Home » Overschakelen op duurzame energie » Deel 7: Blue energy

biobrandstoffenaardwarmtebiogas uit gewassenbiomassawind op landzonnepanelenzonnecollectorenwind op zee

Wanneer zoet en zout water worden gemengd, komt energie vrij. Kort door de bocht: de zoutionen verspreiden zich door diffusie over een groter volume. De entropie (chaos) neemt dus toe, waardoor energie vrij komt. Wie intuïtief overtuigd wil worden: het maken van zoet water uit zeewater kost energie, dus moet het omgekeerde proces – het oplossen van zoet water in zeewater – energie opleveren. Een kubieke meter zoet water die naar zee (3,5 massaprocent zout) stroomt, heeft een potentiële energie van 2,5 megajoule (0,7 kWh), blue energy in jargon.

De Nederlandse rivieren lozen gemiddeld 3.000 m3/s zoet water in de Waddenzee en Noordzee. Hoeveel energie kunnen we halen uit deze zoet-zoutovergangen? De twee bekendste methoden om deze energie te oogsten zijn Reversed Electrodialysis (RED, omgekeerde elektrolyse) en Pressure Retarded Osmosis (PRO, druk [door] vertraagde osmose).

Bij RED zijn zoet en zout water gescheiden door membranen die alleen zoutionen (Na+ en Cl-) doorlaten. Als gevolg van het concentratieverschil zullen de ionen van het zoute naar het zoete water stromen. De membranen zorgen ervoor dat de positief geladen Natriumionen de ene kant op gaan en de negatief geladen chloorionen de andere kant op. Hierdoor is elektriciteit te oogsten. Bij de toepassing van RED-technologie worden cellen gestapeld, waardoor een stack ontstaat. Het Nederlandse bedrijf Redstack, een afsplitsing van onderzoeksinstituut Wetsus, past deze technologie toe. In Harlingen draait sinds 2005 een proefinstallatie van 50 kW.

PRO maakt gebruik van een membraan dat alleen watermoleculen doorlaat. Ook hier is het zoutconcentratieverschil tussen zoet en zout water de drijvende kracht. Door het membraan tussen zoet en zout water te plaatsen, zullen watermoleculen van het zoete water naar het zoute water stromen. Hierdoor ontstaat een drukverschil over het membraan. De druk van het zoute water wordt gebruikt om een turbine met een elektriciteitsgenerator aan te drijven, net als bij een waterkrachtcentrale. Het verschil is dat de waterkracht niet wordt verkregen door vrije val maar door osmotische druk. Het Noorse elektriciteitsbedrijf Statkraft heeft een PRO-proeffabriek gebouwd in Tofte.

Beide systemen gebruiken energie om het zoete en het zoute water langs de membranen te pompen. De bedrijven Redstack en Statkraft en onderzoeksinstituten Deltares, Wetsus en Kema spreken van een haalbaar systeemrendement van veertig procent.

De totale Nederlandse zoetwaterstroom is volgens Deltares 3.000 m3/s. Per Nederlander is dat 0,2 l/s, een bierglas per seconde. Per Nederlander per dag, de ordegrootte waarin we in deze serie rekenen, is dat 16 m3/p·d. Deze zoetwaterstroom is om vele redenen niet volledig om te zetten elektriciteit. Waterschappen, drinkwaterbedrijven en landbouwbedrijven hebben bijvoorbeeld ook zoet water nodig. Bovendien kunnen we niet alle rivieren door een RED- of PRO-installatie in de zee laten stromen, onder andere om een vereiste vaardiepte te behouden. Deltares schat dat deze beperkingen ervoor zorgen dat ongeveer een derde van de zoetwaterstroom te benutten is. De meest geschikte locaties zijn volgens Deltares de spuisluizen in de Afsluitdijk, het Noordzeekanaal bij IJmuiden, de Nieuwe Waterweg bij Hoek van Holland en de Haringvlietsluizen. Ten slotte passen we een reductiefactor van een kwart toe, omdat we ervan uitgaan dat de installaties worden ontworpen voor de gemiddelde waterstroom en niet voor de maximale, waardoor de waterstromen boven het gemiddelde niet volledig worden benut.

Met bovenstaande aannames (33 procent en 75 procent) komt de bruikbare hoeveelheid zoet water op 4 m3 per persoon per dag. Met een rendement van veertig procent levert dit 4 [m3/p·d] · 40 procent · 0,7 [kWh/m3] = 1,1 kWh/p·d op, een klein deel van de benodigde 185 kWh/p·d.

lees verder: Biogas uit afvalstromen