Veel lezers hebben al gehoord van blauwe energie: energie die vrijkomt door het mengen van zout en zoet water. Helaas vergt deze techniek dure en zeer snel dichtslibbende membranen. De entropiebatterij kent deze nadelen niet. Eindelijk een overvloedige hernieuwbare energiebron voor Nederland?
Blauwe energie: een welkome energiebron in de winter
Blauwe energie staat in onder meer Nederland sterk in de belangstelling. Geen wonder. Blauwe stroom genereert stroom door op een vernuftige manier zout met zoet water te mengen en zo het verschil in zoutconcentratie in energie om te zetten.
Natriumionen zijn rood, chloorionen blauw. In vier fases wordt het concentratieverschil tussen zoet water (fase 1) en zout water (fase 3) uitgebuit.
In theorie kan dit tot een kwart kilowattuur stroom per kubieke meter zoet water opleveren. Behoorlijk veel energie dus, want de grootste rivier van Nederland, de Rijn, levert per seconde al 2200 kubieke meter water. In theorie is dit (met de Maas en andere zoetwaterbronnen er bij gerekend) bij volledige benutting 3,3 gigawatt, een zesde van de totale capaciteit in Nederland. Wat deze energiebron extra interessant maakt is dat in de winter, als er zeer weinig zonne-energie is, de wateraanvoer groter is dan in de zomer en dat het gaat om een redelijk constante bron van energie.
Ook een prettige bijkomstigheid is dat er doorgaans grote steden aan riviermondingen liggen. Erg ver hoeft de stroom dus niet getransporteerd te worden.
Geen wonder dus dat er in Nederland meerdere proefprojecten zijn gestart of in voorbereiding zijn, onder andere bij de Afsluitdijk en de Friese plaats Harlingen. Probleem is en blijft echter dat de huidige technieken gebruik maken van een filter dat snel vervuild raakt. Dit zware technische obstakel remt de ontwikkeling.
Entropiebatterij
De entropiebatterij die ontwikkeld is aan de de Amerikaanse universiteiten Stanford en Penn, werkt op een andere manier. De batterij bestaat uit twee elektrodes, één met een complex mangaanoxide (die alleen de positief geladen natriumionen aantrekt) en een zilverelektrode (die alleen de negatief geladen chloride-ionen aantrekt). Beide elektroden hangen in water.
De batterij doorloopt een cyclus van vier fases. In de eerste fase stroomt zoet water door de batterij. De natrium- en chloorionen maken zich los van de elektroden tot de elektroden vrijwel ‘leeg’ zijn. Dit kost energie maar gebeurt toch, omdat de ionen in het water veel meer bewegingsvrijheid hebben (de kans is veel groter dat een ion zich van de elektrode losmaakt dan dat één van de schaarse ionen in zoet water de elektrode weer vindt). Een klassiek voorbeeld van entropie.
In de tweede fase wordt het zoete water langzaam vervangen door zout water. De Cl- (chloorionen) stromen naar de zilverelektrode en de Na+-ionen naar de mangaanoxide-elektrode. Daardoor krijgt de zilverelektrode een negatieve lading en de mangaandioxide-elektrode een positieve lading.
In de derde fase bereikt het zoute water zijn maximale concentratie. De elektroden zijn nu verzadigd met ionen en sterk geladen, waardoor ze stroom leveren. In de vierde fase, tenslotte, wordt het zeewater langzaam vervangen door zoetwater. Door deze cyclus wordt per saldo het verschil in concentratie tussen zoet en zout afgetapt.
Het water koelt iets af; de onttrokken warmte wordt omgezet in stroom. Thermodynamisch is in principe het omzetten van warmte in vrije energie (zoals elektriciteit) onmogelijk. Alleen omdat de wanorde (entropie) in het water toeneemt door het mengen van zout en zoet en de entropie (wanorde) dus toch nog stijgt, is dit mogelijk.
Dit systeem is met een half kilowattuur per kubieke meter water, 75% van het theoretisch maximale rendement ook aanmerkelijk efficiënter dan het systeem dat nu in o.m. Nederland wordt onderzocht, althans, beweren de onderzoekers. Ze denken de opbrengst zelfs te kunnen verhogen tot 85% van het potentieel. Kortom: dit systeem zou wel eens van doorslaggevend belang kunnen zijn voor de Nederlandse energievoorziening.
Bronnen
Stanford-Nano Letters
Physorg
