Blauwe stroom uit Breezanddijk

Door: Gerbrand Gaaff
Datum: 17 oktober 2013

Impressie Blue Energy

Duurzame energie opwekken op basis van een vrij eenvoudig chemisch principe dat gebruikt maakt van stoffen die op veel plekken samen aanwezig zijn: zeewater en zoet water. Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn, maar de experimentele blauwe energiecentrale in de werkhaven Breezanddijk, halverwege de Afsluitdijk, gaat binnenkort in bedrijf. Het gaat om een kleinschalige praktijkproef met echt Waddenzeewater en echt IJsselmeerwater. Wetenschappers zullen de proef intensief begeleiden om de technologie klaar te maken voor  toepassing op grote schaal.

Membranen

De centrale in de Afsluitdijk is gebaseerd op een principe, dat Reverse Electrodialysis (RED) genoemd wordt. Het consortium REDstack ontwikkelde de technologie samen met Wetsus, het Leeuwarder instituut voor duurzame watertechnologie. In een RED-centrale worden de ionen van het zeezout (natriumchloride) gescheiden. Het zeewater stroomt tussen twee koolstofelektroden. De ene elektrode is bedekt met een membraan die alleen de negatief geladen chloor-ionen doorlaat, de andere met een membraan die alleen de positief geladen natrium-ionen doorlaat. Daardoor ontstaat een verschil in elektrische lading tussen de elektroden, waarmee stroom kan worden geproduceerd.

Het principe van een RED-centrale. Bron: Wetsus

Heen en weer

De elektroden in een RED-installatie zijn niet tot in het oneindige oplaadbaar. Daarom is een zoetwaterstroom nodig die de ionen weer uit de elektroden trekt. In de meeste RED-opstellingen worden hiervoor pompen gebruikt. Maar de nieuwe proefcentrale staat niet voor niets aan de Afsluitdijk. Daar zorgt het getijverschil voor een gratis afwisseling van zout water landinwaarts en zoet water zeewaarts. Modelberekeningen hebben uitgewezen dat de benutting deze eb- en vloedbeweging de rendabiliteit en duurzaamheid van de blauwe energiecentrale ten goede komt.

Het grote gevaar: dichtslibbing

Membraan onder electronenmicroscoop. Bron: Wetsus

Het zeewater en IJsselmeerwater worden gefilterd voordat ze de installatie in gaan. Dichtslibbing van de leidingen en membranen is namelijk funest voor de energieopwekking. Filtering werkt niet tegen de vorming van biofilms: de aangroei als gevolg van kolonisatie door microsporen en bacteriën. Die zijn zo klein dat ze de filters kunnen passeren.
Jan Willem Post promoveerde in 2009 in Wageningen op het onderwerp blauwe energie. Hij liet zien dat het heen- en weer-spoelen van zout en zoet water in de installatie sterk preventief werkt op de vorming van biofilms op de membranen. Verschillende latere onderzoeksprojecten hebben geleid tot membranen waarbij het risico van dichtslibbing verder beperkt wordt. Maar de echte proef op de som, met de sterk variërende slib- en microbengehaltes in het water van de Waddenzee, moet nog genomen worden.
In het membraantechnologisch onderzoek is ook gekeken naar de optimale stroomsnelheid en de manier waarop de structuur van de membranen die kan beïnvloeden. De membranen voor de centrale in de Afsluitdijk worden overigens gemaakt door Fujifilm, een oude bekende voor mensen die nog in het rolletjestijdperk foto's gemaakt hebben.

Perspectief

In zijn proefschrift becijfert Post dat een RED-centrale van 200 Mw evenveel bruikbare energie oplevert als 200 grote windmolens van 2 tot 3 Mw. Qua kosten ontlopen beide varianten elkaar niet veel, maar het verschil in  impact op het landschap is groot. Als alle mogelijkheden voor de opwekking van blauwe energie in Nederland worden benut verwacht men voor ongeveer 13 procent in de Nederlandse energiebehoefte te kunnen voldoen. Wereldwijd zou de productie kunnen oplopen tot 2000 TWh. De ervaringen met de proefinstallatie in de Afsluitdijk zullen daarom met grote belangstelling worden gevolgd. Ze zullen onder meer ook inzicht geven in de milieugevolgen van deze technologie, als die eenmaal op praktijkschaal zou worden toegepast.

Bronnen:

Posters van verschillende Wetsus-medewerkers, gepresenteerd op http://www.wetsus.nl/research/research-themes/blue-energy

Jan Willem Post (thesis 2009): Blue Energy: electricity production from salinity gradients by reverse electrodialysis. In 2011 won Jan Post met dit proefschrift de Waddenacademieprijs voor het beste waddengerelateerde proefschrift.