Membraanonderzoek UT brengt grootschalige toepassing blauwe energie dichterbij

Waar zoet en zout water samenkomen, bijvoorbeeld waar rivieren in zee stromen, kun je elektriciteit opwekken. In zout water bevinden zich namelijk veel meer geladen deeltjes, ionen, dan in zoet water. Als je zout en zoet water scheidt door een membraan dat alleen positief of negatief geladen deeltjes doorlaat, dan ontstaat er een elektrische spanning die je kunt omzetten naar elektriciteit. Het principe is al langer bekend, maar de opbrengst was altijd veel te laag om grootschalige toepassing interessant te maken.

Proefcentrale

Daar lijkt nu langzaam maar zeker verandering in te komen. Zo wordt de komende maand op de Afsluitdijk de eerste energiecentrale ter wereld opgestart die werkt op basis van ionentransport tussen zoet en zout water. De totale hoeveelheid elektriciteit die op de Afsluitdijk opgewekt zou kunnen worden, is voldoende voor de energiebehoefte van 500.000 huishoudens. Deze proefcentrale is een belangrijke tussenstap tussen het onderzoek in het lab en een commerciële elektriciteitscentrale. 
Efficiënte membranen
De installatie, die wordt gerealiseerd door onder meer Redstack en Fujifilm, bevat in totaal nu vierhonderd vierkante meter aan membranen die per uur 220.000 liter zout en 220.00 liter zoet water kunnen verwerken. Dat aantal wordt de komende jaren uitgebreid naar 100.000 vierkante meter. Om ruimte te besparen worden er verschillende membranen direct achter elkaar geplaatst, op een afstand van 0,3-0,5 millimeter van elkaar. Voor een commerciële installatie heb je uiteindelijk miljoenen vierkante meters nodig.
Twee promoties
De afgelopen maand zijn er twee onderzoekers uit de vakgroep Membrane Science & Technology (onderdeel van onderzoeksinstituut MESA+, Universiteit Twente) )  van hoogleraar Kitty Nijmeijer gepromoveerd. Zo hield David Vermaas zich bezig met de hydrodynamica en vervuiling van membranen. Hij optimaliseerde de manier waarop het water langs de membranen stroomt en bedacht een manier om vervuiling van de membranen te verminderen. ‘Door microscopisch kleine richels op het membraanoppervlak aan te brengen, stroomt het water gemakkelijk door de kanaaltjes die door deze richels ontstaan. Tegelijkertijd neemt zo het effectieve membraanoppervlak toe, waardoor er uiteindelijk minder membraanoppervlak nodig is voor een blauwe-energiecentrale’, licht Vermaas zijn promotieonderzoek toe. 
Minder pompcapaciteit
De richels zorgen er eveneens voor dat er minder pompcapaciteit nodig is om het water langs de membranen te leiden. Ook zijn er geen gaasjes nodig om tussen de membranen te plaatsen. Daarnaast kwam Vermaas er tijdens zijn promotieonderzoek achter dat de membranen gemakkelijk zijn schoon te maken, door periodiek lucht door het systeem te spoelen. ‘Bij langdurig gebruik van zee- en rivierwater worden de membranen voornamelijk vervuild door anorganische colloïden (kleiplaatjes en diatomeeresten) en in mindere mate door aanslag en biologische vervuiling. Tijdens mijn onderzoek ben ik er eigenlijk per toeval achter gekomen dat deze negatief geladen deeltjes eenvoudig met lucht verwijderd kunnen worden. Daardoor zijn eveneens geen chemicaliën nodig.’
Grootschalige toepassing
Vermaas wijst erop dat de membranen in de installatie zijn opgestapeld op microscopisch kleine afstanden. ‘Daardoor liggen ze niet in één vlak, maar zijn ze gestapeld. Daardoor is er voor een blauwe-energie centrale niet meer ruimte nodig dan een reguliere energiecentrale.’ De promovendus heeft tijdens zijn onderzoek onder meer gebruik gemaakt van membranen uit Duitsland, Tsjechië, Japan en China. ‘De kostprijs is nu nog te hoog voor grootschalige toepassing, maar ik ga er vanuit dat het de komende jaren zal veranderen. Er is immers steeds meer vraag naar blauwe energie.’
Vervolgonderzoek
Hij benadrukt dat er tijdens het proefproject op de Afsluitdijk nog een aantal zaken onderzocht moeten worden. ‘Zo heb ik de vervuilingseffecten van de membranen gedurende een paar maanden in kaart gebracht. Dat zou je eigenlijk een paar jaar moeten doen. Ook de levensduur van de membranen is nog onduidelijk.’
Energieopslag
Vermaas blijft de ontwikkelingen nauwgezet volgen, maar is inmiddels ook bezig om een bedrijf, BetterBattery, op te starten dat zich richt op de opslag van energie uit water. ‘Daarvoor zou je energiepieken kunnen bufferen. En daar is steeds meer behoefte aan naar mate het aantal duurzame energiebronnen toeneemt.’