![[To ECN Homepage]](logo-64-nl.png "ECN Nieuwsbrief Homepage"){kind=logo}
Compacte chemische warmteopslag onderzocht
Compacte chemische warmteopslag onderzocht
|
| Titel | : | Compacte chemische warmteopslag onderzocht |
|---|---|---|
| Publicatie datum: | : | november 2004 |
| Trefwoorden: | : | Chemische warmteopslag, silicium, thermische isolatie |
| Zie ook: | : | http://www.ecn.nl/dego/research/thermal_systems/heat_storage.nl.html |
|
Voor een volledig duurzame warmtevoorziening in woningen, kantoren en utiliteitsgebouwen, is het noodzakelijk dat zonnewarmte opgeslagen en minimaal een half jaar ingezet kan worden. Uit onderzoek van ECN blijkt dat de betere opslagmaterialen gezocht moeten worden in mineralen als bitterzout en roest. |
|
Klaas Visscher en Jakobert Veldhuis, wetenschappelijk medewerkers van
het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), hebben samen met collega’s
van de Universiteit Utrecht (UU), een eerste selectie gemaakt van opslagmaterialen.
De materialen zijn in principe geschikt voor thermochemische opslag
van warmte uit zonnecollectoren, maar het verloop van het reactieproces
is nog niet verder onderzocht.
Uit literatuuronderzoek en toepassen van een aantal strenge selectiecriteria - waaronder theoretische energie-opslagdichtheid, reactietemperatuur en corrosiviteit van het materiaal - komen vijf mineralen naar voren die in principe het meest geschikt zijn. Vervolgens zijn door middel van een simulatiemodel en berekeningen, de minimaal te verwachten energieverliezen van het proces in kaart gebracht. Uit de resultaten volgt dat twee van de vijf materialen, magnesiumsulfaat (bitterzout) en ijzerhydroxide (roest), interessant genoeg zijn om verder te onderzoeken.
De omkeerbare chemische reactie waarvan gebruik gemaakt wordt is: C (vaste stof) + Q (warmte) <=> A (gas) + B (vaste stof) De reactie verloopt ’s zomer in de disscociatiereactor onder invloed van warmte uit een zonnecollector. Vaste stof B wordt dan opgeslagen, evenals het restant C dat niet in de reactor is omgezet. Als A een voldoende voorkomend atmosferisch gas is (bijvoorbeeld waterdamp, zuurstof of stikstof) dan hoeft dit niet te worden opgeslagen. In de associatiereactor verloopt de reactie retour en produceert dan warmte voor gebouwverwarming en voor tapwaterverwarming. Hierbij ontstaat weer vaste stof C die wordt opgeslagen, evenals het restant B dat niet in de reactor is omgezet. C wordt vervolgens in de zomer opnieuw gesplitst in A en B, waarmee het kringproces rond is. Lange termijn warmteopslag is op dit moment relatief duur doordat de warmteopslagdichtheid (de hoeveelheid warmte per kubieke meter opslag) van de gebruikte materialen (water en paraffines) vrij laag is. Voor een 100 procent duurzame warmtevoorziening van een twee-onder-éénkap woning met een zonnecollector is bijvoorbeeld een opslag (water plus thermische isolatie) nodig die ongeveer net zo groot is als de inhoud van het huis zelf. Bij opslag van warmte in de bodem is een warmtepomp benodigd om de warmte op een temperatuur te brengen die geschikt is voor ruimteverwarming. Hierdoor kan slechts 60 procent van de warmte duurzaam opgewekt worden, zodat met een warmtepomp alléén geen 100 procent duurzame warmtevoorziening kan worden bereikt. Visscher: "Als we kijken naar de warmteopslagdichtheid van bijvoorbeeld magnesiumsulfaat (bitterzout) dan is deze, na incalculatie van verliezen, circa 10 maal groter dan die van verwarmd water. Stel, een huishouden heeft een warmtevraag equivalent van 1.100 kubieke meter aardgas. Bij volledige duurzame warmtevoorziening met een zonnecollector plus warmwateropslag, zou er 300 kubieke meter opslag (water plus isolatie) nodig zijn. Uit de berekeningen komt naar voren dat slechts circa 25 kubieke meter magnesiumsulfaat plus reactorsysteem genoeg is voor diezelfde warmtevraag. Hierbij is dan uitgegaan van een vrijstaande, energiezuinige woning." Een zeer hoge energieopslag-dichtheid kan volgens een recent Duits onderzoek verkregen worden uit een proces waarin siliciumdioxide (zand, SiO2)wordt gesplitst in zuiver silicium en zuurstof. Silicium kan verbrand worden waarna een restproduct ‘zand’ overblijft. De energieopslag-dichtheid van silicium is dermate hoog, dat er voor de warmtevraag van een huishouden - wederom uitgaand van de vrijstaande, energiezuinige woning - slechts anderhalf kubieke meter silicium nodig is. Hiervoor moeten echter nog processen en systemen worden uitgewerkt om het in de praktijk toepasbaar te maken. Visscher: "Wanneer we silicium ook in onze berekeningen betrekken, komt dit materiaal als ‘topper’ uit de bus. Maar omdat de duurzame productie van silicium slechts kan plaatsvinden door gebruik te maken van zeer veel, vaak ook giftige reactanten, zijn er nog een groot aantal moeilijk oplosbare problemen. Door de complexiteit is het proces alleen geschikt voor grootschalige industriële productie. Er is dan geen sprake meer van een kringproces dat zich volledig afspeelt in de gebouwde omgeving. Het siliciumpoeder zou dan eerst geproduceerd moeten worden op een industriele locatie met veel zon, en vervolgens als energiedrager vervoerd worden naar de locaties waar het gebruikt wordt." De onderzoeksresultaten betreffen hier een eerste materiaalselectie, theoretisch geschikt voor opslag van warmte uit een zonnecollector en voor warmtelevering aan een woning. Alle geselecteerde stoffen voldoen in principe aan de gestelde criteria én aan de technische randvoorwaarden, maar de daadwerkelijke toepasbaarheid van de voorgestelde reactieprocessen moet nog nader worden onderzocht. Hierbij zullen nog veel praktische problemen optreden."
Informatie:
Contact: |