REDstack Archieven - Utilities

Op het grensvlak tussen zoet en zout water zit een enorm energiepotentieel. Ionen uit het zoute water streven namelijk naar een hogere entropie, waardoor ze naar het zoete water trekken. Dit natuurkundig verschijnsel kan je gebruiken om stroom op te wekken, ook wel bekend als blue energy. Met een techniek die bekend staat als reverse elektrodialyse (RED) is het mogelijk om het energiepotentieel van de deelstromen te oogsten. REDstack ontwikkelde membranen die selectief positief of negatief geladen ionen doorlaten en bouwde hiervan een systeem dat inmiddels werkend te zien is op de Afsluitdijk.

Wereldwijd zijn er heel wat deltagebieden waar zoet water uit de rivieren de zoute zee instroomt. Bovendien lozen veel rioolwaterzuiveringen hun zoete water in zee. Dit zijn allemaal potentiële energiebronnen wat REDstack betreft. Directeur Pieter Hack rekende al uit dat wereldwijd één terawatt blue energy beschikbaar is. Men moet het alleen nog maar oogsten. ‘Theoretisch is het energiepotentieel van een vierkante meter membraan twee watt. Daarmee zou een kuub zoet water die de zee instroomt één megawatt per seconde kunnen opleveren’, zegt Hack. ‘Nu is het lastig om alle energie te winnen, maar een deel is al voldoende. Het grote voordeel van deze technologie vergeleken met bijvoorbeeld wind- en zonne-energie is dat het altijd beschikbaar is. Zolang het zoete water richting zee stroomt, ontstaat het potentiaalverschil en kunnen we produceren. Bovendien zou een installatie met een capaciteit van honderd megawatt op vrij korte termijn stroom kunnen leveren tegen een kostprijs van elf cent per kilowattuur. Door schaalvoordelen zou die prijs zelfs kunnen zakken naar de vijf cent, volgens gerenommeerde bureaus.’

Stacks

De ontwikkeling van de RED-technologie is al lang geleden begonnen. Een grote uitdaging was om de juiste membranen en stacks te ontwikkelen tegen zo laag mogelijke kosten. Hack: ‘De eerste testopstellingen haalden nog geen één procent van de theoretische opbrengst van blue energy. Het duurde dan ook lang voor we uiteindelijk de balans vonden tussen kosten en prestaties. Daarna moesten we nog de membranen in een stack plaatsen en voorzien van elektroden die het opgewekte potentiaal omzetten in elektrische stroom. Uiteindelijk konden we testen in 2014 en leek het of meneer Murphy ook zijn intrek had genomen op de Afsluitdijk. Zowat alles wat mis kon gaan, ging mis. We hadden op den duur zelfs te maken met drijfijs. Gelukkig leer je ook van tegenslagen en dus konden we verder bouwen aan een robuust systeem dat weinig onderhoud vergt. Het heeft immers nauwelijks draaiende delen.’

‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste.’

Pieter Hack directeur REDstack

Inmiddels zijn de meeste hobbels wel overwonnen en draait een pilotinstallatie op de Afsluitdijk. Maar Hack wil deze pilot graag opschalen naar een grotere capaciteit, op industrieel demonstratieniveau. Hack: ‘We hebben intussen belangrijke resultaten geboekt met de stack-technologie. We weten niet alleen hoe we de stacks moeten ontwerpen, maar ook hoe de processen daaromheen moeten worden ingericht. Je moet immers water innemen, voorfiltreren en in de stacks leiden. De volgende stap voor ons is om opschalingsprojecten op te starten zodat we de industriële werking van blue energy voor potentiële klanten kunnen aantonen. Dit is een zeer interessante technologie voor duurzame energieproducenten omdat het een vaste basislast levert.’

Ontzilting

Hack heeft echter nog meer ijzers in het vuur. Want met dezelfde membranen en stacks is ook elektrodialyse mogelijk. Een beproefde techniek om zout water te ontzilten. ‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste. De jarenlange ontwikkeling in de membranen en stacks leverde uiteindelijk een product op dat ook op ontziltingsgebied beter is dan die nu op de markt verkrijgbaar zijn. Op korte termijn levert deze markt ons dan ook meer op dan die van blue energy. We denken dat de impact van beide toepassingen groot kan zijn op de klimaatuitdagingen waar we voor staan. Om op grotere schaal te leveren, moeten we wel een membraanproductielijn inrichten. Ook voor de stacks geldt dat als we die op industriële schaal kunnen produceren, ze steeds goedkoper worden. En daarvoor hebben we vooral geld nodig.’

Met een bedrag van 17 miljoen euro kan REDstack de komende drie jaar zodanig opschalen dat het op eigen benen verder kan. Hack doet daarom mee aan de Dragons’ Den of Transition tijdens de afsluiting van de European Industry & Energy Summit 2021, 7 en 8 december in Rotterdam Ahoy. ‘We hebben al veel belangstelling, niet alleen uit enkele Europese landen, maar ook uit Colombia, Zuid-Afrika en Zuid-Korea. Bovendien ligt er al vijf miljoen euro subsidie op ons te wachten. Daar kunnen we echter pas gebruik van maken als we drie miljoen euro eigen geld kunnen investeren. Onze businesscase is voor een investeerder dan ook zeer aantrekkelijk met een volwassen technologie en een markt die liever vandaag dan morgen zowel de ontzilting als energieopwekkingsmogelijkheden wil inzetten.’

Reverse ElectroDialysis

Reverse ElectroDialysis (RED) oftewel omgekeerde elektrodialyse maakt gebruik van het feit dat zouten zijn opgebouwd uit positief en negatief geladen ionen. In zeewater zijn dat voornamelijk Na+ en Cl-. Bij RED worden twee type membranen gebruikt. Dit zijn membranen die uitsluitend positieve ionen doorlaten: Cation Exchange Membranes. En membranen die enkel negatieve ionen doorlaten: Anion Exchange Membranes.

Wanneer zout water tussen twee van zulke membranen doorstroomt, met aan de andere zijde van de membranen zoet water, dan zullen de ionen uit het zoute water naar het zoete water willen migreren. Met een CEM aan de ene zijde en een AEM aan de andere zijde, zullen de beide soorten ionen dus in tegenovergestelde richting migreren. Op die manier ontstaat een transport van positief geladen delen in de ene richting en negatief geladen delen in de andere richting. Zo ontstaat er dus een positieve en negatieve, ofwel een elektrochemische cel, een duurzame, volcontinue energie-generator.