De energietransitie moet de impact van ons energieverbruik op het milieu en het klimaat terugdringen. Om deze transitie te versnellen is het cruciaal om te investeren in innovaties die een significante impact hebben op het energiesysteem. Afgelopen maand publiceerde onderzoeksinstituut TNO een nieuwe Technologie Radar voor de Topsector Energie, waarin baanbrekende innovaties worden geïdentificeerd.
Uit een groslijst van ruim tweehonderd technologieën hebben experts van TNO een ranking gemaakt op basis van het transformatieve karakter van energietechnologieën en de impact op het energiesysteem. Change Inc. licht zeven ontwikkelingen uit die naar verwachting het meest significant zullen zijn voor Nederland, verdeeld over vijf aandachtsgebieden.
Het gaat hierbij om de belangrijkste ontwikkelingen op het vlak van elektriciteit, industrie, mobiliteit, de gebouwde omgeving en warmte.
Elektriciteit: kleine kernreactoren, offshore waterstof en nieuwe materialen
Plaatsing van een small modular reactor in China. Bron: Getty Images.
Op het gebied van elektriciteit springen drie technologieën eruit. Dat zijn kleine, modulaire kernreactoren, de inzet van offshore hernieuwbare waterstof en het gebruik van nieuwe materialen.
Small Modular Reactors (SMR’s) worden beschouwd als één van de meest transformatieve en impactvolle technologieën binnen de energietransitie. Hoewel ze niet onder hernieuwbare energiebronnen vallen, hebben SMR’s het potentieel om het energiesysteem en de manier van energieproductie aanzienlijk te veranderen. Deze reactoren zijn kleiner dan conventionele kernreactoren en worden modulair geproduceerd, waarna onderdelen op de gebruikslocatie in elkaar worden gezet.
Een belangrijk voordeel van SMR-technologie is de veiligheid. Het risico op een nucleair ongeluk wordt verkleind, mede dankzij ontwerpen die passieve koeling mogelijk maken zonder externe elektriciteit. Dit vermindert de risico’s verbonden aan stroomuitval voor koelsystemen.
SMR’s zijn geschikt voor diverse toepassingen: ze kunnen lokaal voorzien in elektriciteits- of warmtebehoeften, zeewater omzetten in drinkwater of waterstof produceren. Meerdere SMR-modules kunnen ook samen een grotere elektriciteitscentrale vormen.
In Nederland zijn er diverse initiatieven om kleine, modulaire kernreactoren te bouwen. Daaronder vallen de GE-Hitachi BWRX-300, de Rolls-Royce SMR en de Thorizon One, die alledrie deel uitmaken van de EU Industrial Alliance.
Offshore hernieuwbare waterstofproductie biedt aanzienlijke voordelen door directe omzetting van windenergie in waterstof op zee. Dit maakt transport via bestaande gaspijpleidingen mogelijk, wat goedkoper is dan de aanleg van dure elektriciteitskabels naar land.
De Noordzee is wereldwijd de eerste locatie waar een proeffabriek van PosHYdon groene waterstof produceert uit duurzame elektriciteit opgewekt door wind en zon. Dit markeert de eerste stap naar grootschalige waterstofproductie op zee.
Waterstof kan aardgas vervangen in industriële processen om de CO2-uitstoot te verminderen en kan op termijn worden ingezet voor zwaar transport over weg, water en mogelijk lucht. Bovendien kan waterstof energie opslaan, waardoor overbelasting van het elektriciteitsnet tijdens piekmomenten kan worden voorkomen.
Ook de ontwikkeling en het gebruik van nieuwe materialen is van groot belang voor de opwekking en het transport van elektriciteit. Nieuwe materialen kunnen onder meer helpen om de afhankelijkheid van schaarse grondstoffen te verminderen. AI-modellen bieden veelbelovende mogelijkheden om de ontwikkeling van nieuwe materialen aanzienlijk te versnellen, volgens het rapport van TNO.
Voor zonnestroom kun je denken aan speciale laminaten die de toepassing van zonne-energie op grotere schaal mogelijk maken voor gebouwen, wegen en geluidsschermen. Dergelijke laminaten kunnen esthetisch worden geïntegreerd door bijna onzichtbaar of juist decoratief te zijn. Een deel van het onderzoek naar nieuwe materialen richt zich specifiek op het verbeteren van de efficiëntie en duurzaamheid van zonnecellen en -panelen, bijvoorbeeld met het materiaal perovskiet.
Voor waterstoftechnologie zijn nieuwe materialen essentieel voor efficiënte productie, opslag en transport, met name voor elektrolysers die elektriciteit uit duurzame bronnen gebruiken. Het nanomesh-materiaal van het Vlaamse onderzoekscentrum Imec is een sprekend voorbeeld op dit gebied.
Industrie: biomassa
Foto: Getty Images
Voor de industrie heeft biomassa een sleutelrol in het verduurzamen van de industrie, maar de toepassingen zijn momenteel nog beperkt.
Biomassa bevat zowel koolstof als waterstof en is daarmee uitermate geschikt voor de productie van brandstoffen. Een verhoogd gebruik van biomassa in de industrie kan een aanzienlijke invloed hebben op het energiesysteem door de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Dit vereist echter flinke aanpassingen in de aanvoerketen van biomassa om het aanbod te vergroten en kosten te verlagen.
Vergassing van biomassa wordt gezien als de belangrijkste route voor de inzet ervan in de industrie. Hoewel dit proces energie-intensiever is dan methoden zoals pyrolyse of solvolyse, biedt het een robuustere oplossing voor verontreinigingen in de biomassa.
Twee veelbelovende innovaties richten zich op de voorbewerking om biomassa geschikt te maken voor vergassing, aldus de experts van TNO. Torrefactie is een thermochemisch proces dat biomassa in een zuurstofvrije omgeving omzet in biokool. Een tweede innovatie is torwash, een technologie die natte biogene grondstoffen via hydrothermale carbonisatie omzet in hoogwaardige vaste brandstoffen.
Het rapport van TNO noemt ook nog hydrothermal upgrading (HTU), waarbij biomassa onder hoge temperatuur en druk in aanwezigheid van water wordt omgezet in biocrude, een vloeistof die lijkt op zware stookolie.
Mobiliteit: slim laden en autodelen
Foto: Getty Images.
Op het gebied van mobiliteit hebben slim laden en deelmobiliteit grote invloed op het energiesysteem. Slim laden integreert IT-systemen in elektrische voertuigen om het laden gecoördineerd en beheerst te laten verlopen. Hierbij wordt rekening gehouden met de balans van het elektriciteitsnet, waardoor piekbelasting kan worden vermeden door op te laden wanneer er voldoende aanbod is.
Een belangrijke innovatie is connected automated mobility, waarbij voertuigen met elkaar en het elektriciteitsnet zijn verbonden. Dit biedt mogelijkheden voor bi-directioneel laden, waarbij batterijen van voertuigen ook een rol krijgen bij energie-opslag.
Omdat elektrische voertuigen verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van de elektriciteitsvraag kan slim laden een grote bijdrage leveren aan het energiesysteem. Daarnaast zijn ontwikkelingen in deelmobiliteit van groot belang. Concepten als de 15-minutenstad en slimme steden met geavanceerde infrastructuur en digitaal verbonden voertuigen gaan naar verwachting een grote invloed hebben op de inrichting van het transportsysteem.
Gebouwde omgeving: alternatieve woonvormen
Foto: Getty Images
Opvallend genoeg geldt voor de gebouwde omgeving dat niet een technologie de grootste impact kan hebben op het energieverbruik, maar een sociaal-maatschappelijke ontwikkeling. Die valt onder het kopje alternatieve woonvormen.
Het draait hierbij om het efficiënter benutten van woonruimte. Dat kan bijvoorbeeld door meer mensen te laten samenwonen in één woning via bijvoorbeeld intergenerationele woonconcepten. Bij deze leefvorm trekken jongeren en ouderen bij elkaar in. Een slimmere indeling en gebruik van de bestaande bebouwde omgeving kunnen een aanzienlijke bijdrage leveren aan duurzaamheidsdoelstellingen.
Deze benadering biedt oplossingen voor zowel sociale als economische uitdagingen. Het draagt volgens de experts van TNO niet alleen bij aan het verminderen van woningtekorten, maar helpt ook bij het bestrijden van energiearmoede. Gedeelde woonruimtes leiden tot lagere energiekosten per persoon, wat de financiële last voor bewoners verlicht.
Warmtenet: warmte-koudeopslag
Foto: Getty Images.
In de categorie warmte is warmte-koudeopslag (WKO) een zeer impactvolle en transformatieve technologie. Een WKO-systeem slaat energie uit een gebouw en/of de omgeving op in de bodem, specifiek in een waterhoudende zand- of kiezellaag, ook wel een aquifer genoemd. Aan vrijwel alle WKO-systemen wordt een warmtepomp gekoppeld, eventueel aangevuld met een andere warmteopwekker, om de gewenste temperatuur voor het gebouw te bereiken. De aquifer dient als bron voor de warmtepomp.
In de winter wordt warmte onttrokken aan opgepompt grondwater uit de warme bron om het gebouw te verwarmen, waarna het afgekoelde water wordt teruggepompt in de koude bron. In de zomer wordt dit afgekoelde water weer opgepompt en gebruikt voor passieve koeling, waarna het opgewarmde water terugkeert naar de warme bron. Door het gebruik van een warmtepomp en passieve koeling kan een WKO-systeem tot wel 60 procent aan verwarmingsenergie en 80 procent aan koelingsenergie besparen.
WKO wordt in Nederland toegepast in onder meer kantoren, winkelcomplexen, glastuinbouw, nieuwbouw, renovatieprojecten en datacenters. Vooral in combinatie met warmtenetten met een (zeer) lage temperatuur biedt dit grote efficiëntievoordelen.
Lees ook:
- Bedrijf achter MyWheels wil netcongestie aanpakken: ‘Je vergroot hiermee ook de waarde van elektrische deelauto’s’
- Changemaker Kiki Lauwers (Thorizon): ‘We kunnen het ons niet veroorloven om kernenergie uit te sluiten’
- Op zoek naar het ‘smerigste en natste’ afval’: dit bedrijf maakt er biobrandstoffen van
