Warmte oogsten uit de zon
Suncom Energy in Houten maakt warmtecentrales die werken op geconcentreerd zonlicht. Hiervoor is niet meer ruimte nodig dan een half voetbalveld. Waarom is deze techniek nog niet doorgebroken in Nederland?
De benedenverdieping van het kantoor van Suncom Energy in Houten bestaat voornamelijk uit een grote hal. Hier staan, naast een paar pingpong- en voetbaltafels, twee versies van het apparaat waar het bedrijf aan werkt: een warmtecentrale op zonne-energie. De nieuwste is nog niet helemaal af, daar moeten nog spiegels op, vertelt directeur en werktuigbouwkundige Henk Arntz, die de startup in 2019 oprichtte. De andere versie is net terug van het kennisinstituut en testcentrum Plataforma Solar de Almeria in Spanje. Daar heeft het systeem bewezen te kunnen wat de ontwikkelaars hoopten: met gebundeld zonlicht de temperatuur van een vloeistof in een buis opdrijven tot 500 graden Celsius.
Zeecontainer
De zonnecentrale van Suncom Energy past op een half voetbalveld en kan in een zeecontainer worden vervoerd. ‘Dat is wat ons product bijzonder maakt’, zegt Arntz. Zonnewarmtecentrales bestaan al langer, maar zijn tot nu toe allemaal minstens een factor tien keer zo groot. Arntz: ‘Dat kon niet anders, werd altijd gedacht, omdat kleinere versies niet genoeg warmte produceren. Dan heb je een enorm stuk land nodig als je een centrale bij je bedrijf wil plaatsen.’
Dankzij een paar slimme trucs lukte het de ontwikkelaars van Suncom Energy om ook met deze kleine centrale voldoende warmte te produceren. De belangrijkste troef: de glazen buis met de op te warmen vloeistof is vierkant in plaats van rond.
Vergrootglaseffect
Het principe waar Suncom Energy gebruik van maakt, staat bekend als concentrating solar heat (CSH). Waar de bekendere fotovoltaïsche zonnepanelen invallend zonlicht omzetten in elektriciteit, wordt het zonlicht bij CSH met spiegels of lenzen geconcentreerd om een vloeistof of gas te verhitten – vergelijk het met het gebruik van een vergrootglas om een prop papier in brand te steken. De warmte wordt vervolgens gebruikt om gebouwen te verwarmen, met stoom elektriciteit op te wekken of op te slaan in een warmtebatterij.
Het concentreren van zonlicht kan op verschillende manieren. Bij de parabolische trog, de techniek waar Arntz en zijn collega’s gebruik van maken, bestuurt men het zonlicht met een langgerekte, gebogen spiegel waarvan de doorsnede een paraboolvorm heeft. In het brandpunt van de parabool loopt een buis met vloeistof (water of zout) die door het geconcentreerde zonlicht wordt opgewarmd. De hele constructie kan draaien rond zijn as en zo met de zon meebewegen.
Dit is niet het volledige artikel. Het hele verhaal staat in De Ingenieur van maart 2023. Interessant? Neem eens een proefabonnement van drie nummers voor 25 euro.
‘Om de efficiëntie te verbeteren, hebben wij ons vooral gericht op het tegengaan van het weglekken van warmte uit die buis’, zegt Arntz. Dat gebeurt door de delen van de vloeistofbuis die geen zonlicht opvangen goed te isoleren. Bij een ronde buis is dat de achterkant, dus de helft van de buis. Bij een vierkante buis kunnen de drie vlakken die niet naar de zon gericht zijn geïsoleerd worden, dus driekwart van de buis.
Een ander voordeel van een vierkante buis is dat het geconcentreerde zonlicht hierbij op een kleiner oppervlak terechtkomt, waardoor de hitteopbrengst per oppervlak groter wordt. Denk wederom aan het vergrootglas: hoe kleiner het brandpunt, hoe groter de kans dat het papiertje daadwerkelijk ontvlamt.
Zolderkamerexperiment
‘De eerste experimenten deed ik op mijn eigen zolderkamer’, zegt Arntz. ‘Daar verhitte ik een receiver elektrisch tot 550 graden Celsius om de warmteverliezen te meten.’ Vervolgens voegde Wout Gubbels zich bij het project, die net als hij werktuigbouwkunde had gestudeerd aan de TU Eindhoven en nu technisch directeur van Suncom Energy is. Meer ruimte voor experimenten kregen de onderzoekers daarna op het terrein van Gubbels’ ouders. Arntz: ‘Daar is het ons in de zomer van 2021 voor het eerst gelukt om zout tot boven de 300 graden Celsius te verhitten.’
Veelbelovend
Met de nieuwe parabolische trog, die stijver is dan de vorige en het zonlicht dus nauwkeuriger kan sturen, denken de ingenieurs ook in Nederland tot boven de 500 graden Celsius te kunnen komen. Dat klinkt veelbelovend, maar dat is de techniek eigenlijk al decennia. In 2009 circuleerden er al plannen om Europa vanuit de Sahara van stroom te voorzien via concentrating solar power (CSP) – waarbij de geconcentreerde zonnewarmte wordt gebruikt om een stoomturbine aan te drijven en zo elektriciteit op te wekken.
Dat is wegens de extra tussenstap wel minder efficiënt, maar heeft vergeleken met elektriciteit uit zonnepanelen twee grote voordelen. De eerste is continuïteit: omdat de warmte wordt opgeslagen in een vloeistof, valt de stroom niet meteen uit als de zon wegvalt of ondergaat. De tweede is dat bij CSP of CSH geen schaarse grondstoffen zoals indium nodig zijn. Het concept werkt met gewone spiegels, van glas en zilver of aluminium..
Te duur
Waarom zijn dit soort zonnekrachtcentrales dan nog steeds niet echt doorgebroken? ‘Voornamelijk vanwege de kosten’, zegt Wilfried van Sark, hoogleraar integratie van zonne-energie aan de Universiteit Utrecht. ‘Die krijg je omlaag naarmate meer details van het proces beter begrijpt, maar daarvoor moet je de techniek eerst opschalen en breder inzetten.’
De kosten van CSP zijn sinds een jaar of vijftien gestaag omlaag gegaan, maar de ontwikkeling van de technologie heeft veel last gehad van het succes en de onverwacht snel dalende prijs van zonnepanelen. Van Sark: ‘Daar zetten de investeerders liever op in, dat heeft de ontwikkeling van CSP vertraagd.’
Dit is niet het hele artikel. Het volledige verhaal staat in het maartnummer van De Ingenieur.
Openingsbeeld: Suncom Energy
MEER LEZEN?
Lees dan het volledige artikel in het maartnummer van De Ingenieur. Koop hier de digitale versie voor €9,50 of neem een abonnement!
