SOFC: de ongekroonde koning van de exergie

Bespiegeling n.a.v. twee bijeenkomsten deze week: “Solid Oxide Fuel Cells for Next Generation Power Plants” en “P+Live@Night”

Exergie is belangrijker dan energie

“Onze maatschappij is volledig georganiseerd op het optimaliseren van de return-on-investment. Energie is ondanks zware belastingheffing nog steeds véél te goedkoop om daarin een rol te spelen. Het gevolg is dat er op enorme schaal structureel energie en vooral exergie verspild wordt. (Exergie is de maximale hoeveelheid arbeid die je uit een energiebron kunt halen).

Een voorbeeld: We verbranden in onze CV ketels gas bij 1500 graden om een huis een paar graden te verwarmen. Dit is exergetisch een doodzonde: er wordt enorm veel energetische potentie van het gas verspild. Volgens de formules méér dan 90%. Een paar kilometer verderop verbranden we in een centrale op hetzelfde moment gas met een rendement van 35 tot 60% en gooien we de restwarmte weg. Het gebruiken van die restwarmte is namelijk in bijna alle gevallen economisch onrendabel.

De juiste manier om gas te gebruiken zou zijn: verbranden in een keramische brandstofcel (1000 C) geeft 60% elektriciteit, dan het afgas gebruiken voor een gasturbine en/of stoomturbine, dat geeft nog eens 20% elektriciteit. Tot slot de 20% afvalwarmte gebruiken voor ruimteverwarming of – koeling. De exergetische winst tov een normale CV ketel is een factor tien, en resulteert in een enorme energiebesparing.

Als we dit op wijkniveau zouden doen, of in onze CV ketels, dan zouden we al onze elektriciteitscentrales kunnen sluiten, en ongeveer de helft van het gas besparen dat nu voor elektriciteitsopwekking gebruikt wordt.”

(Uit: “De wereld-energievoorziening in 2050“, Theo Wolters, O2 Magazine, juni 2011)

Deze week waren er twee bijeenkomsten die uitstekend bij deze passage aansluiten. Ik zal overigens binnenkort ook de rest van het artikel hier plaatsen.

P+Live@Night

Dit uiterst duurzame en ideële platform organiseerde dinsdag een avond op Schiphol met als doel het opstellen van een lijst met aanbevelingen aan Mark Rutte om de maatschappij te verduurzamen. In de zaal veel duurzaamheidsofficials, en vóór de zaal maar liefst 11 zeer uiteenlopende sprekers en presentatoren. Ondanks het zeer hoge alarmistische gehalte van de aanwezigen (ook in het forum), gleed de discussie niet af naar het zo irritante getuigenis-niveau dat in dit soort situaties gebruikelijk is.

Dat kwam deels door de deskundigheid en zakelijkheid van de sprekers, maar wellicht ook doordat die de hele middag al met John Kerkhoven hadden zitten spelen met diens transitiemodel. Ga er rustig zelf ook mee experimenteren, als je even de tijd hebt. Hierin zit jaren research opgeslagen naar de juiste gegevens over de eigenschappen, kosten en beschikbaarheid van alle soorten energiebronnen. Hieruit volgt een status quo, waar je dan met allerlei ingrepen een toekomstig pad mee kunt uittesten. Onrealistische duurzame dromen worden daarbij genadeloos afgestraft op invloed op de energievoorziening of de kosten daarvan.

Ook tijdens de avond was Jan (zelf overigens een groot voorstander van verduurzaming van de energievoorziening) een zeer strenge schoolmeester. Een meesterlijke zet van de organisatie!

Op wat emotie over kernenergie na was de discussie zeer feitelijk, werden uitzonderlijk interessante voorbeeldprojecten toegelicht, en resulteerde de avond in een reeks aanbevelingen waarvan ik de meeste zonder meer kon onderschrijven.

In mijn ogen de belangrijkste was het aandringen om nu eindelijk eens de enorme energieverspilling in de vorm van restwarmte van energieopwekking aan te pakken. Die was mij natuurlijk uit het hart gegrepen!

Het verplicht stellen van gebruik van restwarmte voor stadsverwarming bleek echter een stap te ver: uit het publiek werd opgemerkt dat een goed geïsoleerd huis helemaal niets heeft aan een €6.000 kostende aansluiting op een warmtenet. Een warmtepompje kan tenminste ’s zomers ook koelen, waardoor je een airco uitspaart, en is dus veel duurzamer.

Maar wat kunnen we dan wél doen aan deze verspilling? U weet het antwoord al uit de eerste paragraaf:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) for Next Generation Power Plants

Woensdag 22 juni werd feestelijk het nieuwe testlaboratorium voor SOFC brandstofcellen van TU Delft geopend, door een trotse dr. P.V. Aravind. Om deze gedenkwaardige gebeurtenis kracht bij te zetten werd donderdag i.s.m. het KIVI een symposium gehouden waarin alle kanten van deze veelbelovende energieomzetter belicht werden. Aravind is een nationaal en internationaal zeer actieve voorvechter van deze technologie, en heeft een indrukwekkend netwerk opgebouwd. De ca 100 aanwezigen kwamen dan ook uit alle hoeken van de wereld, evenals de uitstekende sprekers. Er waren energiebedrijven, commerciële SOFC producenten (daarvan zijn er slechts een paar!), studenten en veel wetenschappers. De gesprekken in de wandelgangen waren soms dan ook haast nog leerzamer dan de lezingen!

Het belang van de SOFC brandstofcel voor de toekomstige energievoorziening kan niet genoeg benadrukt worden. De enorme energiebesparingen die ermee mogelijk zijn, heb ik in de eerste alinea al aangegeven. In eerdere artikelen over peak-oil heb ik uitgelegd dat het vaststaat dat aardgas de komende decennia de energiemarkt zal overheersen, zowel in verwarming als in elektriciteitsopwekking. De SOFC in decentrale toepassing combineert die twee, en bespaart daarbij tot 50% op ons gasgebruik voor elektriciteitsopwekking. Maar ook alle bronnen van syngas, zoals de ondergrondse kolenvergassing waar ik het bij mijn verslag van de ASPO conferentie over had, maar ook vergast plastic, huisafval en biomassa, zijn (alleen!!) via een SOFC met de allerhoogst mogelijke efficiency om te zetten in elektriciteit. SOFC is de koning van de exergie! Wie zich afvraagt wat ons nageslacht ons over 100 jaar zal verwijten kan ik eenvoudig van antwoord voorzien: het verstoken van al die fossiele brandstof met een ridicuul laag exergetisch rendement, terwijl de SOFC technologie al 50 jaar bekend is, is een onvergeeflijke dwaasheid.

SOFC eindelijk geen eeuwige belofte meer

De reden dat er nog helemaal nergens SOFC gebruikt wordt, is dat we ze tot nu toe niet gemaakt kregen. Menig gigabedrijf (bv. ABB jaren geleden,  Siemens nog zeer recent) stapte na honderden miljoenen aan SOFC research besteed te hebben uit deze technologie. De energiemarkt trok er niet echt aan, en het product was gewoon té moeilijk.

Maar kleinere volhouders beginnen te scoren. Met name in Japan is de elektriciteit zo duur tov het gas dat daar een goede markt is voor het zelf opwekken van stroom met een SOFC in je CV ketel, en daar verschijnt elke paar maanden wel een nieuw SOFC CHP (combined heat/power) apparaat, in ieder geval in een persbericht, maar soms ook echt in de winkel. Ook in de VS  wordt jaarlijks meer dan honderd miljoen gestoken in SOFC research en ontwikkeling, en beginnen de eerste commerciële toepassingen beschikbaar te komen. Ik sprak zelfs een producent die een test met 50 units in situ aan het doen is (waarvan uiteraard één bij hem thuis), en bij goed gevolg 35.000 units mag (en ook kan!) leveren. Het ziet er dus naar uit dat de SOFC HRe+ CV ketel snel zijn verdiende plaats zal veroveren!

Gezien de mogelijke implicaties voor onze energievoorziening vind ik dat best een historische aankondiging, hier op climategate.nl.

SOFC in Nederland

Het ECN heeft enige jaren een SOFC lab gerund, maar dat is inmiddels afgestoten. Een deel van deze apparatuur vormt de kern van het nieuwe lab aan de TU en begint daar een zéér nuttig tweede leven. Verder is er weinig activiteit op SOFC gebied: een tweetal bedrijven hebben intenties (ingenieursbureau Gensos en turbinebouwer EECT), maar er is niemand die ook maar in de buurt zit van een werkende commerciële cel.

Hoewel… “een kleine nederzetting bleef moedig weerstand bieden” !

Wellicht herinnert de vaste lezer nog mijn in memoriam voor Noor van Andel, waarin ik de HEZEPP SOFC-turbine combinatie beschreef waar hij aan werkte, voor decentrale elektricteitsopwekking gecombineerd met bedrijfs- of wijkverwarming. Dit is zoals u inmiddels begrijpt, het absolute summum van exergie. Zijn zoon Eur van Andel werkt enthousiast verder aan het project, en hij en Hezepp projectbegeleider Guus Jansen waren vandaag dan ook van de partij.

SOFC in Den Haag

Het zal duidelijk zijn dat de potentie voor de SOFC industrie gigantisch is. En dat dit, als de technologie volwassen is, puur commercieel gedragen banen oplevert, die, anders dan gesubsidieerde groene banen, geen verpleegsters kosten en de pensioenleeftijd verhogen, maar juist de staatskas spekken.

De enige manier waarop je als ontwikkelend bedrijf steun kon krijgen voor energieresearch, de EOS subsidieregeling, is door het kabinet gesloten. Dat er veel geld in die regeling slecht besteed werd zal ik niet bestrijden, dus op zich ben ik voor een flinke bezem door de tent. Maar nu liggen we als Nederland stil op energiegebied. Dat mag niet te lang duren.

Onze politici zouden er goed aan doen te beseffen dat op dít moment de SOFC boot passeert, en dat Nederland die gaat missen, als er niet héél snel een goed energieonderzoek stimuleringsbeleid wordt ontwikkeld.