Veel industriële processen hebben zowel een enorme warmtevraag, als een enorme hoeveelheid restwarmte. Het zou logisch zijn om die warmte op te slaan, maar er zijn weinig manieren om de hoge temperaturen die nodig zijn vast te houden. Het Noorse bedrijf ENERGYNEST heeft een thermische batterij ontworpen die dit wel kan, en die installatie is nu een jaar in gebruik bij de faciliteit van kunstmestproducent Yara in Noorwegen. Warmte365 sprak Carlijn Lahaye, managing director van de Nederlandse vestiging van ENERGYNEST, over hoe de techniek werkt en wat het tot dusverre oplevert.

Industriële processen vragen vaak om enorme hoeveelheden hoge temperatuur warmte, de hele dag door. Dat maakt verduurzaming lastig, want het aanbod aan groene stroom is nog beperkt en varieert door de dag heen.

Een voorbeeld van een bedrijf dat hier tegenaan loopt is Yara. Yara is een kunstmestproducent en heeft hoge temperatuur stoom in sterk wisselende volumes nodig voor hun productieproces. Deze zogeheten batchprocessen maken opslag moeilijk, want de warmte moet op hoge temperatuur kunnen worden opgeslagen en heel snel beschikbaar worden gemaakt.

De oplossing hiervoor kwam van het Noorse bedrijf ENERGYNEST, dat een thermische batterij op basis van beton ontwikkelde. De installatie – die een opslagcapaciteit van 4 megawattuur heeft en makkelijk kan worden uitgebreid – werd een jaar geleden geïnstalleerd bij de productiefaciliteit van Yara in Porsgrunn, Noorwegen.

Carlijn Lahaye legde aan Warmte365 uit wat de thermische batterij van ENERGYNEST geschikt maakt voor dit soort industriële processen. Ook deelt ze wat de installatie qua resultaten heeft laten zien in het eerste jaar van operatie, en wat warmteopslag zou kunnen betekenen voor de industrie in Nederland.

Het onderstaande gesprek is bewerkt voor lengte en duidelijkheid.

Kun je beginnen met uitleggen hoe de thermische batterij van ENERGYNEST werkt?
"Het is een vaste stofbatterij, die bestaat uit een speciaal ontwikkeld beton dat wordt gegoten in staal. De batterij heeft geen bewegende delen en is heel robuust. De technologie kan worden gebruikt om warmte met temperaturen van 130 tot 400 graden Celsius mee op te slaan.

De opslagmodules bestaan uit koolstofstalen buizen gevuld met beton. Daar zitten dan weer kleine buizen doorheen om te opslagmodule op te warmen, waar in het geval van Yara stoom doorheen gaat. Die stoom wordt van boven naar beneden door de modules geleid, waardoor het beton opwarmt. Onderweg naar beneden condenseert de stoom, want het verliest warmte, en verandert het in water dat wordt opgevangen in een drukvat. Als je drukvat vol is, kan er geen stoom meer doorheen en is de batterij opgeladen.

Op het moment dat Yara stoom nodig heeft voor hun processen, zetten ze simpelweg een klep open. Door de hogere druk in het opslagvat gaat de condens weer omhoog door de batterij heen, neemt het de warmte die in de modules zit op, en verdampt het waardoor je weer stoom hebt.

In het geval van Yara hebben ze batchprocessen, waarbij ze heel veel warmte in een hele korte tijd genereren. Daardoor is de opslag in vijf minuten al vol, tot ze de stoom op een ander deel van hun stoomnet weer nodig hebben en de batterij ontladen. Bij Yara wordt de batterij dus erg intensief gebruikt."

Als Yara de opgeslagen energie weer uit de batterij haalt, waar gebruiken zij die warmte dan voor? Waar kun je het allemaal voor gebruiken?
"De warmte is in feite geschikt voor alle industrieën die proceswarmte gebruiken en stoomprocessen hebben. Daarbij kun je denken aan voedsel en drankenindustrie, de chemie, papier en karton, of de maakindustrie. Die hebben allemaal processen waarbij ze veel warmte nodig hebben.

In Nederland wordt 20 procent van alle energie die gebruikt wordt ingezet bij proceswarmte, dus als je dat kan vergroenen kun je een grote stap zetten."

Het project bij Yara in Noorwegen is nu ongeveer een jaar operationeel. Zou je iets kunnen vertellen over de resultaten tot dusverre?
"Yara gebruikt de opslag heel intensief, waarbij je moet denken aan meerdere keren per uur. Ondertussen zijn er al ruim vierduizend cycli gedraaid, waarbij de batterij volledig geladen en ontladen wordt.

Het is geen grote opslaginstallatie – slechts 4 megawattuur – maar omdat ze hem heel intensief gebruiken, besparen ze op jaarbasis 12 gigawattuur aan energie. Dat is natuurlijk geweldig.

In Noorwegen gaat dat om elektriciteit, want daar is heel veel elektrisch. Als je dat in Nederland doet, kun je echt een grote hoeveelheid aardgas besparen, want hier draait de industrie nog vooral op aardgas. Dat zou betekenen dat je ook enorm veel CO2-uitstoot kan besparen."

Dat zijn een hoop cycli om te draaien in een jaar. Hoe lang gaat de batterij mee als het zo intensief gebruikt wordt?
"Een groot voordeel van thermische opslag ten opzichte van bijvoorbeeld elektrochemische opslag, zoals lithium-ion batterijen, is dat je vrijwel geen degradatie hebt. Onze installatie in Noorwegen is gebouwd om 462.000 cycli mee te gaan, waarin de batterij volledig laadt en ontlaadt. De levensduur is dan ook rond de 25 tot 30 jaar.

Over het algemeen moet je opslag gebruiken. Je hebt natuurlijk ook discussies over seizoensopslag, en dat moeten we zeker in ons energiesysteem hebben. Dit soort thermische opslagsystemen voor de industrie moet je eigenlijk minstens één keer per dag gebruiken. Dat is puur omdat de investeringskosten anders te hoog worden voor de opgeslagen energie. En met dit systeem kun je ook prima een paar keer per dag laden en ontladen."

Hoe draagt zo’n thermische batterij bij aan flexibiliteit?
"Thermische batterijen geven industriële bedrijven flexibiliteit en stabiliteit en zijn gemaakt voor de procesindustrie. Elektrische batterijen zijn geschikt om flexibiliteit te leveren, en dat kan met thermische batterijen ook. Je hebt dan alleen wel een warmteafnemer nodig, een heat sink. Een elektrochemische batterij kun je bij wijze van spreken midden in een grasveld zetten, een thermische moet je bij de procesindustrie zetten.

Ook met een warmtebatterij is het mogelijk aan netbalancering te doen. De fabriek moet natuurlijk 24-7 draaien, want dan gebruik je je faciliteit optimaal. Maar de beschikbaarheid en energieprijzen zijn steeds meer afhankelijk van zon en wind. Als je elektriciteit op gunstige momenten kan opslaan als warmte die je later nodig hebt, kun je op die momenten helpen het net te balanceren.

Andersom kun je ook minder afnemen op momenten dat er weinig duurzame stroom beschikbaar is, omdat je dan die opgeslagen warmte kan inzetten zonder elektriciteit te gebruiken bij het opwekken ervan."

Kun je dit systeem vergelijken met andere vormen van thermische opslag? Wat zijn de voordelen hiervan?
"Als je warmte van bijvoorbeeld 70 tot 90 graden Celsius wil is een buffervat met water perfect, dat is daarvoor de beste oplossing voor lagere temperaturen. Maar als je stoom – en dus hoge temperatuur warmte – wil opslaan dan is een buffervat niet geschikt en moet je naar andere technologie kijken, zoals die van ons.

Andere opties voor hoge temperatuur warmteopslag zijn bijvoorbeeld wat Eneco en PepsiCo aan het bouwen zijn in Broek op Waterland, met Kraftblock. Dat zijn staalslakken, dus ook een vorm van vaste stofbatterij.

Verder staan er in Zuid-Europa opslaginstallaties met bijvoorbeeld gesmolten zout, waarbij je ook hele hoge temperaturen kunt opslaan. Bij gesmolten zout heb je wel een chemische fabriek staan in feite, die je in operatie moet houden. Dat is niet zoals onze batterij, die je gewoon neerzet en waar je verder geen werk aan hebt."

Zijn jullie op dit moment nog met andere projecten bezig?
"Het complex bij Yara in Noorwegen is heel groot, daar is nog ruimte om deze opslag uit te breiden. Nu is de batterij in vijf minuten vol, maar ze hebben dan nog meer stoom die ze kwijt zouden kunnen. En ons ontwerp is helemaal modulair, dus je kan het heel makkelijk verder uitbreiden. De modules zijn als Lego, die kun je tot vijf hoog stapelen en dan kun je er zoveel als je wil naast elkaar zetten. Daar zijn we nog over in gesprek met Yara.

We hebben ook een concentrated solar project in Turnhout, België. Daarbij zet je paraboolspiegels neer – dat zijn van halve cirkels – die de zon concentreren op een buis met olie die er tussendoor loopt. Je concentreert de zonnestralen, waardoor je heel veel warmte genereert en de olie opwarmt. De hete olie stroomt dan naar de fabriek, waar de warmte met een warmtewisselaar wordt omgezet in stoom, en naar de thermische batterij om warmte op te slaan. Daardoor kan de fabriek ’s nachts ook draaien, op warmte die overdag is opgewekt en opgeslagen in de thermische batterij.

Verder zijn we aan het bouwen bij Eni, die een raffinaderij op Sicilië hebben. Die installatie is nog niet operationeel, maar wordt op dit moment gebouwd. Naast deze projecten hebben we een pijplijn aan projecten. Daar zitten veel grotere projecten tussen, op de schaal van tientallen of honderden megawatturen."

Wat voor kansen zie je dan voor deze techniek in de toekomst?
"Ik denk dat het belangrijk is dat bedrijven weten dat deze technologie vandaag al beschikbaar en rendabel is, en succesvol wordt toegepast in de praktijk.

Thermische opslag kan een belangrijke bijdrage leveren aan het decarboniseren van de industrie in Nederland. De Nederlandse industrie leunt natuurlijk van origine heel erg op aardgas, omdat we dat ter beschikking hadden. Maar nu hebben we steeds minder aardgas, en willen we over naar groene energiebronnen. Deze bronnen zijn niet op ieder moment beschikbaar, terwijl wel 24-7 warmte nodig is. Dan is opslag heel belangrijk. En thermische opslag is een hele logische keuze, als je een bedrijf bent dat proceswarmte nodig heeft."