Een belangrijke uitdaging in de energietransitie is het efficiënt en flexibel opslaan én transporteren van hernieuwbare energie. Batterijen spelen daarin een belangrijke rol. Maar toch is er nog veel onderzoek en innovatie nodig. Om dat te stimuleren, lanceerde TU Delft de e4BatteryDelft: een gloednieuw platform dat kijkt naar het elektrochemisch opslaan van hernieuwbare energie – met respect voor de wereld om ons heen, op een manier dat het betaalbaar is en ook nog eens volledig Europees.
TU Delft heeft alle expertise in huis om een belangrijke rol te spelen in het versnellen van de energietransitie. Met zo’n duizend energiewetenschappers is TU Delft een van de grootste onderzoeksinstituten in Europa op dit gebied. Er werken dan ook veel onderzoekers (nauw) samen met start-ups en fieldlabs aan batterij-innovaties. Een deel van de onderzoekers, die met batterijen bezig is, komt donderdag 11 mei 2023 samen tijdens de lancering van e4BatteryDelft. Zij delen hun expertise op het gebied van mijnbouw, ontwerp, engineering, bouw, implementatie en recycling om een toekomstbestendige, duurzame batterij te ontwikkelen die in Europa kan worden gemaakt. Hieronder alvast vier van hen – een voorproefje dus.
Marnix Wagemaker – Hoogleraar Storage of Electrochemical Energy
Kunnen we batterijen ontwikkelen die gemaakt worden van andere grondstoffen dan kobalt of nikkel, of zelfs zonder lithium, die minder schaars zijn of minder het milieu belasten, zonder aan prestaties in te boeten? In Delft worden de nieuwe materialen voor de volgende generaties batterijen ontwikkeld. “Het batterijenonderzoek bestaat al lang maar je zou kunnen stellen dat het nog in de kinderschoenen staat,” zegt hoogleraar Marnix Wagemaker. Daarin ziet hij een kans: “Er is nog heel veel mogelijk. Nu zijn we afhankelijk van kritische elementen zoals kobalt, nikkel en lithium. Er zijn alternatieven, maar die werken nog niet zo goed. We kijken naar nieuwe materialen die minder schaars zijn en waarvan de winning een minder grote impact op het milieu heeft, maar met even goede prestaties, dus waarmee de elektrische auto bijvoorbeeld even ver kan rijden en even snel kan opladen. En we kijken naar materialen die goedkoper zijn voor de opslag van wind- of zonne-energie.”
Wagemaker startte het initiatief, e4batteryDelft, omdat samenwerking met andere batterij-experts binnen de TU Delft essentieel is: “Mijn achtergrond is in de natuurkunde en ik doe materiaalonderzoek (het onderzoeken van elektrochemische energieopslagprocessen in batterijen), maar daarbij is het net zo belangrijk waar en hoe materiaal gewonnen wordt, of het gerecycled kan worden, hoe de batterij gebruikt wordt, enzovoort – over die dingen moet al worden nagedacht bij het ontwikkelen.”
Pavol Bauer
Batterijen spelen een
cruciale rol in de energietransitie, sterker nog: duurzame energie is niet
mogelijk zonder batterijen. Ze zijn nodig voor transport: elektrische schepen,
vliegtuigen en vrachtwagens zullen batterijen nodig hebben. Ze kunnen daarnaast
zonne- en windenergie opslaan. “Maar een batterij kan veel meer doen dan alleen
energie opslaan, het kan bijvoorbeeld ook de pieken opvangen, of de
spanningskwaliteit verbeteren of helpen congesties te voorkomen,” zegt
hoogleraar Pavol Bauer. In zijn onderzoekstrajecten kijkt hij onder meer naar
de rol van batterijen voor het distributienet, de batterij als middel om
spanningskwaliteit te verbeteren, hoe batterijen gebouwen energieneutraal
kunnen maken, welke rol energiehubs met batterijen spelen voor de industrie.
“We kijken nu bijvoorbeeld naar de vliegvelden: hoe we met behulp van
batterijen verschillende voertuigen daar elektrisch kunnen maken.”
De focus van zijn
batterij-onderzoek ligt op de opslag van elektriciteit en de integraliteit van opslag
systemen binnen het energiesysteem van de toekomst, zowel voor de
elektrificatie van mobiliteit, als voor het elektriciteitsnet zelf. Het gebruik
van elektrische batterijen biedt mogelijkheden om een volledig duurzaam
energiesysteem te creëren.
Shoshan Abrahami –
Universitair docent aan de 3mE-faculteit en recycling-expert
Je denkt bij
batterijen misschien vooral aan kleine elektronica, maar in de nabije toekomst
zullen we veel grotere batterijen nodig gaan hebben, en deze ook massaal
gebruiken. In een geslaagde energietransitie wordt bijna alles elektrisch en
zullen batterijen en elektriciteitsopslag dus een heel belangrijke rol krijgen.
Shoshan Abrahami
onderzoekt de technische kant van batterijrecycling. “Simpelweg heb je twee
manieren om batterijen te recyclen: de pyrometallurgische route en de
hydrometallurgische route. De eerste (pyro is Grieks voor vuur) gaat met
warmte: je smelt het materiaal. De tweede (hydro is Grieks voor water) gaat met
water of chemicaliën: je probeert het materiaal op te lossen. In een duurzame
toekomst van batterijrecycling zien we een belangrijke rol weggelegd voor de
tweede route omdat hierbij meer grondstoffen terug te winnen zijn. Bovendien is
het belangrijk dat we minder afhankelijk worden van landen als Rusland, China
en Congo, waar de grondstoffen nu vandaan komen, ook daarom is recycling heel
erg belangrijk.
David Peck –
universitair hoofddocent aan de faculteit Bouwkunde, gespecialiseerd in
kritieke materialen en circulair productontwerp
Het verduurzamen van
je huis met zonnepanelen, een economie die draait op groene waterstof, zon- en
windenergie, elektrisch rijden en digitale technologieën: het is allemaal niet
mogelijk zonder kritieke materialen zoals lithium, kobalt of nikkel, vaak
afkomstig uit landen die vaak niet voldoen aan de minimale standaard van
rechtsstatelijkheid. Door geopolitieke ontwikkelingen komt de levering daarvan
in gevaar, en daarmee het streven om zowel economisch als technologisch
onafhankelijker te worden, waarschuwt onderzoeker David Peck.
Alleen met eigen,
geavanceerde technologie, kan Europa welvarend en onafhankelijk blijven en zich
goed beschermen tegen dreigingen van buitenaf. Die technologie is tegelijk
nodig voor de energietransitie, digitalisering en waarborgen van onze veiligheid.
Daarom investeert de Europese Commissie miljarden. Onder meer in batterijen en
waterstof.
Daarnaast is recycling
essentieel, stelt Peck. “Uiteindelijk moeten we alles hergebruiken.” Een ander
onderwerp waar Peck veel onderzoek naar doet is remanufacturing. Daarbij worden
uit gebruikte producten nieuwe vervaardigd. Het gaat een stap verder dan
zogeheten refurbished producten die je nu al kunt kopen. “Hergeproduceerde
telefoons zullen in de winkel naast gloednieuwe telefoons liggen. Maar ze zijn niet
van elkaar te onderscheiden.” Met remanufacturing koop je eigenlijk tijd. “Het
lost de crisis rond kritieke materialen niet op, maar door het hergebruik van
materialen krijg je wel meer tijd om oplossingen te bedenken.”
Met dank aan TU Delft