Energie uit water

Blue Energy

Drs. Joost Veerman is als docent chemie verbonden aan de studierichting Life Science & Technology. Hij is expert op het gebied van Blue Energy.

Profiel

1. Wat is Blue Energy eigenlijk?

Blue Energy is de energie die opgewekt kan worden door twee vloeistoffen met een verschillend zoutgehalte te mengen. Het meest voor de hand ligt het om daarvoor rivier- en zeewater te gebruiken. Er zijn drie technieken om die energie te winnen:

 

- Osmose (pressure retarded osmosis, PRO). Er wordt gebruik gemaakt van semipermeabele membranen. Dit zijn dunne vliezen die alleen water, maar geen zout doorlaten. Wordt zo’n membraan tussen zoet en zout water gebracht, dan zal water zich van de zoete kant naar de zoute kant verplaatsen. Er wordt daar druk opgebouwd en het is mogelijk daarmee een turbine aan te drijven.
 

- Omgekeerde elektrodialyse (reverse electrodialysis, RED). Door een ‘stack’ - een enorme stapel van membranen - wordt zout en zoet water geleid. De even genummerde membranen zijn alleen doorlaatbaar voor de positieve ionen, de oneven alleen voor negatieve ionen (waaruit het zout is opgebouwd). Hierdoor ontstaat er een kleine elektrische spanning over elk membraan. Door duizenden membranen te stapelen is die elektrische spanning groot genoeg om nuttig te gebruiken.
 

- Capacitieve menging (CM). Tussen de platen van een condensator wordt een stroom zeewater gevoerd. De condensator wordt geladen door het aanleggen van een elektrische spanning. Vervolgens wordt er rivierwater tussen de platen geleid en de condensator ontlaadt zich. De energie die daarbij vrijkomt is groter dan die nodig is om de condensator op te laden. Bij een alternatieve methode van CM wordt voor het opladen gebruik gemaakt van ion-selectieve membranen zodat er daarvoor geen elektrisch vermogen meer nodig is.

 

Welke van deze drie methoden het best is, is op dit moment nog niet duidelijk. In Noorwegen is men momenteel het verst met de ontwikkeling van PRO en in Nederland met de ontwikkeling van omgekeerde elektrodialyse. Capacitieve menging is momenteel onderwerp van een Europees onderzoeksprogramma.

2. Waar komt het woord Blue Energy eigenlijk vandaan?

Aan energie verbindt men vaak een kleur. Witte steenkool werd wel gebruikt voor waterkracht en groene stroom is elektriciteit die duurzaam opgewekt is. Omdat water de ‘brandstof’ is voor Blue Energy, is het logisch om de kleur blauw aan dat proces te koppelen. Overigens wordt de term Blue Energy ook wel voor andere vormen van energie uit water gebruikt zoals getijdenenergie en golfslagenergie.

3. Wat is de energie-inhoud van zoet en zout water?

De energie-inhoud van rivierwater is 30.000 maal lager dan die van dieselolie. Dat betekent dat er reusachtige hoeveelheden water aangevoerd moeten worden om toch een goed bruikbare hoeveelheid energie op te wekken. Een Blue Energy centrale moet dus gebouwd worden in de onmiddellijke nabijheid van zout en van zoet water. Dat is dus nabij riviermonden of ergens in een dam als de Afsluitdijk.

4. Kan ik ook een schip met Blue Energy aandrijven?

Een zeeschip heeft weliswaar voldoende zout water ter beschikking, maar voor Blue Energy is een verschil in zoutgehalte nodig. Dus moet er dan toch nog zoet water meegenomen worden en wel ongeveer 30.000 maal zoveel als er vroeger aan stookolie meegevoerd zou worden. Dat is dus vrij onhandig.

5. Hoeveel procent van de energie kan Blue Energy leveren?

Als alle water van de Rijn gebruikt zou worden en het proces voor 100% effectief zou zijn, dan zou 70% van de Nederlandse elektriciteitsconsumptie met Blue Energy gemaakt kunnen worden. Er zijn echter twee factoren die hier en daar wat roet in het eten gooien. 

a) De inzetbaarheid van het zoete water.
Niet alle water is te gebruiken voor Blue Energy. Een klein deel is echter wel makkelijk inzetbaar. Ongeveer 10% van het Rijnwater komt in het IJsselmeer terecht en dat water kan zonder veel grote problemen gebruikt worden. Standaard wordt het water van het IJsselmeer nu op de Waddenzee geloosd door spuisluizen die zo nu en dan geopend worden. In de toekomst zou dat water dan zijn weg naar zee vinden via de Blue Energy centrale.

Voor de scheepvaart blijft de situatie hetzelfde, die kan nog steeds gebruik blijven maken van de schutsluizen in de Afsluitdijk. De verbinding naar zee bij Rotterdam is echter open en als daar alle water gebruikt zou worden, zouden daar dure sluizen gebouwd moeten worden. Vooralsnog is het redelijk dat in Zuid-Holland zonder grote investeringen ongeveer 20% van het Rijnwater benut kan worden. Samen met het water uit het IJsselmeer komen we dan op een totaal van 30% van het Rijnwater dat voor Blue Energy benut kan worden.

b) Het rendement van een Blue Energy centrale.
Het rendement is een tweede belangrijke factor. Laboratoriumexperimenten toonden aan dat er een energetisch rendement bereikt kan worden van 90% onder speciale omstandigheden. Onder gewonere bedrijfsomstandigheden was dat echter maar 20%. Laten we maar het gemiddelde nemen van die twee waarden, dan komen we op een rendement van 55%.

Als we de drie genoemde percentages met elkaar vermenigvuldigen komen we uiteindelijk op 12 % uit (70%*30%*55% = 12 %). Die 12 % is dus het percentage van de Nederlandse elektriciteitsconsumptie dat door middel van Blue Energy opgewekt kan worden. Dit getal kan in de toekomst vervolgens vergroot worden door meer rivierwater te mobiliseren en door het proces effectiever te maken.

6. Is Blue Energy milieuvriendelijk?

Voor milieuvriendelijkheid van een energiebron geldt dat die duurzaam, schoon en compact moet zijn. Duurzaam is BE zeker, zolang er nog een overmaat aan zoet water ongebruikt naar zee blijft stromen. Schoon is de techniek ook. Er vindt alleen menging plaats van zoet en zout water en dat gebeurde ook al zonder Blue Energy centrale.

 

Een probleem met elektriciteitscentrales (fossiel gestookt of met kernbrandstof) is dat er op grote schaal gekoeld moet worden. Dit kan leiden tot opwarming van oppervlaktewater of er moeten reusachtige koeltorens gebouwd worden. Bij Blue Energy zijn er echter geen thermische problemen: het geloosde brakke water is zelfs iets koeler dan het water dat de centrale binnenstroomt. Dit afkoelingseffect is overigens gering (minder dan 0.1 graad) en niet van groot praktisch belang. Verder komen er geen verbrandingsgassen vrij en is er geen probleem met de opslag van radioactieve resten.

7. Waarom zegt men wel dat er met Blue Energy harde elektriciteit gemaakt wordt?

Typische elektrotechnische begrippen zijn Volt, Ampère en Hertz. Maar dat heeft allemaal niks te maken met de hardheid van een energiebron. Harde elektriciteit is elektriciteit die op elk gewenst moment opgewekt kan worden. De huidige elektriciteitscentrales leveren harde elektriciteit. De distributienetten zijn gebaseerd op deze bronnen. Maar windenergie krijg je alleen als het waait en zonne-energie alleen als de zon schijnt. Men zegt wel dat wind en zonne-elektriciteit zacht zijn.

Blue Energy is natuurlijk afhankelijk van het aanbod van zoet water van de grote rivieren dat niet constant is. Voor een grote rivier als de Rijn is het aanbod echter wel redelijk voorspelbaar gedurende het jaar. Een Blue Energy centrale kan dus redelijk harde elektriciteit leveren. Dat is gunstig omdat een stad in de nabijheid van een BE centrale voldoende heeft aan een verbinding met die BE centrale en een reservelijn naar een veraf gelegen traditionele centrale in principe niet meer nodig is.

Elektrische energie is lastig op te slaan: accu’s nemen veel ruimte in, zijn duur, hebben een geringe opslagcapaciteit, maken gebruik van schaarse metalen en kunnen op den duur een milieuprobleem veroorzaken. Er is echter een andere mogelijkheid: sla geen energie op, maar brandstof. Dat kan met Blue Energy door de opwekking te combineren met een spaarbekken. De ‘brandstof’ voor Blue Energy is het rivierwater. Als het IJsselmeerwater niet gespuid zou worden, zou het niveau van het IJsselmeer ca 4 cm per dag stijgen. Blue Energy in combinatie met zonne-energie kan dus prima door overdag zonne-energie te gebruiken en ’s nachts Blue Energy. Wel moet een centrale die maar de helft van een etmaal draait een twee maal zo grote capaciteit hebben als een continu werkende centrale.

Iets dergelijks geldt ook voor de combinatie van Blue Energy met windenergie. In principe zou een voorraad ‘brandstof’ aangelegd kunnen worden in het IJsselmeer waarmee een week windstilte overbrugd zou kunnen worden. Dat vereist dan wel een niveaustijging van 28 cm.

8. Wat zijn de bijzondere voordelen van een Blue Energy centrale in de Afsluitdijk?

Er zijn drie voordelen:

a) Nieuwe spuisluizen worden overbodig.
Momenteel zijn er op twee plaatsen spuisluizen in de Afsluitdijk. Die gaan twee uur voor laag water open en twee uur na laag water weer dicht. Ze staan dus vier uur achtereenvolgend open. Nu is het twee maal per etmaal laag water, dus een derde van de tijd wordt er gespuid. Nu is de zeespiegel aan het stijgen en dat betekent dat de tijd dat de spuisluizen open kunnen, korter moeten worden. Om toch voldoende water te kunnen lozen moet er een derde spuisluis bijkomen binnen een aantal jaar.

Nu bouwen we op een aantal plaatsen Blue Energy centrales in de Afsluitdijk. Deze centrales hebben zelf pompen die voor het watertransport zorgen. Er wordt dan niet meer door spuisluizen gespuid en een derde spuisluis is helemaal niet meer nodig. De bestaande spuisluizen kunnen nog gebruikt worden voor het geval als een deel van de BE centrales buiten werking zijn.

b) Voor de tijd van de Afsluitdijk (voor 1933) was er een geleidelijke overgang van zoet water uit de IJssel naar het zout van de Noordzee via Zuiderzee en Waddenzee. Echter, bij het spuien zoals dat tegenwoordig gebeurt, komt er opeens een grote stroom zoet water de Waddenzee binnen. Dat heeft grote gevolgen voor allerlei vissoorten die moeilijk kunnen wennen aan die snelle veranderingen. Daarentegen mengt een Blue Energy centrale al intern het zoute en zoete water en spuit brak water. Er kan dus geen sprake meer zijn van ‘zoetwatervergiftiging’ en de Waddenzee.

c) Het IJsselmeer kan als brandstofbuffer gebruikt worden. Zie daarvoor vraag 7.

9. Waar kan Blue Energy gebruikt worden?

In principe overal waar er rivieren in zee stromen. In de eerste plaats denk je dan aan giganten als de Mississippi en de Amazone. Maar er zijn onnoemelijk veel kleinere, minder bekende rivieren op de wereld die samen een veel groter potentieel hebben. Interessant zijn wat dat betreft tropische gebieden als Indonesië. Maar zijn er ook relatief droge gebieden, zoals de kust van noordwest Afrika en Australië die niet of nauwelijks kunnen profiteren van Blue Energy.

10. Hoe lang duurt het nog tot de eerste Blue Energy centrales gebouwd worden?

Er zijn een aantal projecten die de aanloop zijn tot grootschalige inzet van Blue Energy:
 

- In Tofte, in het zuiden van Noorwegen, is door het energieconcern Statkraft een kleine osmotische centrale gebouwd met een vermogen van 4 kilowatt.

- In Nederland staat een RED-proefinstallatie in Harlingen. Verder wordt er in juli 2011 de bouw gestart van een RED-proefcentrale in Breezanddijk, precies op het midden van de Afsluitdijk.

- Er is een Europees onderzoeksprogramma (CAPMIX) dat duidelijk moet maken of CM een goed alternatief is voor RED of PRO.

- Bovendien is er een Europees onderzoeksprogramma (‘REApower’) dat het gebruik van water met hoge zoutconcentraties onderzoekt. Dergelijk water is beschikbaar als afvalstroom van sommige industriële processen zoals zoutwinning en drinkwaterproductie.

Wanneer er economisch rendabele Blue Energy centrales gaan draaien, kan niemand precies zeggen. Wel is het bekend dat de weg van eerste experimenten tot de daadwerkelijke toepassing soms wel vijftien jaar kan duren. In Nederland zijn we nu meer dan vijf jaar bezig met Blue Energy, dus binnen tien jaar zou er al één kunnen draaien!

Zoek in kennisbank

Aanmelden nieuwsbrief

Themasponsors Energiebronnen