SWITCH adresseert de energievraagstukken van de toekomst

In het eind maart geopende SWITCH-fieldlab in Lelystad onderzoeken we samen met Wageningen University & Research/ACRRES hoe die optimalisatie gestalte moet krijgen. In de proefopstelling zijn windturbines, zonnepanelen, een electrolyser voor het maken van waterstof en een batterijsysteem met elkaar verbonden. Het systeem draait als een kleinschalige energie-infrastructuur van de toekomst.

Kennis van energie en milieu combineren

“Hier komt alles samen”, vertelt André Faaij, Director of Science and Technology van TNO Energie- en Materialentransitie en deeltijd-hoogleraar Energy Systems Analysis aan de Universiteit Utrecht. ”Onze experts kunnen combinaties van technologieën optimaliseren in gebruik, kosten en ruimtelijke inpassing. Dankzij de samenwerking met WUR brengen we kennis van energie en milieu bij elkaar. Samen kijken we al langer naar het opwekken van zonne-energie in landelijk gebied zonder het landschap, water- en bodemkwaliteit aan te tasten. SWITCH is opgezet om allerlei combinaties van opwek-, opslag en conversietechnieken voor verschillende situaties te testen en optimaliseren. We verwachten dan ook steeds meer componenten toe te voegen in de tijd.”

Lokale opwek en gebruik

De infrastructuur vormt het duurste onderdeel van de energietransitie. Het loont dan ook slimme oplossingen te bedenken om zo veel mogelijk opwekking en gebruik van energie lokaal te combineren. Dan hoeft die stroom niet (of in veel mindere mate) over het net. Daarbij speelt ook het maken en opslaan van waterstof een rol, vooral voor gebruik in de industrie. Voor woningen is waterstof als vervanging van aardgas volgens André minder efficiënt.

“Technisch is dat geen probleem. Het gasnet is, wellicht met wat kleine aanpassingen, in beginsel geschikt voor de distributie van waterstof. Maar productie en transport van waterstof gaan ook gepaard met omzettingsverliezen. Bij het omzetten van duurzaam opgewekte elektriciteit via elektrolyse in waterstof verlies je circa 30 procent energie. Dan gaat de waterstof onder druk door een pijpleiding naar de woning en wordt daar omgezet in warmte. 1 kilowattuur elektriciteit, bijvoorbeeld van windturbines op de Noordzee, levert een halve kWh warmte in huis. Diezelfde kwh kan met een warmtepomp circa 4 kwh warmte aan het huis leveren.”

Een andere interessante optie om elektriciteit van het net af te ’houden’ is er warmte van maken, juist tijdens de zonnige zomerdagen. Je kunt dan warmtepompen optimaal laten draaien in de zomer en de warmte opslaan in waterlagen onder de grond. Het koele water kan dan in de zomer gebruikt worden voor koeling en de warmte benut in te winter. En dat zorgt weer voor een verlaging van de piekvraag naar (nu nog) aardgas voor verwarming. Een echte win win dus.

Staalindustrie verduurzamen

Maar voor de industrie ligt dat anders. Hier is waterstof nodig als brandstof voor hoge temperatuur processen en als grondstof voor chemicaliën. Er zijn tal van toepassingen voor waterstof die nu nog door aardgas worden gedekt. Veel kansen zijn er voor de nu veel CO2 uitstotende staalindustrie. Het vervangen van de vervuilende cokes door waterstof levert een schone staalfabriek op, terwijl het staal daardoor op termijn niet duurder hoeft te worden. Waterstof kan ook voor langere tijd worden opgeslagen (bijvoorbeeld in ondergrondse zoutcavernes) en daarmee in periodes met weinig zon en windaanbod gebruikt worden voor flexibel piekvermogen. Ook daarvoor wordt nieuwe en slimmere technologie ontwikkeld en getest, zoals elektrolyzers die ook als brandstofcel kunnen functioneren.

Boerderijen elektrificeren

“Een spannend onderwerp: de agrarische sector elektrificeren”, zegt André. “Hier is veel ruimte, veel dakoppervlak voor zonnepanelen en dus kansen om het elektriciteitsnet te ontlasten. Daarbij komt de combinatie met windenergie. Dankzij lokale opwek, opslag en gebruik heb je het regionale net veel minder nodig. Door warmte-koudeopslag vlak je de piekvraag naar elektriciteit en warmte af want de warmtepomp hoeft ’s winters veel minder te draaien. Trekkers en oogstmachines, enorme apparaten die veel diesel gebruiken, maak je elektrisch en laad je ter plekke op. Het zijn dit soort toepassingen om de energievoorziening te flexibiliseren en optimaliseren die voortkomen uit de gecombineerde kennis van WUR en TNO.”

Groot potentieel

Elektrificatie van de agrarische sector kan op veel manieren en levert door de omvang van de bedrijfstak een wezenlijke bijdrage aan de energietransitie. Intelligente kassen, waar Nederland absoluut wereldspeler in is, zijn energieproducerend te maken. Biomassa, het vergisten van agrarische reststromen en producten van grasraffinage, biedt, ook in Nederland forse mogelijkheden. Volgens André is het mogelijk 10 procent van onze energievoorziening met eigen biomassa af te dekken. En door het grote potentieel aan zonne- en windenergie kan de agrarische sector een veel grotere nettoproducent van energie zijn. “Door de combinatie van onze kennis van slimme landbouw, elektrificatie, robotisering, precisielandbouw en meer valt er nog een wereld te winnen. Met WUR werken we aan een klimaatneutrale en milieuvriendelijke landbouw die ook een belangrijk bijdrage kan leveren aan de energietransitie.”