Hoe sla je energie voor langere tijd op als waterkracht geen optie is? Door grote bakken zand een berg op te slepen, luidt het voorstel van een groep ingenieurs en wetenschappers uit Oostenrijk, Denemarken en Italië.


Ze noemen hun systeem Mountain Gravity Energy Storage (MGES). Het bestaat uit twee kranen; de ene onder aan de berg, de andere erop. De kraan onderaan schept zand in grote emmers die aan een soort skilift hangen. Die brengt de volle emmers naar boven waar kraan nummer 2 de emmers omkiept in een zandopslag.
 

Skilift

De ‘skilift’ gaat idealiter hand in hand met een duurzame vorm van energieopwekking, bijvoorbeeld windturbines. Waait het hard en leveren windturbines een stroomoverschot, dan drijft deze elektriciteit de ‘skilift’ aan en gaan er bakken met zand (een paar ton zwaar) naar de top van de berg.

Op een ander moment zal er weinig wind zijn, maar wel vraag naar stroom. Dan gaan de bakken met zand door de zwaartekracht naar beneden en drijft de kabel een generator aan, die stroom opwekt. Zo wordt potentiële energie omgezet in elektrische energie. Alle details van het systeem staan beschreven in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Energy, dat vorige week verscheen.

Helemaal nieuw is het idee niet. Zo werkt het Zwitserse bedrijf Energy Vault aan een systeem om energie op te slaan door blokken beton omhoog te hijsen. Ook hier wordt elektrische energie omgezet in potentiële energie. 
 

Aanvulling

Het MGES-energieopslagsysteem is bedoeld als aanvulling op bestaande manieren van energieopslag. Bekend zijn batterijen, maar die dienen vooral om stroom voor een paar uur of hooguit een etmaal op te slaan (zie de infographic hieronder). Als je de stroom voor langere tijd op wilt slaan kan dat met een pumped hydro storage (PHS). Daarmee zijn enorme hoeveelheden energie op te slaan. Dit kan echter alleen in bergachtige landen, omdat je daarvoor een natuurlijk hoogteverschil nodig hebt. Een enkele pionier gelooft dat dit ook in Nederland moet kunnen. Met PHS is genoeg stroom op te slaan voor maanden tot een jaar.
 

Verschillende vormen van energieopslag, hun capaciteit en de tijdsschaal waarop ze werken. Klik op de figuur voor een grotere versie. Infographic Ymke Pas.


Maar voor veel gebieden heeft PHS een te grote capaciteit. Een dergelijk systeem kan meer dan 50 megawatt aan stroom leveren en dat heeft bijvoorbeeld een eilandje of een ander afgelegen gebied helemaal niet nodig (de overcapaciteit zou de stroom te duur maken).
 

Autonoom werken

Met MGES willen de onderzoekers de opslag van energie voor de duur van zeven dagen tot drie jaar mogelijk maken. De capaciteit van een dergelijk systeem ligt tussen de 1 en 20 megawatt. Het systeem moet autonoom kunnen werken, dus zonder tussenkomst van mensenhanden. De kranen en de skilift moeten autonoom werken en het hele systeem wordt door software aangestuurd.

 

Schets van de werking van Mountain Gravity Energy Storage.

 

Geschikte gebieden

De onderzoekers gingen ook na welke gebieden in de wereld geschikt zijn voor deze vorm van energieopslag. Daarvoor maakten ze een kaart van de wereld met alle hoogteverschillen erop. Want hoe steiler een berg, en hoe groter het hoogteverschil, hoe goedkoper energieopslag met MGES is.

De gebieden met de meeste potentie zijn, niet verrassend, de bergketens als de Andes Alpen, Rocky Mountains en de Himalaya. Daar zijn ontelbare locaties met hoogteverschillen die geschikt zouden zijn voor energieopslag met zand. 
 

Eiland

Vanuit de vraag naar elektriciteit bekeken zijn echter kleine afgelegen eilanden het interessantst, schrijven de onderzoekers in hun artikel. Mits ze voldoende hoogteverschil hebben. Als voorbeeld hiervan namen ze het eiland Molokai, dat onderdeel is van de archipel Hawaii. Hier vonden ze een geschikte plek voor hun energieopslagsysteem. Dat is geschetst in de onderstaande figuur. Punt van aandacht is de impact die een dergelijke installatie heeft op het landschap. Voor het opwekken van de elektriciteit lijken windturbines kansrijker dan zonneparken, omdat in de bergen – nodig voor MGES – het meestal hard waait.


 

Schets van een MGES-systeem op het eiland Molokai, onderdeel van Hawaii. Hier is de onderste zandopslag bijna vol en de bovenste nagenoeg leeg. Het stroomschema rechtsonder beschrijft hoe het systeem moet werken. Klik op de figuur voor een grotere versie.

 

Niet ver

Hoewel de opslag van elektrische energie door zand omhoog te takelen een verrassend idee is, zijn de onderzoekers nog niet bepaald ver met de praktische toepassing ervan. Hun artikel in Energy rept nergens over experimenten of een proefopstelling waar dingen op kleine schaal geprobeerd worden. Of energieopslag met zand ooit van de grond komt, is dus afwachten.
 

Beeldmateriaal Hunt et al., Energy, 2019.