Juli/Augustus 2020
Magnetiet als ideaal mineraal voor thermische opslag
Opvallend werk
Door energie op te slaan, al dan niet in combina-tie met conversie naar andere energiedragers, kunnen verschillen in vraag en aanbod worden overbrugd. Steeds vaker worden de mogelijkheden voor thermische opslag meegewogen. LKAB Minerals ziet kansen voor de opslag van warmte in het mineraal magnetiet.
Thermische energieopslag is letterlijk hot. Bij deze vorm van energieopslag wordt een opslagmedium met energie geladen, door het te verwarmen met bijvoorbeeld restwarmte of warmte uit zonnestraling of elektriciteit. De warmte kan direct worden gebruikt, maar ook (weer) in elektriciteit worden omgezet.
‘Ideale mineraal’
Minder bekend - althans in Nederland – is magnetiet als opslagmedium. ‘Alles wijst er op dat het een ideaal mineraal is voor energieopslag, dankzij minimale verliezen,’ stelt Leon Hendrikse van LKAB Minerals uit Moerdijk. Bovendien is het ook in Nederland goed toepasbaar,’ aldus de business development manager Magnetit. De leverancier van minerale grondstoffen is betrokken bij een lopend onderzoek in samenwerking met de Universiteit van Barcelona en het internationaal onderzoeksinstituut CIC EnergiGUNE. De eerste resultaten uit een pilotproject met thermal energy storage (TES)-tanks in Marokko tonen aan dat met magnetiet een zeer hoog rendement bij de energieopslag kan worden behaald.
'Het idee is niet nieuw, want magnetiet wordt in de woningbouw al meer dan 25 jaar in radiatoren gebruikt', vertelt Hendriks. ‘Vooral in landen waar het gebruik van elektrische radiatoren de standaard is, is er groeiende belangstelling voor deze zogeheten Night Storage Heaters. Deze speciale radiatoren, ook bekend als dalverwarmers, hebben in het verwarmingsgedeelte keramische bakstenen die bestaan uit magnetiet. Met deze radiatoren kan de warmte tijdens de nacht of andere daluren waarin de elektriciteit goedkoop is, in de stenen worden opgeslagen. En zeker wanneer daarbij gebruik wordt gemaakt van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen, kan daarmee duurzamer worden verwarmd.’
IJzererts
Magnetiet, een vorm van ijzererts, is een inert materiaal dat veel in de bouw wordt gebruikt om zwaar beton te produceren. Maar het blijkt dus ook geschikt als opslagmedium voor warmte. De dichtheid is vergelijkbaar met die van water, maar het grote voordeel van magnetiet ten opzichte van water is dat het makkelijk warmte kan opslaan met temperaturen tot 1.000 ˚C, waar water beperkt is tot 90˚C. Dit maakt het mineraal een ideale energiebron in systemen met hoge temperaturen. Een andere mooie eigenschap is dat magnetiet gemakkelijk warmte geleidt, waardoor die weer direct kan worden ingezet. Deze thermische geleiding speelt een belangrijke rol om warmteopslag continu op hetzelfde peil te houden, ook bij pieken en dalen in de energietoevoer. Volgens Hendriks is het toepassingspotentieel groot, omdat de omzetting van elektriciteit in warmte zeer efficiënt is en nauwelijks energieverlies oplevert. Daarmee stelt het materiaal bedrijven in staat stroom in te kopen op die momenten dat het aanbod groot is en de prijs dus concurrerend. Hendriks: ‘We zijn in gesprek met een broodfabriek over een concept om magnetiet in te zetten als opslagmedium van warmte, die zij kunnen gebruiken voor de ovens op momenten dat dure energie moet worden ingekocht. Maar je kunt ook denken aan magnetiet als oplossing om de tijdelijke overcapaciteit van groene energie uit zonnepanelen en windmolens op te slaan.’ Dat magnetiet bijzonder efficiënt kan worden ingezet, bewijst volgens Hendriks het onderzoeksproject waarbij een zonnekrachtinstallatie in Marokko (foto) werd uitgerust met een warmteopslag in dit mineraal. De centrale gebruikt spiegels om de zonnewarmte te reflecteren. Daarmee wordt organische olie opgewarmd die de warmte vervolgens transporteert naar een turbine die stroom opwekt. De olie stroomt eerst door een opslagvat met magnetietkorrels, waardoor gedurende de dag het magnetiet opwarmt.
De gangbare techniek bij de opslag van energie van zonnekrachtcentrales is warmteopslag in vloeibare zouten, maar opslag van warmte met een hogere temperatuur dan 565 ˚C is met zouten niet mogelijk. Dankzij deze warmteopslag in magnetiet kan de installatie na zonondergang nog vier uur op volle capaciteit doordraaien.
Industriële toepassingen
Volgens Hendriks zijn met magnetiet verschillende industriële toepassingen voor warmteopslag mogelijk. Voor de Nederlandse markt is met name de opslag van restwarmte interessant voor hergebruik later. ‘Omdat bij de conversie van elektriciteit naar warmte nagenoeg geen verliezen optreden, is de inzetbaarheid nog veel groter. Daarnaast wordt het ook mogelijk om tijdelijke overcapaciteit van groene energie uit zonnepanelen of windmolens op te slaan.’
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: LKAB Minerals