Flowbatterij van Elestor heeft potentie als bidirectionele energiecentrale

Vanaf Nederlandse bodem werkt Elestor aan het opschalen van een waterstofbromide flowbatterij.

Guido Dalessi, CEO van Elestor, vertelt waarom deze technologie zo speciaal is: “Onze batterij werkt op basis van twee heel veel voorkomende en dus goedkope chemische elementen, waardoor adoptie op wereldschaal mogelijk is. Wij zien zelfs mogelijkheden om in de toekomst complete fossiele centrales te vervangen met onze flowbatterij. “Op een wetenschappelijk congres hoorde Wiebrand Kout, oprichter en CTO, een presentatie over waterstof bromide en de daarbij horende bottlenecks. Na verdere studie en analyse dacht hij die bottlenecks te kunnen oplossen. Zo is Elestor in 2014 opgericht om elektriciteit uit zon en wind goedkoop en langdurig op te kunnen slaan”, vertelt Dalessi. “In 2015 ben ik er bijgekomen als CEO en een van de eerste investeerders, omdat ik overtuigd was van de grote behoefte aan deze technologie, en vertrouwen had in Wiebrand’s visie. Sindsdien hebben we onze technologie doorontwikkeld tot een verkoopbaar product.

Langetermijnopslag

“Batterijopslag lijkt op dit moment synoniem voor lithium-ion. Dat is onterecht omdat lithium-ion slechts een deel-oplossing is voor de toekomstige totale vraag naar elektriciteitsopslag”, aldus Dalessi.

Met name lange termijn opslag is noodzakelijk om duurzame elektriciteit altijd en overal voorhanden te hebben, en om te voorkomen dat, door de noodzakelijke afschakeling van  zon- en windparken als gevolg van netcongestie, langdurige periodes van overvloedige duurzame opwek verloren gaan.

Lithium-ion batterijen zijn economisch niet de optimale optie voor lange termijn opslag, omdat het vermogen (MW) en de opslagcapaciteit (MWh) aan elkaar gekoppeld zijn. Een grote opslagcapaciteit komt dan per definitie ook met een (onnodig) groot laad- en ontlaadvermogen. Dit leidt dit tot relatief dure oplossingen en suboptimale inzet van schaarse materialen.

Flowbatterij

Flowbatterijen van Elestor bestaan uit twee opslagtanks, met waterstof in de ene tank, en broom en waterstofbromide in de andere tank. De gesloten circuits, waar de opslagtanks deel van uitmaken, worden gescheiden door een membraan.

De batterij gedraagt zich tijdens het opladen als een electrolyser en als een brandstofcel tijdens het ontladen, alleen niet van H2O maar van waterstofbromide. Door het oppervlakte van het membraan danwel het volume van de opslagtanks aan te passen, kan het laad- en ontlaadvermogen (megawatt) en de opslagcapaciteit (megawattuur) van de flowbatterij onafhankelijk worden gekozen.

“Wij kunnen dus niet alleen kostenefficiënt een langetermijn opslagsysteem leveren, maar kunnen ook per toepassing de optimale verhouding tussen vermogen en opslagcapaciteit kiezen. De systemen kunnen zo geconfigureerd worden, dat ze kostenefficiënt tot wel vijf dagen achter elkaar kunnen laden of ontladen”, aldus Dalessi.

“Uit onze analyse blijkt dat dit voldoende is om een elektriciteitssysteem, volledig opgebouwd uit zon, wind en opslag te realiseren, met een even grote betrouwbaarheid als het huidige elektriciteitssysteem. Bij de optimale verhouding tussen zon, wind en opslag is seizoensopslag dus helemaal niet nodig.”

De juiste materialen

“Ons ultieme doel is om de opslagkosten per megawattuur te minimaliseren, omdat die het verdienpotentieel van een batterij bepalen. Dat begint bij het kiezen van de juiste materialen. Onze flowbatterij maakt gebruik van broom als actief materiaal, en dit element komt, met een wereldwijde reserve van 100 miljard kiloton, enorm veel voor”, zo legt Dalessi uit.

Bovendien wordt het uit zeewater gewonnen, waarmee een dreigende economische afhankelijkheid van enkele geografische locaties is uitgesloten, zoals het geval bij de voorraden van Lithium, Cobalt en Vanadium. Zelfs als alle batterijen tot 2050 wereldwijd van het Elestor type zou worden gebouwd, dan zou daarvoor slecht circa 0,001 procent van de wereldvoorraad aan broom nodig zijn”, aldus de CEO.

Hij vervolgt: “Er is maar genoeg lithium voor ongeveer 4 procent van de opslagbehoefte van de wereld in 2050. Vanadium is een element dat veel wordt gebruik in een ander type flowbatterij, maar ook daarvan is de beschikbaarheid minder dan 1 procent van de toekomstige totale vraag naar elektriciteitsopslag. Doordat wij werken met veel voorkomende elementen zoals broom en waterstof leidt opschaling daadwerkelijk tot kostenreductie, en niet tot prijsstijgingen zoals bij andere elementen.”

Unieke kansen

Toch stoppen de kansen niet daar. De unieke combinatie van actieve materialen maken het zelfs mogelijk om een membraanloze flow batterij te ontwikkelen. Deze ontwikkeling heeft het potentieel om complexiteit end dus kosten verder te reduceren. Dit concept wordt samen met Shell, Technische Universiteit Delft, Fraunhofer ICT en een aantal Europese universiteiten onderzocht in een project van de Europese Unie onder de naam Melody Project.

Ook zijn er koppelkansen met het waterstofnet. Dalessi licht toe: “Omdat de opslagcapaciteit van flowbatterijen erg groot kan zijn, worden de kosten voornamelijk bepaald door de omvang van de opslagtanks. Wij onderzoeken in samenwerking met Vopak de mogelijkheid om in plaats van de een separate opslagtank voor waterstof het systeem direct te koppelen aan een waterstofnet. Zo kan de batterij bij het laden waterstof in het net injecteren, en bij het ontladen exact dezelfde hoeveelheid weer onttrekken.”

Gascentrales vervangen

“De round-trip efficiency, het percentage van de elektriciteitsinput dat later uit de batterij kan worden onttrokken, is veel hoger dan dat van een combinatie van afzonderlijke elektrolysers en brandstofcellen (80 procent tegen 35 procent, omvormerverliezen et cetera niet meegenomen)”, legt Dalessi uit.

“Bovendien kunnen we onze batterijen kostenefficiënt schalen. Daarom verwachten wij dat onze batterijen in de toekomst ingezet gaan worden als bidirectionele energiecentrales om fossiele energiecentrales te vervangen. Voorwaarde daarvoor is dat er genoeg hernieuwbare elektriciteit wordt opgewekt om op te slaan.”

Productiecapaciteit

Elestor gaat samen met strategische partners en de 30 miljoen euro uit de recente investeringsronde haar productiecapaciteit opschalen. Dalessi vertelt:  “We zien dat de vraag voor ons product erg groot is, maar we schalen in enkele stappen op om de flexibiliteit te houden om nieuwe ontwikkelingen in de productie te kunnen blijven implementeren. Het plan is daarom om in drie stappen op te schalen om in 2025 een jaarlijkse productiecapaciteit van 1 gigawatt te bereiken.”