Wie het kantoor van ORE Energy binnenstapt, heeft niet direct in de gaten dat achter één van de deuren een gigantische loods schuilgaat. Met medewerkers in labjassen en glazen flesjes vol bubbelende vloeistoffen doet de ruimte niet onder voor het gemiddelde scheikundelokaal. Maar hier werken geen pubers aan hun nieuwe scheikundeproject; ingenieurs ontwerpen er een geavanceerde ijzer-luchtbatterij.
De belofte: een batterij die groene energie opslaat en die tot honderd uur lang weer afgeeft, tegen relatief lage kosten. En dat volledig Europees en met uitsluitend ongevaarlijke materialen die in grote hoeveelheden op aarde beschikbaar zijn.
Honderden plastic bakjes staan opgesteld in lange rijen. Ze zijn gevuld met verschillende kleuren vloeistoffen en batterijelementen; naar elk bakje lopen stroomkabels. ‘Elke set-up is net wat anders’, legt operationeel directeur Rutil Özdemir uit. ‘De vloeistof, de snelheid van de circulatie, de materialen. We moeten elke parameter optimaliseren.’
IJzer-luchtbatterij voor meer energiezekerheid
Het hoofdkantoor van ORE Energy is gevestigd in Amsterdam. Maar de roots liggen in Delft – daar waar ceo Aytac Yilmaz zijn proefschrift schreef. ORE Energy is een spin-off van de universiteit; Delft Enterprises, de investeringstak van de TU Delft, is één van de aandeelhouders.
De eerste ijzer-luchtbatterij van het bedrijf staat dan ook in The Green Village, een fieldlab voor duurzame innovatie van de universiteit. De batterij werd enkele maanden geleden in gebruik genomen en is de eerste ijzer-luchtbatterij die is aangesloten op het Europese stroomnet.
Als materiaalwetenschapper deed Yilmaz onderzoek naar de technologie achter ijzer-luchtbatterijen. Al snel realiseerde hij zich dat dit type batterijen een cruciale schakel kan zijn in de energietransitie. ‘Het gaat tegenwoordig vaak over een energiecrisis. In werkelijkheid bieden zon en wind juist een overvloed aan energie. Die moeten we opslaan voor de momenten dat het windstil en bewolkt is. Dan hoeven er op die momenten geen gascentrales ingezet te worden, zoals nu wel wordt gedaan.’
Nu zijn lithium-ionbatterijen nog de meest gebruikte technologie voor energieopslag. Die hebben een hoge energiedichtheid. Het nadeel: ze leveren slechts zes tot acht uur energie, met uitschieters tot twaalf uur. Dat is niet altijd lang genoeg, stelt Yilmaz.
De batterij van ORE Energy levert energie wel honderd uur en draagt daarmee significant bij aan de energiezekerheid. Over de precieze capaciteit van de batterij doet de ceo geen uitspraken. ‘Maar het gaat om megawatten.’
Nieuw leven in oude batterijtechnologie
Al in de jaren 1960 werd er onderzoek gedaan naar ijzer-luchtbatterijen, destijds met name als toepassing voor in elektrische auto’s. ‘Maar daar was toen nog helemaal geen vraag naar. Bovendien was het toen nog veel te duur. De technologie lag decennialang op de plank stof te vangen’, verklaart Yilmaz.
Pas de afgelopen jaren is er hernieuwde interesse in. In de Verenigde Staten timmert Form Energy sinds 2017 aan de weg. In Europa is ORE Energy veelbelovend. Het bedrijf werd opgericht in 2022 en telt nu meer dan veertig medewerkers.
Over de concurrentie met het Amerikaanse Form Energy wil Yilmaz slechts kwijt dat ‘de behoefte groot genoeg is’ en dat er meerdere bedrijven nodig zijn om energieopslag tegen lage kosten de norm te maken. Hij sluit niet uit dat het Amerikaanse bedrijf verder is in de ontwikkeling – het heeft al een grootschalige productielocatie in West Virginia. Maar dat de batterij van ORE Energy volledig Europees is, is belangrijk voor Yilmaz. ‘We moeten als continent veel onafhankelijker worden op energiegebied.’
Lucht, water en ijzer
Voor energieopslag in ijzer-luchtbatterijen zijn drie dingen nodig: lucht, water en ijzer – overigens ook de namen van de drie vergaderruimtes in het kantoor van ORE Energy. Een ijzeren anode vormt het hart van de batterij. Daaromheen zit een elektrolyt op waterbasis, ernaast een membraan dat lucht (de externe kathode) aanvoert.
De batterij werkt door het ijzer te laten roesten en ‘ontroesten’. Bij het ontladen van de batterij wordt het ijzer blootgesteld aan zuurstof uit de omgeving, waardoor een speciaal type roest ontstaat. Bij dat proces komt elektriciteit vrij. Bij het opladen verandert elektriciteit de roest weer terug in ijzer. De elektrolyt op waterbasis maakt het overbrengen van de elektrische lading mogelijk.
Een volledig batterijsysteem van ORE Energy bestaat uit tientallen van zulke modules. Die worden in plastic bakken opgeslagen in een zeecontainer.
Geen kritieke grondstoffen nodig
In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen zijn er voor ijzer-luchtbatterijen geen kritieke grondstoffen uit landen als Congo nodig. Sterker nog: ijzer is één van de meest voorkomende aardmetalen en is gewoon in Europa beschikbaar. Waar het ijzer in de batterij van ORE Energy vandaan komt wil Yilmaz niet prijsgeven; wel dat het een Europese bron is.
IJzer is daarnaast tot wel twintig keer goedkoper dan lithium. Wil ORE Energy concurreren met het meest voorkomende type batterij? Dat niet. Yilmaz: ‘Om compleet te decarboniseren hebben we meerdere batterijsoorten nodig. Lithium-ion is geschikt voor kortere opslag, ijzer-lucht voor langere opslag. Het zijn juist de gascentrales die we willen vervangen. Onze technologie maakt ook de businesscase voor bijvoorbeeld windparken op zee beter.’
Ook bij het vervangen van de gascentrales speelt Europese onafhankelijkheid een rol. Er komt de komende tijd weliswaar een ‘enorme hoeveelheid gas’ naar Europa, maar dat komt – net als kritieke grondstoffen – met name uit onvrije landen.
Duurzame batterij makkelijk te recyclen
IJzer-lucht is een relatief duurzame manier om batterijen te produceren. ‘Maar het is natuurlijk nog steeds mijnbouw’, erkent Yilmaz. Dat zorgt altijd voor vervuiling en uitstoot van broeikasgassen. Om ijzer te winnen uit ijzererts moet het gesteente bijvoorbeeld tot zeer hoge temperatuur worden verhit.
Desondanks is de winning van ijzer minder milieubelastend vergeleken met de winning van zeldzamere aardmaterialen. IJzer is bovendien gemakkelijk te recyclen, aldus de ceo. ‘In theorie kunnen we onze batterijen ook van gerecycled ijzer maken.’
Fabriek in de maak
De volgende stap voor ORE Energy is het op grote schaal produceren van zijn roestbatterijen. Dat gaat gebeuren in een fabriek, waarvoor nu ontwerpen worden gemaakt. Over enkele jaren moet die opengaan. Daarvoor kunnen zomaar tientallen miljoenen nodig zijn. Die wil ORE Energy volgend jaar uit de markt ophalen.
Waar de fabriek komt te staan is nog niet duidelijk. Het bedrijf overweegt Nederland, maar ook andere Europese landen. Daar vormt netcongestie minder een belemmering voor nieuwe productiefaciliteiten. ‘Het probleem dat we willen oplossen, is voor ons nu een drempel’, lacht Yilmaz.
De ijzer-luchtbatterij van het bedrijf moet ervoor zorgen dat er nooit meer een tekort aan groene energie is. Yilmaz: ‘Niet alleen in Nederland, maar wereldwijd. Zodat iedereen kan profiteren van de overvloed aan energie. De groei van de mensheid hangt daar vanaf.’
