November/December 2023
Verlaten mijnschachten veranderen in zwaartekrachtbatterijen
Opvallend werk
What goes up, must come down. Energie opslaan met zwaartekracht. Je brengt massa omhoog als er een energieoverschot is en laat het door de zwaartekracht weer zakken als er vraag is naar energie. De bewegingsenergie die ontstaat door de zwaartekracht kun je met een generator omzetten in elektriciteit. Op steeds meer plaatsen in de wereld lopen onderzoeken naar de mogelijkheden om deze zogeheten gravitatieopslag toe te passen.
Zwaartekrachtbatterijen zijn in opkomst en worden gezien als een oplossing voor het wereldwijde energieopslagprobleem. Door gebruik te maken van de zwaartekracht slaan deze batterijen overtollige energie van hernieuwbare bronnen op en zetten die weer om in elektriciteit wanneer dat nodig is. Ze hebben een lange levensduur, zijn gemakkelijk te repareren en hebben een lagere impact op het milieu. Naarmate de wereld overstapt op hernieuwbare energie, zou de ontwikkeling en toepassing van zwaartekrachtbatterijtechnologie een revolutie teweeg kunnen brengen in het energielandschap.
Verlaten mijnen zouden bijvoorbeeld heel goed ingezet kunnen worden als een zwaartekrachtbatterij.
Gravitricity uit het Schotse Edinburgh wil daar werk van maken. Het bedrijf bouwde bovengronds een testinstallatie in de haven van de stad om de dynamica van het versnellen en vertragen van deze gewichten te bestuderen. De installatie bestond uit een 15 meter hoge stalen toren met een ijzeren gewicht van 50 ton eraan. Elektrische motoren hesen het gewicht langzaam op en lieten het daarna geleidelijk zakken, waarbij een reeks generatoren werd aangedreven. Deze kleinschalige demonstratie-installatie wekte 250 kW aan vermogen op, genoeg om ongeveer 750 huizen een klein uur van stroom te voorzien.
14.000 mijnen
Nu de test zo succesvol is verlopen wil Gravitricity verlaten mijnschachten in Tsjechië, Polen en Zuid-Afrika gebruiken voor hetzelfde principe. Het bedrijf schat in dat er wereldwijd zo’n 14.000 mijnen zijn die geschikt zijn voor opslag van zwaartekrachtenergie. De plannen van Gravitricity moeten met grote belangstelling worden gevolgd door wetenschappers van het International Institute for Applied System Analysis (IIASA). Want zij berekenden dat in verlaten mijnschachten wereldwijd 7 tot 70 terawattuur aan energie kan worden opgeslagen. De technologie biedt verschillende voordelen, stelt IIASA. Ten eerste kan de efficiëntie van zwaartekrachtbatterijen oplopen tot 90 procent, waardoor ze een veelbelovende oplossing zijn. Ten tweede vormen ze een schoner, goedkoper en betrouwbaarder alternatief voor traditionele opwek- en opslagmethoden. De technologie is relatief eenvoudig en als er iets stuk gaat, zijn reparaties goed uit te voeren. Door ondergrondse energieopslag - Underground Gravity Eenergy Storage (UGES) zoals de internationale term luidt - creëer je ook werkgelegenheid, schrijven de onderzoekers. Bovendien beoordelen zij de techniek als kostenefficiënt, omdat er geen infrastructuur meer aangesloten hoeft te worden aan het elektriciteitsnet. ‘Mijnen hebben al de basisinfrastructuur en zijn aangesloten op het net, wat de kosten aanzienlijk verlaagt en de implementatie van UGES-centrales vergemakkelijkt.’
Ondanks hun potentieel staan zwaartekrachtbatterijen voor enkele uitdagingen. Het waarborgen van de stabiliteit van bestaande structuren en het aanpakken van veiligheidsproblemen zoals methaangas en overstromingen in mijnen zijn kwesties die moeten worden opgelost voordat deze technologie daadwerkelijk kan worden toegepast. Maar met voortdurend onderzoek en technologische vooruitgang zullen deze uitdagingen waarschijnlijk worden overwonnen, verwachten de IIASA-onderzoekers.
Soortgelijk principe
Het idee om verlaten mijnschachten tot energiecentrales om te bouwen mag dan creatief zijn, revolutionair mag de techniek van Gravitricity niet genoemd worden. Hydro-elektriciteit met pompaccumulatie werkt volgens een soortgelijk principe, waarbij water tijdens perioden van lage vraag naar elektriciteit naar een grotere hoogte wordt gepompt en daar weer wordt vrijgelaten om elektriciteit op te wekken als de vraag toeneemt. Dit gebeurt in een Spaans-Marokkaans project. De beweging perst water onder hoge druk door een generator. Vergelijkbare zwaartekrachtbatterijen worden in Californië en Duitsland ontwikkeld.
Een ander spectaculair voorbeeld van zwaartekrachtenergie staat in Castione, Zwitserland. Daar heeft het bedrijf Energy Vault een stalen constructie gebouwd van ruim 80 m hoog. Op momenten waarop meer groene stroom wordt opgewekt dan het elektriciteitsnet aankan, tillen door kunstmatige intelligentie aangestuurde kranen blokken van 30 ton omhoog. De kunstmatige intelligentie zorgt dat de kranen meteen in beweging komen bij toevoer van energie en dat ze gaan zakken als er een energiebehoefte is. De proefbatterij van Energy Vault kan 35 MWh leveren. Daarmee kan acht uur lang in de behoefte van twee- tot drieduizend huishoudens worden voorzien.