Energie opslaan in water op basis van omgekeerde elektrodialyse. Het Delftse bedrijf AquaBattery ging er in 2014 mee aan de slag. Eind dit jaar moet er een pilot draaien in een energieneutraal huis.

Een betonnen garagebox van vier bij vier met gele rolluiken in een grijs gebouw op een Delfts industrieterrein. Het is de opmerkelijke locatie van de frisse jonge start-up AquaBattery. Had de TU Delft geen labruimte meer voor zijn spin-off? David Vermaas, oprichter en cto van Aqua­Battery, legt uit dat de garagebox staat voor onafhankelijkheid. ‘Als AquaBattery een succes wordt, en daar gaan we voor, wil ik niet te veel leunen op de universiteit. Dan wordt het een succes van de TU Delft. Daarnaast vind ik het ook wel stoer om een eigen plek te hebben.’

Reversibele batterij

AquaBattery gaat een oplaadbare batterij produceren die werkt op enkel zoet en zout water dat langs membranen stroomt. Het principe van die omgekeerde elektrodialyse, ook bekend als Blue Energy, is al bewezen door het bedrijf REDStack, dat een kleine energiecentrale op de Afsluitdijk heeft staan. Ionen uit een oplossing met hoge concentratie, bijvoorbeeld zout zeewater, hebben door het entropieverschil de neiging naar een oplossing met lage concentratie te gaan, bijvoorbeeld zoet rivierwater. Als je zulke oplossingen scheidt door afwisselend kationuitwisselende en anionuitwisselende membranen, levert dat een spanningsverschil op, en kun je elektriciteit aftappen. Om de batterij weer op te laden, keer je de richting van de stroom om, zodat het zout weer wordt teruggepompt naar de zoute kant.

AquaBattery bedacht die oplaadstap, aldus chemisch technoloog Vermaas. ‘Tijdens mijn promotieonderzoek naar Blue Energy bij Wetsus (het wateronderzoeksinstituut in Leeuwarden, red.) en Universiteit Twente bedacht ik dat de grootste kracht hiervan niet de hoeveelheid energie is die we uit zout en zoet water kunnen halen, maar dat we dat kunnen doen op het moment dat wij dat willen. Je moet dus een reversibele batterij maken volgens dit principe, waarbij je de energie kunt opslaan in water en weer kunt gebruiken wanneer je wilt. Dat doen we bij AquaBattery.’

Optimaliseren

De batterij ziet er op het eerste gezicht nog experimenteel uit. Op een houten tafel staan twee jerrycans zout en zoet water. Die zijn met slangetjes gekoppeld aan het hart van de AquaBattery: de zogeheten stack, een stapel van vijftig membranen. Die stack, samen met 20 l water, levert genoeg stroom om een iPad mee op te laden. ‘Het systeem dat we nu hebben kan 0,5 kWh elektriciteit opslaan per kuub water. Wil je een huishouden voor langere tijd betrouwbaar van stroom voorzien, dan heb je een grote watervoorraad en grote membraaninstallaties nodig. Daarom richten wij ons nu eerst op kantoren of huizenblokken, waar je eenvoudiger een groot waterreservoir kunt aanleggen. Daarnaast zijn eilanden een veelbelovend doel. Zolang er geen kabel naar zo’n eiland ligt, moeten zij hun overmaat aan elektriciteit immers altijd opslaan.’

‘De membranenprijs moet omlaag naar € 10 per m2

Een kleine prototypebatterij werkt al. Vermaas en zijn collega Emil Goosen, energiewetenschapper en de business developer ter plaatse, werken nu aan de optimalisering door bijvoorbeeld betere membranen te zoeken. De onderzoekers laten de nieuwe membranen zien: ‘Deze zijn nog maar 15 µm dik en hebben een superlage weerstand, waardoor we er een hoge stroom doorheen kunnen leiden. Met betere membranen kunnen we een hogere vermogensdichtheid halen, dus meer kW opwekken per m2 membraan. Dunnere membranen leveren minder afval bij het produceren en zijn goedkoper. Uiteindelijk moet de prijs van de membranen omlaag naar € 5 tot € 10 per m2.’

Op meer fundamenteel vlak doet het bedrijf ook onderzoek, bijvoorbeeld naar alternatieven voor natriumchloride – dat van nature in zeewater zit en goedkoop is – zoals kaliumchloride of meer exotische zouten of mengsels. ‘We kunnen de energiedichtheid nog tien keer zo hoog maken door te variëren met zouten’, denkt Vermaas. ‘Dan is voor een huishouden een watertank ter grootte van een flinke koelkast voldoende. Daarnaast is de efficiëntie van de batterij nu nog maar 60 tot 70 %. Dat willen we op termijn verhogen naar 80 %.’

Eigen tijd

In totaal telt AquaBattery zes werknemers die allemaal veel eigen tijd in het bedrijf steken. Goosen is daarbij de enige met een fulltime-aanstelling, de andere vijf hebben er een baan naast. Zo is Vermaas universitair docent aan de TU Delft en werkt medeoprichter Jan Post, die een achtergrond heeft in de milieutechnologie, bij Wetsus. De financiering komt vooral van subsidies, zoals een STW-project samen met de TU Delft en prijzen die ze wonnen, bijvoorbeeld het Delft Energy Initiative en de starterscompetitie Get in the Ring.

‘Over vijf jaar hebben we een batterij voor kantoren’

Verder werken ze samen met Wetsus en platforms als Urgenda en The Green Village. ‘Die instituten bieden ons toegang tot kennis, contacten met andere bedrijven en een podium voor ons product. Zo gaan we dit jaar een pilot bouwen op de campus van The Green Village in Delft. Zij hebben een energieneutraal huis staan waarvoor wij de energieopslag gaan verzorgen’, zegt Vermaas. Daarnaast werkt AquaBattery samen met bedrijven als REDStack voor de technologie en Fujifilm in Tilburg voor de membranen. Investeerders zijn er nog niet, aldus Vermaas. ‘We spreken wel met energieproducenten en netwerkbeheerders zoals Alliander, Stedin en Enexis. Die kunnen met goede energieopslag een stabiele elektriciteitsprijs bieden en hun netwerk van elektriciteitskabels ontlasten, omdat decentrale opslag de piekbelasting van bijvoorbeeld windmolens opvangt.’

‘Over vijf jaar rijden er busjes rond die service verlenen voor onze producten’, voorspelt Vermaas. ‘Dan hebben we in ieder geval een werkende batterij voor bijvoorbeeld kantoren. Misschien hebben we meerdere producten, de een heel efficiënt, de ander met een hoog vermogen en de derde met een grote energiedichtheid. Zelf ben ik dan een paar dagen betrokken bij AquaBattery en werk ik tevens nog bij de TU Delft. Ik vind het leuk om technologie naar de markt te brengen, maar ook om met nieuwe technologie bezig te zijn.’