André Oerlemans
20 februari 2025, 14:14

Nederlandse hybride waterstof- en lithium-ion batterij kan energie het hele jaar goedkoper opslaan

Het Nederlandse All-Energy brengt dit voorjaar een hybride batterij op de markt die een lithium-ion batterij combineert met een waterstofbatterij. Daardoor kan wind- en zonne-energie tegen de helft van de huidige kosten 365 dagen per jaar worden opgeslagen.

Hybride batterij All Energy Directeur Rinie van Tilburg en de proefopstelling van de hybride batterij. | Credits: All-Energy

De waterstofbatterij bestaat uit een elektrolyser, die van de overtollige stroom van windturbines of zonnepanelen groene waterstof maakt, een tank om die waterstof op te slaan en een brandstofcel om met die waterstof in de winter of andere periodes met weinig groene stroom weer elektriciteit op te wekken. De lithiumbatterij slaat de stroom voor de korte termijn op. Die batterij is ook nodig om de pieken in elektriciteitsvraag op te vangen en snel veel stroom te kunnen leveren. Het waterstofdeel van de batterij zorgt er voor dat de lithium-ion batterij steeds wordt opgeladen.

Nieuw concept

All-Energy heeft diverse onderdelen van verschillende leveranciers gecombineerd in één apparaat. “We gaan natuurlijk zelf geen elektrolysers, omvormers of lithiumbatterijen bouwen. Die kun je zo kopen”, zegt directeur Rinie van Tilburg. “We hebben niet iets compleet nieuws bedacht of uitgevonden. Alleen het concept is nieuw.”

Langere en goedkopere opslag

De hybride batterij lost de nadelen van kortstondige opslag van een lithium-ion batterij op met de langdurige opslag van stroom in waterstof. Dat kan 365 dagen per jaar. “Nu hebben we bijvoorbeeld een paar windstille, donkere maanden gehad met weinig opwek van wind- en zonne-energie. Dat zou je met deze batterij kunnen opvangen”, stelt Van Tilburg. Het voordeel is volgens hem ook dat de opslag van energie goedkoper is dan met een standaard batterij. “Als je het kleinste systeem pakt, dan zijn de kosten net zo hoog als bij een lithium-ion batterij. Maar als je een waterstofbatterij van 1,5 megawattuur pakt, dan kom je ongeveer op de helft van de prijs van de opslag met een lithiumbatterij uit. Ook is de levensduur van een waterstofbatterij veel langer. Die is minstens twintig jaar, terwijl een lithium- ion batterij een jaar of zeven, acht meegaat”, zegt hij.

Oplossing voor netcongestie

Hij denkt de hybride batterij te kunnen leveren aan bedrijven, woonwijken of gebouwen die vanwege de huidige netcongestie geen aansluiting op het elektriciteitsnet kunnen krijgen. Of die een te kleine aansluiting op het net hebben en niet kunnen uitbreiden. Maar ook bedrijven en gebouwen die qua energie zelfvoorzienend willen worden en zoveel mogelijk hun zelf opgewekte groene energie willen gebruiken, zijn potentiële klanten. Zelfs bedrijven en gebouwen zonder zonnepanelen kunnen de batterij gebruiken. Dan wordt de waterstoftank steeds bijgevuld om stroom te kunnen opwekken.

Terugleverboete was aanleiding

All-Energy bedenkt oplossingen voor klanten en bedrijven die willen overstappen op hernieuwbare energie. Die oplossingen variëren van mestvergisters tot biogasinstallaties, warmtepompen, zonnepanelen, -collectoren of -boilers. “Bij zonnepanelen en -collectoren is steeds de vraag: maar hoe moet dat dan in de winter? Daarvoor hebben we dit bedacht”, zegt Van Tilburg.

Het idee voor de hybride batterij ontstond toen enkele boeren met zonnepanelen klaagden dat ze een boete voor hun terug geleverde zonnestroom moesten betalen. “Zij vroegen ons: kan dat niet anders? Dat was voor ons de trigger om dit te bedenken”, zegt hij.

Groter kan ook

Op dit moment is het bedrijf de batterij in een proefopstelling aan het testen op het kantoor in Zundert. Als hij werkt, kan hij over enkele maanden de markt op. De hybride batterij wordt geleverd met een opslagcapaciteit van tussen de 1,5 en 5 megawattuur, maar groter kan ook. Een systeem van 4,5 megawattuur wordt geleverd in een 20 ft container voor alle apparatuur en een 40 ft container voor de opslag van waterstof. De capaciteit kan uitgebreid worden door de waterstoftank te vergroten of door er een tweede installatie naast te zetten. “Het is geen standaardapparaat”, zegt Van Tilburg. “Er zijn verschillende combinaties mogelijk. Dat is afhankelijk van het dagverbruik of het piekvermogen van het gebouw, het bedrijf of de woningen waar de batterij voor bedoeld is.”

Geen Battolyser

Het concept lijkt een beetje op wat de Battolyser doet. Ook dat is een combinatie van een batterij die groene stroom opslaat en een elektrolyser die van het overschot waterstof maakt om langer te kunnen opslaan. Battolyser Systems bouwt hiervoor een grote fabriek in Rotterdam. “Dat is veel groter. Onze batterijen zijn van een wat kleinere schaal”, zegt Van Tilburg.

Lees ook:

Zonnecellen van perovskiet lossen langzaam maar zeker hun belofte in

Met een marktaandeel van 95 procent zijn vrijwel alle zonnepanelen gemaakt van silicium. De zonnecellen zijn stijf en de constructies waarin ze zijn verwerkt zwaar, waardoor lang niet alle daken geschikt zijn om traditionele zonnepanelen op te leggen. Dat geldt niet voor perovskiet. Van het mineraal is maar een heel dun laagje nodig (maximaal 1 micrometer) om een zonnecel te maken. Bovendien kunnen de lichtgewicht zonnecellen op allerlei ondergronden worden aangebracht: van plastic tot glas. Zo kunnen daken, ramen en auto’s energie opwekken als ze voorzien zijn met een laag perovskiet. Efficiëntie In de wereld van zonnepanelen zijn de verwachtingen rondom het materiaal al jaren hooggespannen. Efficiëntie is inmiddels het probleem niet meer. Onlangs slaagde de grootste fabrikant van zonnepanelen, het Chinese JinkoSolar, erin om een zonnecel van perovskiet te maken met 33,84 procent rendement. Dat is een nieuw record. JinkoSolar combineert twee materialen om zoveel mogelijk energie uit zonlicht te halen. Door bovenop de siliciumlaag de transparante perovskiet-laagjes aan te brengen, wordt het hele spectrum van het zonlicht benut. Dat leidt tot een efficiëntie van ruim 33 procent. Het rendement van conventionele zonnepanelen die enkel uit silicium bestaan, ligt rond de 20 procent en stijgt al jaren. Al zal dit volgens onderzoeksorganisatie TNO maximaal 26 procent worden. Het is dus interessant om zonnecellen te maken met meerdere materialen. Levensduur Een nadeel van perovskiet is dat het erg kwetsbaar is. Een constant bombardement van UV-straling door zonlicht zorgt ervoor dat zonnepanelen met het kristal na verloop van tijd capaciteit verliezen. Andere elementen, zoals vocht en hitte, zorgen ervoor dat de levensduur van perovskiet nog verder wordt verkort. Wetenschappers verbonden aan de Zhejiang Universiteit in China hebben een antwoord op die kwetsbaarheid. Zij zijn erin geslaagd om de zonnecellen beter bestand te maken tegen hitte en water. De uitvinding wordt high entropy hybrid perovskite (HEHP) genoemd en hij combineert perovskiet-lagen met organische tussenlagen. In experimenten behield de zonnecel 98 procent efficiëntie na duizend uur in de zon te hebben gelegen. De wetenschappers verwachten dat de afbraak pas na vijfduizend uur gaat versnellen. De zonnecel van perovskiet haalde een efficiëntie van 25,7 procent. In Hongkong werd al een speciale coating ontwikkeld op basis van nikkeloxide om de levensduur te verlengen. “Door deze laag behouden onze verbeterde cellen een efficiency van 90 procent met een rendement van 25,6 procent; zelfs bij hoge temperaturen rond de 60 graden Celsius gedurende meer dan 1.000 uur”, vatte professor Zhu Zonglong het samen. “Dat is een mijlpaal.” Volledig te recyclen Ondanks de innovaties hebben de perovskiet-cellen nog altijd een kortere levensduur dan die van silicium. Maar hoe erg is dat als de nieuwe generatie zonnecellen volledig recyclebaar is? Een onderzoeksteam van de Zweedse Universiteit van Linköping heeft een methode ontwikkeld om alle onderdelen van een zonnecel herhaaldelijk te recyclen en dat zonder milieugevaarlijke oplosmiddelen. De gerecyclede zonnecel heeft dezelfde efficiëntie als het origineel. De studie is recent gepubliceerd in het wetenschapsblad Nature. Zonnepanelen van silicium die aan het begin van dit millennium zijn aangeschaft, naderen het einde van hun levensduur. Er zijn nog maar weinig recyclemogelijkheden voor die oude panelen. “In de meeste gevallen worden afgedankte PV-systemen verwerkt als elektronisch afval”, vertelde Martin Späth, expert PV-technologie bij TNO, eerder tegen Change Inc. “In feite betekent het dat ze als geheel de shredder ingaan.” De verbrijzelde panelen eindigen dan bijvoorbeeld als vulmateriaal in beton of als schuurmiddel. In de EU gebeurt dit jaarlijks met zo’n 4.000 ton zonnepanelen. Om een nieuwe stortplaats te voorkomen, wordt in Zweden gewerkt aan het recyclen van perovskietcellen. “In dit project hebben we een methode ontwikkeld waarbij alle onderdelen opnieuw kunnen worden gebruikt in een nieuwe perovskietzonnecel zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van de nieuwe cel”, aldus Niansheng Xu, postdoc bij Universiteit van Linköping. Er zijn al methoden om perovskietzonnecellen te ontmantelen. Daarbij wordt meestal gebruik gemaakt van een stof genaamd dimethylformamide, een veelgebruikt ingrediënt in oplosmiddelen voor verf. Het is giftig en schadelijk voor het milieu. Nu hebben de wetenschappers een technologie ontwikkeld waarbij water wordt gebruikt als oplosmiddel bij het ontmantelen van de afgebroken perovskieten. Vervolgens kunnen hoogwaardige mineralen weer uit de wateroplossing worden gerecycled. De volgende stap is om de methode te ontwikkelen voor grootschalig gebruik in een industrieel proces. De tijdslijnen hiervoor zijn nog onbekend. Marktklaar De ontwikkelingen zijn dus in volle gang, al vinden die vooral in het lab en op kleine schaal plaats. Om de zonnecellen van perovskiet klaar te stomen voor de markt, moet de productie op grote schaal net zo succesvol zijn. Er lopen diverse initiatieven om dat voor elkaar te krijgen. Zo werken negen wetenschappelijke topinstituten samen om perovskietzonnepanelen marktklaar te maken. Een ander Europees initiatief richt zich op de massaproductie van de zonnecellen. In Nederland is er het consortium SolarNL, dat werkt aan de productie van zonnepanelen op eigen bodem. Perovskietcellen zijn daar ook een onderdeel van. Lees ook: De wereld draait straks op zonne-energie, dus waarom zo negatief? Elke regio een eigen stroomprijs: oplossing tegen netcongestie of bron van ongelijkheid?Novar steekt zijn nek uit en start bouw grootste zonnepark van Nederland