De overstap naar hernieuwbare energiebronnen slaagt alleen als we de elektriciteit uit zon en wind kunnen opslaan. Zijn de ijzer-zoutbatterijen van start-up VoltStorage uit München de ontbrekende bouwsteen voor de energietransitie?
In de kelder bij hem thuis zette Michael Peither zijn eerste laboratorium op. Als student elektrotechniek begon hij bij het licht van een neonbuis te experimenteren met water, zout en metaal. Zijn doel was een vloeibare batterij te construeren waarin de energie van de zonnepanelen op het dak kon worden opgeslagen. Met een doe-het-zelfhandleiding van internet ging Peither aan de slag. Zonder resultaat. Zijn eerste batterij functioneerde prima, maar had onvoldoende capaciteit om de elektriciteit van de zonnepanelen op te slaan.
Peither gaf niet op. Vooral omdat hij niet alleen was geïnteresseerd in de elektriciteit van zijn eigen dak. Met zijn zelfgemaakte batterij wilde hij een fundamenteel probleem van de energietransitie oplossen. Want hoe meer wordt ingezet op hernieuwbare energiebronnen, hoe meer opslagcapaciteit er nodig is. Alleen daarmee kunnen we ons ook van elektriciteit uit zonne- en windenergie voorzien wanneer de zon niet schijnt en er niet genoeg wind is. Er zijn wel bestaande technologieën, maar geen daarvan heeft echt voet aan de grond gekregen. Als alleen de elektriciteit uit de bestaande opslagfaciliteiten voor hernieuwbare energie zou worden gebruikt, gaat in het ergste geval al na een half uur het licht uit.
Spoedcursus
Acht jaar na de eerste experimenten in zijn kelder staan Peither en zijn start-up VoltStorage op het punt om in elk geval een deel van de oplossing voor dit probleem te realiseren. Om aan zijn batterij te kunnen blijven sleutelen, nam hij indertijd een semester vrij. Bij manifestaties voor start-ups aan de TU München vond hij in Jakob Bitner en Felix Kiefl twee medestrijders. In 2016, het jaar van hun afstuderen, richtten ze hun onderneming op. Daarna ging alles opeens heel snel. Hoewel ze nog midden in de ontwikkeling zaten, haalden ze bij investeerders binnen een paar maanden meer dan 1,6 miljoen euro op. Kort daarna vlogen ze naar Shenzhen voor een spoedcursus batterijen in de ‘Silicon Valley voor hardware’.
Voor de opslag van stroom uit hernieuwbare energiebronnen richten de drie mannen zich op ijzer-zoutbatterijen. Die bestaan in wezen uit een cel die elektrische energie omzet in chemische energie en die opslaat in twee tanks met een oplossing van water, zout en ijzer. Om de energie weer vrij te laten komen, wordt de chemische energie omgezet in elektrische energie. Daarmee onderscheiden de oprichters zich bewust van de concurrentie uit China, die vooral werkt met lithium-ionbatterijen. Terwijl lithium een schaarse en dure grondstof is, zijn ijzer en zout bijna overal ter wereld goedkoop en goed verkrijgbaar. ‘Je zou zelfs ijzer van verroeste spoorrails of fietsframes kunnen recyclen,’ zegt Peither. Zijn hun ijzer-zoutbatterijen de ontbrekende bouwsteen voor de energietransitie?
‘De meeste periodes van windstilte of gebrek aan zonneschijn kunnen zo worden overbrugd’
De drie mannen werken nog steeds aan hun uitvinding en hebben hem nog niet op de markt gebracht. Kai Peter Birke, onderzoeker aan de universiteit van Stuttgart naar opslagsystemen voor elektrische energie: ‘Het idee is in elk geval veelbelovend.’ Als langetermijnopslagsysteem voor zonne- en windenergie kan het bijdragen aan het slagen van de energietransitie. ‘Maar daarvoor moet de technologie echt volwassen zijn. Zo kan bijvoorbeeld de batterij exploderen als bij het overladen knalgas (oxywaterstofgas) ontstaat.’
Bij vloeibare batterijen bestaat inderdaad het gevaar dat in de oplossing waterstof wordt gevormd, die in combinatie met zuurstof tot een explosie kan leiden. Maar de oprichters van VoltStorage menen ook daarvoor een oplossing te hebben gevonden: ‘Wij scheiden de waterstof af voordat die kan reageren met zuurstof. Het waterstofgas wordt vervolgens teruggevoerd naar de elektrolyt. Voor dat proces hebben we patent aangevraagd,’ zegt medeoprichter Bitner. In het algemeen lijkt VoltStorage de belangrijkste problemen van deze batterijtechnologie in de afgelopen jaren te hebben opgelost. Zo gaan de oprichters ervan uit dat hun opslagunits een enorme levensduur hebben: ze zouden tienduizend laadcycli moeten kunnen doorlopen, dat wil zeggen dat ze twintig jaar zonder capaciteitsverlies kunnen blijven werken. In principe kunnen de opslagunits in containers bij elk wind- of zonnepark worden geplaatst. Er passen vijf ijzer-zoutmodules in een container. Elektriciteit uit zon en wind kan zo achtenveertig uur lang worden opgeslagen.
‘De meeste periodes van windstilte of gebrek aan zonneschijn kunnen zo worden overbrugd,’ zegt Bitner. ‘Dat zal ons niet alleen permanent onafhankelijk maken van Russisch gas en gasgestookte elektriciteitscentrales, maar ook de elektriciteitsprijzen doen dalen.’
Als hun technologie succesvol blijkt, kan het een enorme business worden. De markt voor langdurige energieopslag groeit gigantisch: McKinsey becijfert het potentieel op één tot drie biljoen dollar tegen 2040. Ook durfkapitalisten lijken zich dit te realiseren, want ze hebben in juli nog eens 24 miljoen euro in VoltStorage geïnvesteerd. Het enige hartzeer: ‘Duitse investeerders zijn jammer genoeg nog steeds terughoudend. Nu zijn we een Duits bedrijf dat in meerderheid in buitenlandse handen is,’ zegt Peither met lichte spijt in zijn stem.
Het bedrijf heeft momenteel zestig werknemers, maar VoltStorage zoekt dringend dertig nieuwe medewerkers en meer kantoor- en productieruimte in München. Vanaf 2024 willen ze hun ijzer-zoutbatterij in serie gaan produceren. Voor die tijd moet de onderzoeksfase zijn afgerond en moeten de eerste pilotsystemen zijn geïnstalleerd.
Energiedichtheid
Peither en Bitner willen in het openbaar nog niet praten over concrete orders, winstverwachtingen of plannen om naar de beurs te gaan. Maar ze laten zich wel ontvallen dat er twee tot drie grotere pilots met wind- en zonneparken in Duitsland en Europa gepland staan. Er komen al aanvragen uit Amerika, Oceanië en Afrika.
De enige vraag die resteert: als het zo’n goed idee is, waarom heeft dan niemand er eerder aan gedacht? Eén reden zou de lage energiedichtheid kunnen zijn, vermoeden de uitvinders. De batterijen zijn aanzienlijk zwaarder en groter dan de alternatieven met lithium. ‘Daarom zijn ze ook niet geschikt voor elektrische auto’s,’ zegt Birke. De oprichters van VoltStorage geven dat openlijk toe. ‘Zelfs voor huiseigenaren met zonnepanelen op het dak is onze batterij nog niet rendabel,’ zegt Peither. Het opslagprobleem voor huizen heeft hij dus ook na jaren experimenteren in zijn kelder nog niet opgelost. Maar een veel groter probleem mogelijk wel.
Lees ook:
