).
Naar een decentrale structuur
Vanwege het belang voor de infrastructuur van hernieuwbare energie kunnen en zullen batterijen een belangrijke rol spelen voor regionalisatie. Als de prijs inderdaad daalt door investeringen zoals die van Tesla maakt deze technologie het een stuk goedkoper om op kleine schaal energie op te wekken. Het werkt tevens de decentralisatie in de hand die wij een belangrijk onderdeel achten voor de ontwikkeling van de Biobased Economy en Society.
De omschakeling waarvoor de elektriciteitssector staat is veel groter dan de vervanging van fossiele brandstoffen door zonne- en windenergie: deze hebben een heel andere, veel meer decentrale opbouw van het net nodig. De problemen met inpassing van zon en wind in Duitsland (7) komen voort uit de poging van de elektriciteitsbedrijven om de oude structuur (en daarmee hun succesvolle verdienmodel) te handhaven. Goedkope energieopslag, zoals met batterijen, maakt doorgroei van kleinschalige elektriciteit mogelijk zonder direct de grootschalige systemen onderuit te halen. Huhne voorspelt dat we met deze investering van Tesla weer een stap dichter bij een ontregelende revolutie in de energiesector zijn gekomen. Hij is dan ook hoopvol.
Update. Net vandaag verscheen een blog van het Rocky Mountain Institute, een van de voorlopers in de energietransitie, waarin zij opperen dat dalende kosten van zonnecellen én energie-opslag ertoe kunnen leiden dat meer mensen besluiten, helemaal los te komen van het elektriciteitsnet (8).
1. Denholm, P. (2006). Improving the technical, environmental and social performance of wind energy systems using biomass-based energy storage. Renewable Energy, 1 : 1355 – 1370.
2. The Economist, 3 maart 2014. Tesla’s gigafactory – Driving ahead.
3. Schneider , K. , C. Gerkensmeyer , M. Kintner-Meyer and R. Fletcher (2008). Impact assessment of plug-in hybrid vehicles on Pacific Northwest distribution systems.
In: Power and Energy Society General Meeting – Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 20–24 July 2008.
4. Renewable Energy Dynamics Technology (geen datum). Electric vehicle applications of flow batteries.
5. IEA-ETSAP & IRENA Technology policy brief: Electricity Storage, April 2012.
6. OECD Energy and Climate Policy: Bending the Technological Trajectory. Increasing the penetration of intermittent renewable energy: Innovation in energy storage and grid management. October 2012. DOI:10.1787/9789264174573-7-en
7. Zie: http://www.economist.com/news/europe/21594336-germanys-new-super-minister-energy-and-economy-has-his-work-cut-out-sunny-windy-costly
8. http://blog.rmi.org/blog_2014_03_11_why_the_potential_for_grid_defection_matters